高溫高壓飛灰過濾器文丘里管故障原因分析及應對措施

田德帥(神華鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209)

1 設備故障簡述

我公司煤氣化中心105單元高溫高壓飛灰過濾器(S1501)于2018年12月將外圍11組1.5m 金屬濾芯更換為2m 濾芯，中間四組依然使用1.5m 新濾芯，至2019年3月裝置大修停車前壓差穩定在11kPa 左右。大修期間未對S1501開大蓋進行檢查，只進行了側人孔檢查，檢查未發現異常。大修結束后于2019年6月開車運行，S1501開車時壓差為11.4kPa，后期隨著運行，濾芯壓差持續上漲，期間發現11號和14號反吹閥動作時內部有異響，8月開始，S1501濾芯壓差上漲斜率開始變陡，并出現階梯式上漲，期間工藝技術人員對運行參數進行多次調整，如降低負荷、降低激冷量、提高反吹壓力等一些列措施，短期對緩解S1501壓差有一定的效果，但維持時間不長，濾芯壓差總體趨勢依然是上漲，根據公司安排105氣化裝置于2019年9月17日停車。

停工后進入S1501檢查發現15組濾芯的文丘里管有5組已經翻倒，4組文丘里管已經脫離原始位置開始沿著濾芯籠子的內圓凸出，隨時有可能翻倒。也就是說15組文丘里管中只有6組在運行中有效反吹，5組已經不再起到反吹作用，其余4組反吹效果也明顯下降。此外還發現部分文丘里管裙邊已經嚴重變形，一根反吹管已經斷裂，其余3根反吹管已經變形。但濾芯大管板部位未發現積灰現象，說明濾芯未泄漏，從側人孔檢查發現濾芯整體掛灰比較嚴重。

2 故障原因分析

2.1 設計方面的原因

在S1501翻倒的五組文丘里管中四組是中部的1.5m 濾芯的文丘里管，只有一組是2m 濾芯的文丘里管，而中間四組和周圍的11組文丘里管不同之處在于反吹管長度和結構不一致。

從圖1我們發現中間四組反吹管較長而且在法蘭接管下有彎曲結構而周圍11組濾芯的反吹管較短且為直管。根據力學原理我們可以推理：當反吹管上部的反吹閥動作后，進入反吹管的高壓氮氣在高速流動過程中先后遇到反吹管的兩個彎頭，會對反吹管造成如圖2所示的沖擊力，這種沖擊力作用在反吹管上后對文丘里的直接影響就是形成水平方向的敲擊作用，文丘里管長期在反吹管這種力的作用下加之濾芯壓差較高形成的反吹反作用力較大，最終導致文丘里與反吹管的定位環損壞以及文丘里與管板的連接因疲勞而脫離，在合成氣的氣流作用下文丘里管最終翻倒。

圖1 反吹管結構及分布示意

圖2 反吹管沖擊力關系示意

2.2 安裝質量原因

在2018年12月份的檢修中，為防止濾芯管板與大管板的密封部位泄漏，我們首次將兩個翻邊法蘭進行了密封焊。在密封焊完成后，原設計的使用T 型螺栓將文丘里與管板連接固定的組合件凹槽內被2～3mm 的焊肉所占，而焊肉所在部位恰好是組合件的中部位置，這導致T 型螺栓不能較好的塞入凹槽內與文丘里、濾芯籠子以及大管板的翻邊法蘭相貼合，當文丘里管安裝完畢后，T 型連接螺栓的安裝位置相對以前向外偏移且在T 型螺栓緊固過程中很容易出現上下端一側靠近濾芯組件，另一側向外大量偏移的現象，運行中在氣流的沖擊下即使T 型螺栓上部螺母已經與文丘里點焊固定但下端由于位置偏外緣而很容易脫出，當局部T 型螺栓脫出后其余未受力的T 型螺栓開始過載最終隨著裝置運行全部脫落。當初我們安裝中也考慮到了這種極端情況就在濾芯組合件外緣額外焊接了6條拉筋，拉筋將文丘里、濾芯籠子以及管板的三個翻邊法蘭通過焊接方式連接固定在一起防止T 型螺栓脫落后文丘里翻倒，但由于施工中文丘里的法蘭相對另外兩個法蘭厚度較小，焊肉可能相對很小，當T 型連接螺栓脫落后，微小的焊肉無法承受氣流沖擊形成的各種方向的作用力最終開裂。

