唐 誠(chéng)，宋海霞

(1. 福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建 泉州 362800； 2. 湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414012)

乙烯裝置中急冷油經(jīng)歷急冷油塔—急冷油泵前過濾器—急冷油泵—急冷油泵后過濾器—稀釋蒸汽發(fā)生器—裂解爐急冷換熱器—急冷油塔的循環(huán)，在急冷油循環(huán)過程中，裂解爐所產(chǎn)生的焦粒隨急冷油同步循環(huán)。為維持裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，需將急冷油中的大顆粒焦粒脫除。泵前過濾器主要用于過濾掉急冷油系統(tǒng)中粒徑>5 mm的粗焦粒，避免大焦粒進(jìn)入急冷油泵導(dǎo)致葉輪快速磨損或泵損壞，因此急冷油泵前過濾器在維持急冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中起到了至關(guān)重要的作用。某百萬噸/年乙烯裝置急冷油泵前過濾器原設(shè)計(jì)中流量為2 401 777 kg/h；進(jìn)、出口管徑DN900，排渣口管徑DN150；工作溫度205 ℃，設(shè)計(jì)壓力2.1 MPa；過濾精度5 mm，使用單濾芯，帶電動(dòng)刮刷；急冷油下進(jìn)上出，焦粒附著在濾網(wǎng)外圈，經(jīng)電動(dòng)刮刷刮除后下落至過濾器錐體，再經(jīng)排焦口進(jìn)入籃式過濾器【1】。

1 過濾器簡(jiǎn)介

1.1 過濾器基本結(jié)構(gòu)

急冷油泵前過濾器改造前結(jié)構(gòu)如圖1所示。電動(dòng)馬達(dá)安裝在頂部驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸上,傳動(dòng)軸穿過填料密封組件通過撥叉聯(lián)軸器帶動(dòng)濾網(wǎng)軸。濾網(wǎng)軸兩端由軸套支撐和固定，安裝在濾網(wǎng)軸上的刮刷支架及刮刷隨軸旋轉(zhuǎn)，將堵塞在濾網(wǎng)孔上的焦粒刮除。易損部件主要有填料密封組件、傳動(dòng)軸、濾網(wǎng)及濾網(wǎng)軸、軸套、刮刷支架及刮刷【2】。

圖1 改造前過濾器結(jié)構(gòu)

1.2 過濾器故障情況

過濾器2009年12月投入使用，間斷運(yùn)行至2013年徹底停用，在此期間，4臺(tái)急冷油泵前過濾器雖經(jīng)頻繁維修，但仍先后出現(xiàn)了因填料密封損壞導(dǎo)致的急冷油泄漏共計(jì)15次。同時(shí)，還經(jīng)常出現(xiàn)撥叉聯(lián)軸器的撥叉變形、刮刷和濾網(wǎng)嚴(yán)重刮蹭、軸套快速磨損等問題，導(dǎo)致刮刷過濾組件結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)【3】，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致傳動(dòng)軸斷裂、刮刷支架及濾網(wǎng)嚴(yán)重扭曲變形損壞，造成填料密封處急冷油向外泄漏。刮刷支架及濾網(wǎng)組件損壞前后的形貌分別見圖2和圖3。

圖2 刮刷支架及濾網(wǎng)組件損壞前

圖3 刮刷支架及濾網(wǎng)組件損壞后

若刮刷過濾組件不能正常運(yùn)行,則會(huì)影響到系統(tǒng)大顆粒焦的正常脫除，混有焦粒的急冷油沖刷急冷油循環(huán)系統(tǒng)中的設(shè)備及管道，會(huì)引起急冷油泵葉輪磨損，而焦粒在稀釋蒸汽發(fā)生器管箱處堆積，還會(huì)堵塞管束，影響蒸汽的產(chǎn)生，這將導(dǎo)致急冷油系統(tǒng)長(zhǎng)期處于不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)刮刷過濾組件不能正常使用時(shí)，只能停用泵前過濾器刮刷電機(jī)，停泵倒空過濾器進(jìn)行人工清理【4】，使得過濾器運(yùn)行周期嚴(yán)重縮短。每次清焦切泵都會(huì)對(duì)急冷油系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊，若頻繁切換，則易導(dǎo)致稀釋蒸汽發(fā)生器的浮頭內(nèi)漏。2012年8月曾發(fā)生因切泵波動(dòng)過大造成稀釋蒸汽發(fā)生器浮頭內(nèi)漏導(dǎo)致裝置嚴(yán)重降量的事件。同時(shí)，頻繁切泵還需增加崗位操作工人以及清焦檢維修費(fèi)用，使裝置處于帶病運(yùn)行狀態(tài)【5】。

