郭宗斌，周建欣，熊 江，王海慶

(中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086)

中海油惠州石化有限公司煤制氫裝置采用E-Gas氣化技術(shù)。該技術(shù)采用兩段式水煤漿加壓氣化，在流程中設(shè)置了合成氣冷卻器和焦過(guò)濾器，分別用于回收合成氣顯熱和移除合成氣中的固體顆粒。焦過(guò)濾器是合成氣除塵凈化的關(guān)鍵設(shè)備，由過(guò)濾器殼體、濾芯和反吹系統(tǒng)組成。過(guò)濾器殼體被位于過(guò)濾器中的管板分為上下兩部分，正常運(yùn)行中，含有固體顆粒的合成氣由過(guò)濾器下部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)濾芯過(guò)濾后，從過(guò)濾器上部排出。來(lái)自壓縮機(jī)的高壓合成氣從焦過(guò)濾器頂部反向吹掃濾芯，將濾芯表面的固體顆粒吹落，恢復(fù)濾芯的過(guò)濾性能，保障過(guò)濾器正常工作。過(guò)濾器的流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 焦過(guò)濾器的流程簡(jiǎn)圖

1 焦過(guò)濾器反吹系統(tǒng)

焦過(guò)濾器為2臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，每臺(tái)焦過(guò)濾器有12組脈沖反吹閥。每組脈沖反吹閥對(duì)應(yīng)一簇焦過(guò)濾器濾芯，脈沖反吹閥的一次開(kāi)關(guān)時(shí)間為0.45 s。2臺(tái)焦過(guò)濾器的脈沖反吹閥按照順序每隔6 s開(kāi)關(guān)一次。

焦過(guò)濾器的反吹系統(tǒng)由高壓合成氣、合成氣加熱器、反吹氣分布器和脈沖反吹閥組成。脈沖反吹閥的開(kāi)關(guān)由控制系統(tǒng)發(fā)出指令打開(kāi)或者關(guān)閉。脈沖反吹閥打開(kāi)時(shí)，高壓合成氣快速通過(guò)反吹氣分布器，以一定的初速度噴射進(jìn)入濾芯內(nèi)部，產(chǎn)生的沖擊波和動(dòng)能可將濾芯表面的固體顆粒震落；脈沖反吹閥關(guān)閉時(shí)，氣化爐產(chǎn)生的合成氣則經(jīng)過(guò)濾芯表面過(guò)濾后進(jìn)入濾芯內(nèi)部，起到正常過(guò)濾合成氣的作用。焦過(guò)濾器反吹流程見(jiàn)圖2所示。

圖2 焦過(guò)濾器反吹流程

2 原脈沖反吹球閥

焦過(guò)濾器反吹系統(tǒng)原使用的是脈沖反吹球閥，其規(guī)格和材質(zhì)見(jiàn)表1和表2所示，基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。

表1 脈沖反吹球閥規(guī)格設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 脈沖反吹球閥材質(zhì)

(a)閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 存在問(wèn)題及原因分析

氣化裝置開(kāi)工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)閥門存在嚴(yán)重內(nèi)漏和外漏現(xiàn)象。外漏位置在閥門填料壓蓋處，系統(tǒng)內(nèi)的合成氣向外界泄漏，有毒氣體積聚；同時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏嚴(yán)重，反吹系統(tǒng)正常運(yùn)行壓力為9.7 MPa，在30 min內(nèi)壓力降低了4 MPa，使得反吹系統(tǒng)功能喪失。閥門拆檢中發(fā)現(xiàn)閥門的閥座、球體、閥蓋、耳軸、填料壓蓋等內(nèi)件出現(xiàn)嚴(yán)重磨損(見(jiàn)圖4和圖5)。

圖4 耳軸磨損嚴(yán)重

圖5 主軸、填料壓蓋等部件磨損

根據(jù)脈沖反吹球閥拆檢情況推斷出泄漏原因：閥門快速轉(zhuǎn)動(dòng)后，球體與閥座密封面磨損、變形嚴(yán)重，引起閥門內(nèi)漏;閥蓋、填料及填料函磨損嚴(yán)重導(dǎo)致閥門外漏。在對(duì)閥門的磨損部位進(jìn)行修復(fù)后，閥門運(yùn)行時(shí)間只能達(dá)到30 d左右，就會(huì)引發(fā)新的內(nèi)漏和外漏，說(shuō)明脈沖反吹球閥的選型和制造加工工藝在適應(yīng)焦過(guò)濾器運(yùn)行工況方面存在先天不足。

