高温高压飞灰过滤器文丘里管故障原因分析及应对措施

田德帅(神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

1 设备故障简述

我公司煤气化中心105单元高温高压飞灰过滤器(S1501)于2018年12月将外围11组1.5m 金属滤芯更换为2m 滤芯，中间四组依然使用1.5m 新滤芯，至2019年3月装置大修停车前压差稳定在11kPa 左右。大修期间未对S1501开大盖进行检查，只进行了侧人孔检查，检查未发现异常。大修结束后于2019年6月开车运行，S1501开车时压差为11.4kPa，后期随着运行，滤芯压差持续上涨，期间发现11号和14号反吹阀动作时内部有异响，8月开始，S1501滤芯压差上涨斜率开始变陡，并出现阶梯式上涨，期间工艺技术人员对运行参数进行多次调整，如降低负荷、降低激冷量、提高反吹压力等一些列措施，短期对缓解S1501压差有一定的效果，但维持时间不长，滤芯压差总体趋势依然是上涨，根据公司安排105气化装置于2019年9月17日停车。

停工后进入S1501检查发现15组滤芯的文丘里管有5组已经翻倒，4组文丘里管已经脱离原始位置开始沿着滤芯笼子的内圆凸出，随时有可能翻倒。也就是说15组文丘里管中只有6组在运行中有效反吹，5组已经不再起到反吹作用，其余4组反吹效果也明显下降。此外还发现部分文丘里管裙边已经严重变形，一根反吹管已经断裂，其余3根反吹管已经变形。但滤芯大管板部位未发现积灰现象，说明滤芯未泄漏，从侧人孔检查发现滤芯整体挂灰比较严重。

2 故障原因分析

2.1 设计方面的原因

在S1501翻倒的五组文丘里管中四组是中部的1.5m 滤芯的文丘里管，只有一组是2m 滤芯的文丘里管，而中间四组和周围的11组文丘里管不同之处在于反吹管长度和结构不一致。

从图1我们发现中间四组反吹管较长而且在法兰接管下有弯曲结构而周围11组滤芯的反吹管较短且为直管。根据力学原理我们可以推理：当反吹管上部的反吹阀动作后，进入反吹管的高压氮气在高速流动过程中先后遇到反吹管的两个弯头，会对反吹管造成如图2所示的冲击力，这种冲击力作用在反吹管上后对文丘里的直接影响就是形成水平方向的敲击作用，文丘里管长期在反吹管这种力的作用下加之滤芯压差较高形成的反吹反作用力较大，最终导致文丘里与反吹管的定位环损坏以及文丘里与管板的连接因疲劳而脱离，在合成气的气流作用下文丘里管最终翻倒。

图1 反吹管结构及分布示意

图2 反吹管冲击力关系示意

2.2 安装质量原因

在2018年12月份的检修中，为防止滤芯管板与大管板的密封部位泄漏，我们首次将两个翻边法兰进行了密封焊。在密封焊完成后，原设计的使用T 型螺栓将文丘里与管板连接固定的组合件凹槽内被2～3mm 的焊肉所占，而焊肉所在部位恰好是组合件的中部位置，这导致T 型螺栓不能较好的塞入凹槽内与文丘里、滤芯笼子以及大管板的翻边法兰相贴合，当文丘里管安装完毕后，T 型连接螺栓的安装位置相对以前向外偏移且在T 型螺栓紧固过程中很容易出现上下端一侧靠近滤芯组件，另一侧向外大量偏移的现象，运行中在气流的冲击下即使T 型螺栓上部螺母已经与文丘里点焊固定但下端由于位置偏外缘而很容易脱出，当局部T 型螺栓脱出后其余未受力的T 型螺栓开始过载最终随着装置运行全部脱落。当初我们安装中也考虑到了这种极端情况就在滤芯组合件外缘额外焊接了6条拉筋，拉筋将文丘里、滤芯笼子以及管板的三个翻边法兰通过焊接方式连接固定在一起防止T 型螺栓脱落后文丘里翻倒，但由于施工中文丘里的法兰相对另外两个法兰厚度较小，焊肉可能相对很小，当T 型连接螺栓脱落后，微小的焊肉无法承受气流冲击形成的各种方向的作用力最终开裂。

