高溫高壓飛灰過濾器的常見故障及解決措施

張迎松

（福建合盛氣體有限公司，福建福州 350100）

高溫高壓飛灰過濾器是shell煤氣化裝置中的關鍵設備之一，設計用來去除工藝合成氣中的灰塵。氣體攜帶的飛灰在濾棒外表面被收集，過濾后的合成氣中灰塵含量約1~2mg/m3（標），通過過濾器管口進入容器的頂部，該氣體直接送往文丘里J1602至洗滌塔C-1601。高溫高壓過濾器設置了反吹系統，利用7.87MPa、225℃的超高壓合成氣對濾芯進行反吹，以保證將過濾器的壓降控制在0.03MPa之內。

高溫高壓飛灰過濾器故障，在一段時間內是影響Shell煤氣化裝置長周期穩定運行的關鍵因素之一。

1 高溫高壓飛灰過濾器常見的故障及原因分析

高溫高壓飛灰過濾器在運行過程中，常見的故障主要包括濾芯斷裂、通氣錐損壞、合成氣泄漏等故障，這些故障直接導致煤氣化裝置停車。

1.1 高溫高壓過濾器濾芯斷裂

1.1.1 濾芯斷裂的判斷

Shell煤氣化裝置的飛灰過濾器采用陶瓷濾芯的過濾器，陶瓷濾芯由多孔碳化硅作為支撐骨架，相對比較脆弱，容易斷裂。

濾芯的壓差直觀地反映濾芯運行的狀況，濾芯在斷裂前受到超過正常范圍的負荷，壓差上漲超過正常值，而在濾芯斷裂后，壓力變小，壓差會明顯下降。

如果在濾芯斷裂后沒有立即停車，循環氣壓縮機的入口氣體的灰塵含量變大，造成入口過濾器阻塞，激冷氣流量將會逐漸變小。觀察洗滌塔C1601的水樣渾濁，呈乳白色。洗滌水循環泵各物流的流量與激冷氣量變小綜合判斷濾芯出現了斷裂。

1.1.2 飛灰過濾和濾芯反吹原理

裝置運行過程中，飛灰沉淀在過濾棒外面的形成一個濾層，稱為濾餅。有一根單獨的管線從容器頂部的環形管處引到過濾器反吹管，用于每組過濾棒的清洗。通過一個由PLC控制的噴氣式脈沖清洗閥門進行飛灰驅散。每組過濾棒的清洗間隔取決于當前的壓差，其次取決于灰塵的負荷、通過過濾器的流量及其流率。

1.1.3 高溫高壓過濾器濾芯斷裂原因分析

在裝置的運行過程中，若反吹不充分，飛灰就會在濾芯中間積聚，當達到架橋時間即飛灰填滿相鄰濾芯間隙的時間，就會產生架橋。下一個反吹周期到來時，高流量的氣體反吹，就會產生使濾芯彎曲的力，導致陶瓷濾芯斷裂。

除架橋導致濾芯的斷裂外，異常的氣流沖擊也會導致陶瓷濾芯的斷裂。如均壓閥15XV0008/0009打開造成的沖擊。在V1502充壓準備連通V1501，V1502 高于后者壓力，在平衡壓力時未使15PV0009 將二者壓力均衡，或者在二者存在較大壓差時手動打開閥門15XV0008/0009，均會對管口正對濾芯造成沖擊，導致斷裂。

1.2 過濾器架橋原因分析

高溫高壓飛灰過濾器灰分架橋和收到氣流異常沖擊會導致斷裂，但是灰分架橋是濾芯斷裂的常見因素，以下主要就架橋原因進行分析。

1.2.1 反吹閥故障

反吹閥故障的主要原因：①電磁閥燒壞或線路故障，反吹閥無法正常動作；②儀表風較臟，顆粒物將電磁閥內部堵塞，反吹閥無法動作；③合成氣反吹時，缺少保溫和電伴熱導致凝露，二氧化硫腐蝕反吹閥內部，造成反吹閥異常。