4 脈沖反吹角閥

國(guó)內(nèi)粉煤氣化也采用了干法除塵工藝，流程中使用飛灰過(guò)濾器除去合成氣夾帶的固體顆粒，過(guò)濾器中使用角閥作為反吹閥(脈沖反吹角閥的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6)。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)近20年經(jīng)驗(yàn)積累，脈沖反吹角閥已經(jīng)能夠滿足粉煤氣化飛灰過(guò)濾器長(zhǎng)周期運(yùn)行要求，并且脈沖反吹角閥國(guó)產(chǎn)化的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)成熟可靠。國(guó)內(nèi)粉煤氣化裝置中，通過(guò)對(duì)脈沖反吹角閥的閥芯桿、波紋管材質(zhì)、閥座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善和調(diào)整，脈沖反吹球閥的壽命大大提高[1-4]，其壽命為10萬(wàn)次動(dòng)作，在飛灰過(guò)濾器上可以持續(xù)運(yùn)行280 d[4]。

圖6 脈沖反吹角閥結(jié)構(gòu)圖

粉煤氣化反吹氣的壓力只有8.0 MPa左右，而本裝置中反吹氣的壓力高達(dá)9.7 MPa,目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有如此高壓下的脈沖反吹角閥運(yùn)行，因此，結(jié)合粉煤氣化脈沖反吹角閥的使用經(jīng)驗(yàn)，采用脈沖反吹角閥閥體整體加工制造以提高抗壓強(qiáng)度，既保證了脈沖反吹角閥的性能，又適應(yīng)了本裝置高壓反吹的需求。

脈沖反吹球閥和脈沖反吹角閥故障時(shí)引起泄漏的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比分析見(jiàn)表3。

表3 球閥與角閥的泄漏風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

由于球閥和角閥的氣體流道不同，通過(guò)球閥和角閥的流量特性也不相同，球閥打開(kāi)和關(guān)閉的過(guò)程聯(lián)成一體，其流量呈現(xiàn)正弦曲線的特點(diǎn)；角閥打開(kāi)時(shí)間較快，打開(kāi)后需要保持一段時(shí)間，然后再關(guān)閉，角閥的流量曲線呈現(xiàn)梯形的特點(diǎn)。流量曲線特點(diǎn)決定了同等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)兩種閥門的反吹氣流量是不相同的，但是可以通過(guò)調(diào)整脈沖反吹角閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間來(lái)調(diào)整反吹氣流量，達(dá)到滿足過(guò)濾器反吹的效果。

5 運(yùn)行結(jié)果

5.1 脈沖反吹球閥運(yùn)行情況

脈沖反吹球閥的內(nèi)漏情況無(wú)法從表面觀察，只能通過(guò)反吹氣流量的增加情況來(lái)判斷。使用脈沖反吹球閥情況下，原裝球閥和修復(fù)后的球閥運(yùn)行時(shí)氣化爐反吹氣流量變化情況見(jiàn)圖7。

圖7 原裝脈沖反吹球閥和修復(fù)脈沖反吹球閥反吹氣流量對(duì)比

由圖7可以看出：運(yùn)行過(guò)程中，脈沖反吹球閥磨損加快;運(yùn)行后期，合成氣反吹量較初期增長(zhǎng)了110%以上；修復(fù)脈沖反吹球閥運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)行后期反吹氣量上漲了60%。修復(fù)后脈沖反吹球閥的性能有所改善，但沒(méi)有從根本上解決內(nèi)漏的問(wèn)題。

脈沖反吹球閥使用期間，外漏情況逐漸增多，外漏球閥數(shù)量逐漸增多。原裝脈沖反吹球閥運(yùn)行末期，24臺(tái)脈沖反吹球閥中有22臺(tái)外漏，其中嚴(yán)重泄漏者達(dá)18臺(tái)；修復(fù)后,運(yùn)行末期24臺(tái)脈沖反吹球閥中有18臺(tái)球閥外漏，其中嚴(yán)重外漏球閥達(dá)14臺(tái)。

5.2 脈沖反吹角閥使用效果

更換為脈沖反吹角閥后，共計(jì)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)近5 000 h，閥門未出現(xiàn)內(nèi)漏、外漏或故障停運(yùn)的情況，不僅使用壽命延長(zhǎng)，閥門的吹掃效果也有了明顯提高。使用脈沖反吹角閥運(yùn)行時(shí)反吹氣流量變化見(jiàn)圖8。

圖8 脈沖反吹角閥反吹氣流量變化

由圖8可知:使用脈沖反吹角閥替代脈沖反吹球閥后，反吹氣流量穩(wěn)定，表明沒(méi)有發(fā)生內(nèi)漏或者外漏。

6 結(jié)語(yǔ)

焦過(guò)濾器中脈沖反吹球閥由于自身制造和選材的原因，導(dǎo)致無(wú)法滿足反吹系統(tǒng)快速開(kāi)關(guān)的需要，造成脈沖反吹球閥內(nèi)部磨損加劇，內(nèi)漏和外漏嚴(yán)重，影響裝置生產(chǎn)。脈沖反吹角閥從結(jié)構(gòu)上避免了脈沖反吹球閥存在的不利因素，不但從根本解決脈沖反吹閥故障問(wèn)題，保證了焦過(guò)濾器安全、平穩(wěn)運(yùn)行，而且大大降低了維修費(fèi)用,提高了焦過(guò)濾器的整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。