1.3 過濾器故障原因分析

1.3.1 封頭和筒體同心度及垂直度存在偏差

在設(shè)備加工和安裝過程中，泵前過濾器封頭與筒體的同心度易產(chǎn)生偏差。封頭法蘭連接面間隙3 mm，在法蘭緊固后，同樣易使軸的垂直度產(chǎn)生偏差。依據(jù)GB/T 26660—2011，該過濾器所使用的SWC大型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器直徑<300 mm，由表1可知，兩軸的徑向位移允許偏差應(yīng)<0.1 mm。

表1 同軸度允許偏差

1.3.2 原設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)軸及撥叉聯(lián)軸器易產(chǎn)生較大振動(dòng)

傳動(dòng)軸及濾網(wǎng)軸的連接示意如圖4所示。軸運(yùn)行過程中的撓動(dòng)會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)軸產(chǎn)生較大振動(dòng)，過大的振動(dòng)又會(huì)導(dǎo)致軸徑向位移超過允許偏移量；徑向載荷作用到軸上會(huì)使軸產(chǎn)生較大的彎曲變形，撓度和偏轉(zhuǎn)角度則會(huì)使軸套和聯(lián)軸器等傳動(dòng)組件相互磨損，并加劇軸的剛度變化及扭曲，進(jìn)而造成軸擺動(dòng)角度逐漸增大，最終將導(dǎo)致軸套失效、傳動(dòng)軸斷裂及濾芯整體失效。

圖4 串聯(lián)軸連接擺動(dòng)角示意

1.3.3 濾網(wǎng)、刮刷及刮刷支架組件的制造及配合精度低

濾網(wǎng)、刮刷及刮刷支架組件制造及配合精度低易造成如下問題：

1) 刮刷靠螺栓連接在支架一端，支架另一端則焊接在濾網(wǎng)軸上，整個(gè)軸上共焊接16根刮刷支架。裝配容易產(chǎn)生尺寸配合偏差，這將使刮刷與濾網(wǎng)產(chǎn)生較大的不對(duì)中問題。

2) 濾網(wǎng)直徑為1 222 mm，其允許的正、負(fù)偏差<1%(約為12 mm)，同時(shí)濾網(wǎng)強(qiáng)度不足，最終會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生較大塑性變形。

3) 軸的擺動(dòng)使軸套受到環(huán)向應(yīng)力，導(dǎo)致軸套快速磨損，而軸套縫隙越大，進(jìn)入其中的焦粉顆粒就越多，也就更加速了軸與軸套的接觸面磨損，易導(dǎo)致軸套急劇損壞。