2.3 反吹管與文丘里安裝的共同作用

文丘里正常安裝程序是首先將濾芯的籠子組件吊裝到位并保證籠子的翻邊法蘭與大管板的翻邊法蘭對齊，然后吊入文丘里，旋轉調整文丘里使定位螺栓孔對齊并裝入定位螺栓，然后裝入T 型螺栓固定，最后連接反吹管。但實際上經過近十年的頻繁拆裝，部分定位螺栓的栽絲部位已經斷在螺紋內導致文丘里無法定位，此外有的文丘里因為拆裝中記號模糊導致文丘里的組對位置破壞。再者，我單位的文丘里與反吹管的噴頭定位采用焊接定位環的方式定位且間隙非常小導致噴頭調整空間非常有限，安裝中只能采用文丘里管的固定T 型螺栓和反吹管連接法蘭先不緊固，不斷旋轉文丘里和反吹管到所謂的最佳位置(即反吹管法蘭無張口或者張口最小位置)，然后再分別緊固反吹管和文丘里的T 型連接螺栓。這樣做直接的影響就是等反吹管的接管法蘭和文丘里的連接螺栓緊固后二者分別與各自的螺栓連接部件緊密的連接，形成二次校正，導致反吹管與文丘里的連接部位無法達到力學平衡，存在一定的水平方向的安裝校正力矩，這種力矩在近幾年來未導致文丘里出現翻倒現象，但量變到一定程度出現了這次的“質變”。在這種力矩的作用下加之反吹氣源造成的脈動沖擊最終T 型螺栓脫出，連接拉桿焊接部位開裂導致文丘里管翻倒。

2.4 合成氣因素

2018年12月105S1501首次采用兩米濾芯后，我們發現激冷氣壓縮機在氣化爐同負荷、同轉速下，激冷氣量明顯提高，由之前的24萬Nm3增至26萬Nm3，根據這個現象可以推理，S1501在激冷氣量激增后，每組濾芯通氣量增加約20000/15≈1300Nm3/h，合成氣流向恰好是自文丘里下方向上。合成氣在文丘里流通的通道內最小截面部分通徑為210mm，下部最大通徑約850mm，在合成氣流經文丘里時通道面積由0.567m2降為0.035m2，也就是說承受上升的合成氣流投影面積為0.532m2，流通區域降低了約93.8%，阻力較大，加之上述第二和第三條因素的存在，大氣量的合成氣破壞了文丘里管原始連接方式形成的平衡狀態最終造成文丘里管翻倒。

2.5 反吹因素

高溫高壓飛灰過濾器除灰方式為干法除灰，飛灰被阻擋在濾芯表面，隨著過濾器使用時間的增長，靠近濾芯側會逐漸形成一層永久性濾餅層，而遠離濾芯側的濾餅層是非永久性的，超高壓氮氣在反吹閥動作時，產生脈沖導引氣流，該氣流無法吹除永久性濾餅層，但可以使非永久性濾餅層脫離，吹落的飛灰沉積在底部收集器內。105S1501濾芯壓差在停車前持續上漲，通過提高反吹壓力期望吹掉濾芯表面的非永久性濾餅層從而降低濾芯壓差，但由于濾芯表面大量積灰，反吹氣對合成氣形成的脈沖氣流因濾芯阻力系數提高而使得通過濾芯孔隙的氣量大幅減少，這就造成反吹時文丘里承受的反吹氣的反沖擊力增大，在這種沖擊力的作用下文丘里連接部位失效最終翻倒。

3 應對措施

3.1 校正反吹管

為防止上述分析的安裝問題造成文丘里翻倒現象，在文丘里管安裝后仔細檢查反吹管法蘭張口情況，對張口較為嚴重的反吹管進行割口校正避免和減小反吹管法蘭與文丘里連接法蘭的不平行造成額外安裝力矩。

3.2 對T型螺栓螺母進行加強焊

在文丘里T 型螺栓安裝完畢后對螺母進行加強焊措施，防止運行過程中螺母松動導致T 型螺栓脫落。

3.3 增加濾芯組合件外緣拉筋數目

將濾芯組合件外緣的6條拉筋改為8條拉筋并增大焊肉面積，使文丘里管、濾芯籠子和管板的翻邊法蘭牢固地連為一體。

3.4 增設T型螺栓固定鋼圈

T 型螺栓安裝完成后在濾芯組件的外緣增設一圈固定鋼圈將T 型螺栓緊緊“抱住”以防止其脫落。

3.5 加強對反吹系統的監控。

只有保證反吹系統正常穩定運行，才能使濾芯外表面的非永久性濾餅層被及時吹除，從而保持濾芯孔隙的通透性，最大限度地減弱反吹氣流對文丘里管形成的沖擊力。

4 結語

文章從五個方面對飛灰過濾器文丘里管故障原因進行了詳細分析，提出五項應對改進措施，有效解決了高溫高壓飛灰過濾器文丘里管的故障。