1.2.2 儀表氣源問題

為了達到反吹時脈沖的效果，反吹閥所需的快開時間小于100ms，若儀表氣管線太細造成高壓降，或儀表氣管線有泄漏，影響儀表氣供應，增加反吹閥快開時間，影響反吹效果，導致飛灰積集架橋。

1.2.3 文丘里翻倒

設計反吹管較長，固定強度不夠，在反吹脈沖時，發生晃動，反吹氣噴射不正，造成文丘里管承壓過大。這種周期性的力導致固定螺栓疲勞失效，造成文丘里松動并倒塌，文丘里倒塌后，反吹無法正常進行，造成飛灰架橋而使濾芯損壞。

1.2.4 合成氣中的水分過高

氣化裝置運行過程中，燒嘴泄漏、隔焰罩的泄漏，或其他部位的水冷壁管泄漏，導致合成氣水分過高，飛灰與凝結水形成更黏的濾餅，導致濾餅無法從濾芯表面清除，將使濾芯表面和濾芯之間形成架橋，可能導致濾芯斷裂。

1.2.5 新舊濾芯的混用

部分濾芯損壞后，若將清潔后的濾芯與更換的新的濾芯混合安裝使用，由于新濾芯的通透效果比舊濾芯好，將導致飛灰向通透性好的新濾芯偏流，局部飛灰負荷過載，飛灰積聚導致架橋甚至濾芯斷裂。

1.3 通氣錐破損

通氣錐是飛灰過濾器的另一個重要的通氣元件，通氣錐的損壞也會導致高溫高壓飛灰過濾器無法正常運行，甚至造成裝置停車。

1.3.1 雜質進入清潔側堵塞微孔，導致通氣錐破損

管道在裝置試車或檢修過程中，帶入雜質，在加壓的過程中雜質顆粒附著在通氣錐的進氣側，堵塞了微孔，造成壓差過高，導致通氣錐破損。

1.3.2 聯鎖設置的不完善

為了保證穩高壓氮氣系統氮氣優先穩定供應，當煤氣化裝置氮氣用量過大，導致穩高壓氮氣壓力出現低報警時，聯鎖30US0002將動作并關閉30XV0002，切斷高溫高壓陶瓷過濾器的通氣錐氮氣供應，此時處在自動控制的通氣錐氮氣流量控制閥會自動開大調節閥。氮氣壓力回復正常后，30XV0002允許開啟，一旦操作人員未注意到通氣錐的流量控制閥的變化，直接打開30XV0002，大量氮氣將會沖擊通氣錐，造成通氣錐的損壞。

1.4 合成氣泄漏

1.4.1 S1501入口法蘭泄漏

某公司煤氣化裝置曾經由于S1501入口法蘭泄漏停車，S1501入口法蘭，公稱直徑DN1000，公稱壓力PN10.0，入口法蘭采取焊環加密封墊（在法蘭焊環之間先加密封墊，法蘭螺栓把緊，之后在焊環與法蘭密封面之間采取密封焊）。由于所加密封墊為帶外環纏繞墊，管道內部介質為粗合成氣并且含灰，帶壓含灰合成氣沖刷，纏繞墊密封填料層內圈被沖刷磨損，導致密封墊密封填料層有兩個部位被沖刷磨損穿孔。焊環密封焊原始施工時未采取氬弧焊，焊接質量差，存在夾渣和氣孔等缺陷，當墊片密封填料層被沖刷磨損后，帶壓含灰合成氣順著氣孔往外泄漏，灰在高壓氣體帶動下，對密封焊縫產生磨損，致使泄漏擴大起火，氣化裝置停車。

1.4.2 合成氣滯留區腐蝕泄漏

1.4.2.1 15PDI-0002引壓管的泄漏

15PDI-0002是高溫高壓飛灰過濾器的關鍵控制點，由于伴熱和保溫效果不理想，儀表反吹不充分，合成氣在引壓管切斷閥處腐蝕泄漏，嚴重影響了裝置的安全穩定運行。

1.4.2.2 V1501的平衡線處的腐蝕泄漏

V1501與V1502平衡管線15XV0008/0009與15XV0010間斷流通，合成氣易在交接點積集，由于伴熱不充分，形成冷凝腐蝕，導致合成氣泄漏，影響裝置的運行。