2.3 反吹管与文丘里安装的共同作用

文丘里正常安装程序是首先将滤芯的笼子组件吊装到位并保证笼子的翻边法兰与大管板的翻边法兰对齐，然后吊入文丘里，旋转调整文丘里使定位螺栓孔对齐并装入定位螺栓，然后装入T 型螺栓固定，最后连接反吹管。但实际上经过近十年的频繁拆装，部分定位螺栓的栽丝部位已经断在螺纹内导致文丘里无法定位，此外有的文丘里因为拆装中记号模糊导致文丘里的组对位置破坏。再者，我单位的文丘里与反吹管的喷头定位采用焊接定位环的方式定位且间隙非常小导致喷头调整空间非常有限，安装中只能采用文丘里管的固定T 型螺栓和反吹管连接法兰先不紧固，不断旋转文丘里和反吹管到所谓的最佳位置(即反吹管法兰无张口或者张口最小位置)，然后再分别紧固反吹管和文丘里的T 型连接螺栓。这样做直接的影响就是等反吹管的接管法兰和文丘里的连接螺栓紧固后二者分别与各自的螺栓连接部件紧密的连接，形成二次校正，导致反吹管与文丘里的连接部位无法达到力学平衡，存在一定的水平方向的安装校正力矩，这种力矩在近几年来未导致文丘里出现翻倒现象，但量变到一定程度出现了这次的“质变”。在这种力矩的作用下加之反吹气源造成的脉动冲击最终T 型螺栓脱出，连接拉杆焊接部位开裂导致文丘里管翻倒。

2.4 合成气因素

2018年12月105S1501首次采用两米滤芯后，我们发现激冷气压缩机在气化炉同负荷、同转速下，激冷气量明显提高，由之前的24万Nm3增至26万Nm3，根据这个现象可以推理，S1501在激冷气量激增后，每组滤芯通气量增加约20000/15≈1300Nm3/h，合成气流向恰好是自文丘里下方向上。合成气在文丘里流通的通道内最小截面部分通径为210mm，下部最大通径约850mm，在合成气流经文丘里时通道面积由0.567m2降为0.035m2，也就是说承受上升的合成气流投影面积为0.532m2，流通区域降低了约93.8%，阻力较大，加之上述第二和第三条因素的存在，大气量的合成气破坏了文丘里管原始连接方式形成的平衡状态最终造成文丘里管翻倒。

2.5 反吹因素

高温高压飞灰过滤器除灰方式为干法除灰，飞灰被阻挡在滤芯表面，随着过滤器使用时间的增长，靠近滤芯侧会逐渐形成一层永久性滤饼层，而远离滤芯侧的滤饼层是非永久性的，超高压氮气在反吹阀动作时，产生脉冲导引气流，该气流无法吹除永久性滤饼层，但可以使非永久性滤饼层脱离，吹落的飞灰沉积在底部收集器内。105S1501滤芯压差在停车前持续上涨，通过提高反吹压力期望吹掉滤芯表面的非永久性滤饼层从而降低滤芯压差，但由于滤芯表面大量积灰，反吹气对合成气形成的脉冲气流因滤芯阻力系数提高而使得通过滤芯孔隙的气量大幅减少，这就造成反吹时文丘里承受的反吹气的反冲击力增大，在这种冲击力的作用下文丘里连接部位失效最终翻倒。

3 应对措施

3.1 校正反吹管

为防止上述分析的安装问题造成文丘里翻倒现象，在文丘里管安装后仔细检查反吹管法兰张口情况，对张口较为严重的反吹管进行割口校正避免和减小反吹管法兰与文丘里连接法兰的不平行造成额外安装力矩。

3.2 对T型螺栓螺母进行加强焊

在文丘里T 型螺栓安装完毕后对螺母进行加强焊措施，防止运行过程中螺母松动导致T 型螺栓脱落。

3.3 增加滤芯组合件外缘拉筋数目

将滤芯组合件外缘的6条拉筋改为8条拉筋并增大焊肉面积，使文丘里管、滤芯笼子和管板的翻边法兰牢固地连为一体。

3.4 增设T型螺栓固定钢圈

T 型螺栓安装完成后在滤芯组件的外缘增设一圈固定钢圈将T 型螺栓紧紧“抱住”以防止其脱落。

3.5 加强对反吹系统的监控。

只有保证反吹系统正常稳定运行，才能使滤芯外表面的非永久性滤饼层被及时吹除，从而保持滤芯孔隙的通透性，最大限度地减弱反吹气流对文丘里管形成的冲击力。

4 结语

文章从五个方面对飞灰过滤器文丘里管故障原因进行了详细分析，提出五项应对改进措施，有效解决了高温高压飞灰过滤器文丘里管的故障。