第3期1 2021年5月
中1氮1肥
M-Sizel Nitronenone Feiilizna Pagass
Nl931
May2021
刘燕，闫昭，尚亚国
（河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南鹤壁458000）
［摘要］河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司600k/a甲醇装置自2013年投产以来，因Sheli气化炉的积灰、堵渣问题较为突出，系统运行不稳定、负荷率低；2017年、2017年甲醇装置经多项改造后，系统运行逐步趋于稳定，2016年6月2日系统加至满负荷，甲醇日产量最高达1846/但受制于HPHT飞灰过滤器的压差高及漏灰问题（最终导致气化装置被迫停车检修），影响系统产能的进一步提升及消耗的进一步降 低。经分析，Shell气化炉满负荷运行以来，HPHT飞灰过滤器主要存在负荷增大时系统不能稳定运行、飞灰过滤器进气侧和出气侧密封及固定方式不当等问题。为此，实施了将陶瓷滤棒更换为Fe#Al金属滤芯、对小管板和大管板密封面进行满焊固定的优化改进，由此解决了系统的瓶颈问题，保证了气化装置的稳定、高负荷、长周期运行，使鹤壁煤化气化装置成为国内首套达标达产的大型Shell气化装置。
［关键词］Shell气化装置；HPHT飞灰过滤器；压差高；漏灰问题；优化改进；Fe#Al金属滤芯；管板密封面满焊固定
［中图分类号］TQ546.5［文献标志码］B［文章编号］1004-9932（2021）03-0017-03
1概述
河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司（简称鹤壁煤化）660k/a甲醇项目气化装置采用Shell气化工艺，设计有效气（H+CO）产量为179.9km^h，为国内Shel l气化工艺单套设计产气能力最大的装置。其中，粗合成气净化采用合成气激冷流程、干法除尘和湿法洗涤相结合的工艺：经合成气冷却器回收热量后的粗合成气，温度降至350C，进入HPHT陶瓷飞灰过滤器，99%左右的粉尘被除去，净化后的粗合成气含尘量降至约1~2mg/m2，过滤元件间断采用氮气/二氧化碳系统来的高压反吹气反吹，聚集的飞灰在容器内以半连续（连续+间隔）的方式移至下游排灰系统。
HPHT飞灰过滤器是过滤器（S1001、收集槽（V1501）和反吹脉冲缓冲器（V1506）的总称，它是Shell气化工艺中的重要设备之一。HPHT飞灰过滤器内件由PALL公司提供，外壳由印度L&T公司生产；HPHT飞灰过滤器内径林700mm，操作压力4.9MPa、操作温度344C，设计压力4.4MPa、设计温度380C。
［收稿日期］2222-07-15
［作者简介］刘燕（782—），女，河南鹤壁人，工程师。
整套飞灰过滤系统主要由过滤系统、控制系 统、反吹再生系统构成。过滤系统主要包括PALL公司提供的1.9m陶瓷滤芯（1522型陶瓷滤棒），每组48根滤芯，共有24组，该滤芯设计使用年限仅为2a，出现磨损后最长可使用17个月；因其强度低、易磨损、通气量小、使用时间短、价格昂贵等缺点，并不被广泛应用。控制系统分为差压运行模式和时间运行模式两种，由反吹阀按照具体工况来选择不同模式进行反吹控制。过滤下来的飞灰积聚到一定程度，滤芯会失去过滤功能，反吹再生系统就是通过反吹阀对24组陶瓷滤芯进行反吹，将反吹阀出口一定量的清洁粗合成气对准文丘里管入口，将附着在滤芯表面的飞灰吹脱，使其恢复过滤功能。
2飞灰过滤器运行中主要存在的问题
鹤壁煤化甲醇装置自2217年投产以来，因Shell气化炉的积灰、堵渣问题较为突出，系统运行不稳定、负荷率低；2015年、2217年甲醇装置经多项改造后，系统运行逐步趋于稳定, 2217年6月2日系统加至满负荷，甲醇日产量最咼达1846t；伴随着激冷气流量的提咼，飞灰过滤器的通气量达166kg/s，大幅超过设计值117kg/s，引起飞灰过滤器压差上涨过快，并在压差达32kPa左右时出现漏灰，最终导致气化
-18-中氮肥第3期
装置被迫停车检修，无法实现长周期满负荷运行；2017年8月23日，甲醇日产量创下1921t 新高的同时，出现了飞灰过滤器压差升高且快速上涨的现象。
