脉冲反吹角阀在E-Gas气化焦过滤器上的应用

郭宗斌，周建欣，熊 江，王海庆

(中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086)

中海油惠州石化有限公司煤制氢装置采用E-Gas气化技术。该技术采用两段式水煤浆加压气化，在流程中设置了合成气冷却器和焦过滤器，分别用于回收合成气显热和移除合成气中的固体颗粒。焦过滤器是合成气除尘净化的关键设备，由过滤器壳体、滤芯和反吹系统组成。过滤器壳体被位于过滤器中的管板分为上下两部分，正常运行中，含有固体颗粒的合成气由过滤器下部进入，经过滤芯过滤后，从过滤器上部排出。来自压缩机的高压合成气从焦过滤器顶部反向吹扫滤芯，将滤芯表面的固体颗粒吹落，恢复滤芯的过滤性能，保障过滤器正常工作。过滤器的流程简图见图1。

图1 焦过滤器的流程简图

1 焦过滤器反吹系统

焦过滤器为2台并联运行，每台焦过滤器有12组脉冲反吹阀。每组脉冲反吹阀对应一簇焦过滤器滤芯，脉冲反吹阀的一次开关时间为0.45 s。2台焦过滤器的脉冲反吹阀按照顺序每隔6 s开关一次。

焦过滤器的反吹系统由高压合成气、合成气加热器、反吹气分布器和脉冲反吹阀组成。脉冲反吹阀的开关由控制系统发出指令打开或者关闭。脉冲反吹阀打开时，高压合成气快速通过反吹气分布器，以一定的初速度喷射进入滤芯内部，产生的冲击波和动能可将滤芯表面的固体颗粒震落；脉冲反吹阀关闭时，气化炉产生的合成气则经过滤芯表面过滤后进入滤芯内部，起到正常过滤合成气的作用。焦过滤器反吹流程见图2所示。

图2 焦过滤器反吹流程

2 原脉冲反吹球阀

焦过滤器反吹系统原使用的是脉冲反吹球阀，其规格和材质见表1和表2所示，基本结构见图3所示。

表1 脉冲反吹球阀规格设计参数

表2 脉冲反吹球阀材质

(a)阀门内部结构图

3 存在问题及原因分析

气化装置开工过程中发现阀门存在严重内漏和外漏现象。外漏位置在阀门填料压盖处，系统内的合成气向外界泄漏，有毒气体积聚；同时发现阀门内漏严重，反吹系统正常运行压力为9.7 MPa，在30 min内压力降低了4 MPa，使得反吹系统功能丧失。阀门拆检中发现阀门的阀座、球体、阀盖、耳轴、填料压盖等内件出现严重磨损(见图4和图5)。

图4 耳轴磨损严重

图5 主轴、填料压盖等部件磨损

根据脉冲反吹球阀拆检情况推断出泄漏原因：阀门快速转动后，球体与阀座密封面磨损、变形严重，引起阀门内漏;阀盖、填料及填料函磨损严重导致阀门外漏。在对阀门的磨损部位进行修复后，阀门运行时间只能达到30 d左右，就会引发新的内漏和外漏，说明脉冲反吹球阀的选型和制造加工工艺在适应焦过滤器运行工况方面存在先天不足。

4 脉冲反吹角阀

国内粉煤气化也采用了干法除尘工艺，流程中使用飞灰过滤器除去合成气夹带的固体颗粒，过滤器中使用角阀作为反吹阀(脉冲反吹角阀的结构见图6)。经过国内近20年经验积累，脉冲反吹角阀已经能够满足粉煤气化飞灰过滤器长周期运行要求，并且脉冲反吹角阀国产化的经验相对成熟可靠。国内粉煤气化装置中，通过对脉冲反吹角阀的阀芯杆、波纹管材质、阀座的结构进行完善和调整，脉冲反吹球阀的寿命大大提高[1-4]，其寿命为10万次动作，在飞灰过滤器上可以持续运行280 d[4]。

图6 脉冲反吹角阀结构图

粉煤气化反吹气的压力只有8.0 MPa左右，而本装置中反吹气的压力高达9.7 MPa,目前国内还没有如此高压下的脉冲反吹角阀运行，因此，结合粉煤气化脉冲反吹角阀的使用经验，采用脉冲反吹角阀阀体整体加工制造以提高抗压强度，既保证了脉冲反吹角阀的性能，又适应了本装置高压反吹的需求。

脉冲反吹球阀和脉冲反吹角阀故障时引起泄漏的风险对比分析见表3。

表3 球阀与角阀的泄漏风险对比

由于球阀和角阀的气体流道不同，通过球阀和角阀的流量特性也不相同，球阀打开和关闭的过程联成一体，其流量呈现正弦曲线的特点；角阀打开时间较快，打开后需要保持一段时间，然后再关闭，角阀的流量曲线呈现梯形的特点。流量曲线特点决定了同等时间内经过两种阀门的反吹气流量是不相同的，但是可以通过调整脉冲反吹角阀的开关时间来调整反吹气流量，达到满足过滤器反吹的效果。

5 运行结果

5.1 脉冲反吹球阀运行情况

脉冲反吹球阀的内漏情况无法从表面观察，只能通过反吹气流量的增加情况来判断。使用脉冲反吹球阀情况下，原装球阀和修复后的球阀运行时气化炉反吹气流量变化情况见图7。

图7 原装脉冲反吹球阀和修复脉冲反吹球阀反吹气流量对比

由图7可以看出：运行过程中，脉冲反吹球阀磨损加快;运行后期，合成气反吹量较初期增长了110%以上；修复脉冲反吹球阀运行时间较长，运行后期反吹气量上涨了60%。修复后脉冲反吹球阀的性能有所改善，但没有从根本上解决内漏的问题。

脉冲反吹球阀使用期间，外漏情况逐渐增多，外漏球阀数量逐渐增多。原装脉冲反吹球阀运行末期，24台脉冲反吹球阀中有22台外漏，其中严重泄漏者达18台；修复后,运行末期24台脉冲反吹球阀中有18台球阀外漏，其中严重外漏球阀达14台。

5.2 脉冲反吹角阀使用效果

更换为脉冲反吹角阀后，共计运行时长近5 000 h，阀门未出现内漏、外漏或故障停运的情况，不仅使用寿命延长，阀门的吹扫效果也有了明显提高。使用脉冲反吹角阀运行时反吹气流量变化见图8。

图8 脉冲反吹角阀反吹气流量变化

由图8可知:使用脉冲反吹角阀替代脉冲反吹球阀后，反吹气流量稳定，表明没有发生内漏或者外漏。

6 结语

焦过滤器中脉冲反吹球阀由于自身制造和选材的原因，导致无法满足反吹系统快速开关的需要，造成脉冲反吹球阀内部磨损加剧，内漏和外漏严重，影响装置生产。脉冲反吹角阀从结构上避免了脉冲反吹球阀存在的不利因素，不但从根本解决脉冲反吹阀故障问题，保证了焦过滤器安全、平稳运行，而且大大降低了维修费用,提高了焦过滤器的整体运行经济性。