2 過濾器技術(shù)改造

2.1 過濾器技術(shù)問題分析及改造方案

由于過濾器的傳動(dòng)軸和濾網(wǎng)軸軸身太長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)擺動(dòng)量大，在長(zhǎng)期使用過程中，使得撥叉聯(lián)軸器不能保持同軸度，產(chǎn)生偏移。同時(shí)，過濾器內(nèi)焦粉顆粒又會(huì)加快軸承套和密封磨損，極容易造成泄漏。未經(jīng)改造的過濾器的濾網(wǎng)制造精度低、強(qiáng)度不夠,且刮刷支架的簡(jiǎn)單連接也不能避免濾網(wǎng)和刮刷嚴(yán)重刮蹭。上述問題導(dǎo)致過濾器不能長(zhǎng)周期運(yùn)行，需頻繁切泵進(jìn)行清焦處理，這會(huì)對(duì)急冷油系統(tǒng)造成沖擊,使得系統(tǒng)中焦粒不能被正常脫除，磨損設(shè)備的同時(shí)也影響到裝置的穩(wěn)定性,存在安全隱患。為此，經(jīng)過同行調(diào)研和技術(shù)性攻關(guān)，制定出改造方案，具體如下：針對(duì)傳動(dòng)軸軸身過長(zhǎng)的問題，將傳動(dòng)軸長(zhǎng)度從1.75 m縮短到0.7 m、直徑增大為φ95 mm，并使用總長(zhǎng)為1 m的萬向聯(lián)軸器補(bǔ)足傳動(dòng)軸總長(zhǎng)度，此外，萬向聯(lián)軸器還加設(shè)了伸縮補(bǔ)償； 為減小撥叉聯(lián)軸器產(chǎn)生偏移， 需設(shè)置同軸定位中芯軸， 其與聯(lián)軸器撥叉的對(duì)接面采用圓弧貼合， 確保不出現(xiàn)位移；為減緩過濾器軸承套和密封的損壞， 需將填料密封改為機(jī)械密封， 并在機(jī)械密封下部設(shè)計(jì)防塵組合密封， 預(yù)防焦粉和雜質(zhì)進(jìn)入其中， 確保機(jī)械密封不受焦粉和顆粒的影響， 以延長(zhǎng)其使用壽命；為減少濾網(wǎng)和刮刷的刮蹭， 需采用銅合金管刀配合不銹鋼刷清理濾網(wǎng)， 并使用多角度方式將原來的2段刮刷更改為3段刮刷， 同時(shí)將管刀支架設(shè)計(jì)為伸縮結(jié)構(gòu)， 將濾網(wǎng)軸的上軸承支架加高550 mm， 以增大軸承的密封性，確保軸承與急冷油中焦粒隔絕， 延長(zhǎng)其使用壽命。

2.2 過濾器技術(shù)改造過程

經(jīng)前期反復(fù)討論和技術(shù)確認(rèn)，改造后的濾芯系統(tǒng)于2017年3月開始安裝。安裝期間復(fù)核了刮刀電機(jī)安裝尺寸、軸連接位置尺寸、新濾網(wǎng)組件與罐體安裝尺寸。數(shù)據(jù)經(jīng)核實(shí)確認(rèn)無誤后，拆開過濾器封頭，使用M30螺栓將濾網(wǎng)組件固定在罐體筒內(nèi)的安裝法蘭上，并確認(rèn)安裝到位，無偏移狀況【6】。

濾芯系統(tǒng)安裝過程中，需先在地面將傳動(dòng)軸和電機(jī)及減速箱安裝至封頭上，再將萬向聯(lián)軸器安裝在傳動(dòng)軸上。之后吊起封頭，對(duì)準(zhǔn)罐體上方安裝位置再落下，落到將與同軸撥叉聯(lián)軸器對(duì)接的時(shí)候，需確認(rèn)撥叉中間的同心軸心是否已對(duì)準(zhǔn)聯(lián)軸器的中心孔，然后再緩緩落下封頭，將法蘭螺栓鎖緊。安裝并調(diào)試完成后再充液進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，確保過濾器內(nèi)組件裝配到位、軸精確對(duì)中、運(yùn)行中無異常振動(dòng)和聲響【7】。

3 改造效果

改造后的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)顯示，急冷油泵前過濾器聲音、振動(dòng)正常，焦粒清理正常，刮刷電機(jī)運(yùn)行無過載，密封無泄漏，滿足長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行條件。最初改造的過濾器B于2017年3月投入運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行兩年后解體檢查，除易損件正常磨損待更換外，其余部件均無重大損壞，達(dá)到了改造預(yù)期。

相對(duì)于改造前的運(yùn)行情況，此次技術(shù)攻關(guān)改造在工藝上實(shí)現(xiàn)了如下改進(jìn)：

1) 避免了密封泄漏及泄漏后可能著火的安全風(fēng)險(xiǎn)；

2) 避免了因需頻繁停泵倒空進(jìn)行故障維修對(duì)急冷油系統(tǒng)造成的沖擊，以及焦粒被堆積在稀釋蒸汽發(fā)生器需頻繁切泵清焦造成的泄漏；

3) 避免了系統(tǒng)中粗焦粉末被帶走對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的沖刷及磨損；

4) 實(shí)現(xiàn)了在線刮刷自動(dòng)清焦功能；

5) 降低了人力倒空、置換、清理的工作量；

6) 實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。