2 解決措施

2.1 飛灰過濾器濾芯的維護

（1）正確安裝濾芯和內件，如小管板、文丘里管和定位板等部件，按照Pall公司的指導手冊進行，防止由于安裝問題導致濾芯損壞。

（2）合適的工藝和操作參數：①合成氣流量、壓力、溫度應滿足指標要求。②反吹氣應干燥、無油、無顆粒物，其壓力保證2倍于過濾器內部壓力操作。

（3）反吹情況監控，反吹氣壓力變化趨勢是衡量反吹功能是否正常有效標準，通過操作界面可以清晰地表明反吹閥的工作狀態和反吹效果。如果反吹氣壓力變化趨勢異常，操作人員必須立即到閥門所在位置檢查閥門故障的原因。

（4）定期檢查作好預防性檢修。①過濾器內件的年度檢查。②反吹閥門的年度檢查。

2.2 濾芯更換

若出現濾芯斷裂，檢修需要更換濾芯，應該用全新的或者全部清洗的濾芯替換所有濾芯，避免新舊濾芯混用，在過濾器中所有的濾芯必須有一致的通透性，避免由于氣體通過不均，造成局部過負荷，導致局部濾芯架橋。

2.3 合成氣管線維護

（1）加強正常無流動或間歇流動區域的檢測，做好預檢修防止泄漏，確保有足夠的伴熱和保溫，以防止管線出現冷凝或NH4Cl結晶造成腐蝕。

（2）考慮對易腐蝕造成泄漏的部位采用碳鋼內襯不銹鋼（或者incoloy825）更換不銹鋼管線，以防止由于腐蝕導致合成氣泄漏。

2.4 聯鎖完善

為了防止氮氣低壓聯鎖解除后，人為操作失誤，大量氮氣沖擊導致通氣錐的損壞，可增設聯鎖，在30XV0002沒有“開”回訊時，聯鎖強制15FV0001和15FV0003關閉。

2.5 技術改造

2.5.1 文丘里加固

針對反吹噴嘴震動和文丘里固定強度不夠進行改造，將反吹噴嘴與文丘里口連接，并對文丘里與管板連接底座加強，防止文丘里翻倒。

2.5.2 平衡管管口增設擋板

為了實現設備本質安全，防止在V1502壓力高于V1501時的工藝操作失誤，導致在氣流沖擊下損壞平衡孔處的濾芯，在平衡孔處設置一擋板，避免氣流造成濾芯的沖擊和損壞。

2.5.3 選用金屬濾芯

綜合考慮陶瓷材料的局限性與金屬材料的優缺點，新型高性能金屬過濾管選擇金屬材質必須耐高溫、耐腐蝕。制作特種金屬粉末，通過控制結構形式與成形、燒結及梯度層的表面復合工藝，確保過濾管的孔徑型結構、孔徑分布與整體強度，以滿足過濾管的使用性能要求[1]。近年來，國內廠家通過不斷的探索開發已研制性功能較優越的金屬濾芯，部分用戶嘗試取代陶瓷濾芯的使用。

2.5.4 選用保安濾芯

使用保安濾芯可以在過濾器濾芯損壞的情況下為下游設備提供保護，防止反吹時污染其他完好濾芯[2]，可允許設備在少量濾芯斷裂的情況下繼續運行，無須立即停車。

3 結論

Shell煤粉氣化裝置開車以來，高溫高壓飛灰過濾器發生了文丘里翻倒，濾芯斷裂，反吹閥故障，合成氣泄漏等一些問題，極大影響了煤氣化裝置的長周期穩定運行。經過一段時間的摸索和進行一系列改造后，已經能夠逐步實現長周期運行，為Shell煤粉氣化長周期運行打下了堅實的基礎。