飞灰过滤器不能稳定运行给整个生产系统带来了较大的影响：一是近年来气化炉运行逐渐进入正常状态，气化炉负荷还有一定的提升空间，甲醇装置能够实现满负荷生产之际，仍然面临着飞灰过滤器压差高、压差上涨快的隐患，缺乏长周期运行的基础；二是甲醇装置负荷仍有一定的提升空间，但受制于飞灰过滤器的压差高及漏灰问题，负荷不能提升，制约甲醇产能的提升和消耗的进一步降低。具体来说，气化装置满负荷运行以来飞灰过滤器主要存在以下问题。
2.1负荷增大时系统不能稳定运行
自2206年气化装置性能（或负荷）不断提升以来，飞灰过滤器的过滤负荷逐渐增大，压差上升较快，气化装置加满负荷以来，1套新的05m陶瓷滤棒使用103d压差达到39kPa，清洗过1次的陶瓷滤棒仅运行41d压差就涨到38kPa，制约系统长周期满负荷运行。与此同时，随着气化炉负荷的增加（达满负荷，且有进一步提升的空间），由于粗合成气量大，气化装置的关键设备—
—飞灰过滤器负荷越来越大，达到了设计负荷的05%，过滤器面速（过滤器断面上气流通过的速度）达到05m/min以上，远超05m/min的设计值，直接表现在过滤器压差上，初始压差高，反吹要求苛刻，压差超过一定值后滤棒漏灰，漏灰后又造成滤棒压差上涨加快而形成恶性循环，且漏灰导致下游水洗塔结垢、变换分离器堵塞、激冷气滤网堵塞，甚至造成气化炉激冷盒堵塞烧坏。飞灰过滤器运行不稳定问题成为气化装置乃至整个生产系统的瓶颈。
2.2密封和固定方式存在问题
飞灰过滤器滤棒设计固定方式为压夹，此种固定方式易致积灰，极易造成飞灰过滤器压差升高，当压差上升到一定程度时会导致密封失效，继而出现漏灰。密封失效主要有两处：第一处在大小管板垫片处；第二处为滤棒配套密封垫片处，其失效或泄漏导致飞灰由密封处进入洁净气一侧。飞灰过滤器的设计压差为75kPa，联锁值为55kPa，运行中当压差达到33kPa时出现漏灰，不可避免地引起管道、设备结垢堵塞，最终导致气化装置被迫停车检修，无法实现长周期满负荷运行。
3优化改进及效果
3.1陶瓷滤芯更换为Fv8Ai金属滤芯
目前国内新型Fe8Ai金属滤芯已日趋成熟，国内已有部分用户将HPHT飞灰过滤器陶瓷滤芯更换为了金属滤芯。Fe8Ai金属滤芯既具有金属材料的延展性好、强度高、加工性能好、抗热震性高、可焊接等优点，又具有陶瓷材料的热稳定性好、抗氧化和耐腐蚀性能高、耐磨性能好等特性。Fe8Ai金属滤芯采用骨架层与工作层复合的非对称结构，骨架层粉末较粗、孔径较大、厚度较厚、强度较高，主要起支撑作用；工作层粉末较细、孔径较小、厚度较薄，主要起过滤作用。金属滤芯在不改变其他过滤参数的情况下，因其抗冲击能力强，因而可解决气化装置过滤系统抗冲击能力偏低的问题。
业内将传统的陶瓷滤芯改为烧结金属滤芯以后，不仅滤芯使用寿命有所延长，而且烧结金属滤芯不再依赖进口，经技术改造后其使用成本也大大降低。
为此，鹤壁煤化与西部宝德科技股份有限公司合作研发了2255型高通量滤芯（Fe8Ai金属滤芯），计划将HPHT飞灰过滤器的陶瓷滤芯更换为通气量大、强度较高的Fe8Ai金属滤芯。2255型滤芯（即Fe8Ai金属滤芯）采用铁铝合金材质，能够更好地应对粗合成气中HS、Ci-的侵蚀。2255型Fe3Ai金属滤芯尺寸为062mm x6mm x2255mm，单只重量85kg，过滤精度2.5pn，过滤效率＞99.9%，在温度455C、H2S含量为3%的环境下其平均腐蚀增重低于1mg/cm2，使用压差＜42kPa，压溃强度＞66 MP
a，最高使用温度可达702C。更换为2255型滤芯后的HPHT飞灰过滤器的过滤面积增加102m2，滤棒面速可从约05m/min降至05 m/min；同时，对飞灰过滤器进口分布管线进行改造，截短分布管，增大分布管出口管径，优化气体流场，减少含灰气体对滤芯的磨蚀。
2017年6月甲醇装置大修期间（更换催化剂），飞灰过滤器换用Fv8Ai金属滤芯并严控安装质量，气化装置重启前后对反吹系统进行调整，开车后注重稳定飞灰过滤器的运行工况，重
第3期刘燕等：Shel i气化装置HPHT飞灰过滤器优化改进小结・19・
点是减小过气量波动、稳定反吹气压力及温度。从系统重启后的运行状况来看，250型金属滤芯的过滤效果较好：初期将反吹时间调整至15s 和300ms，并制定预案，据系统运行情况及时进行调整；甲醇合成系统接气前在气化装置80%负荷工况下，飞灰过滤器压差在3kPa左右，而原使用1520型陶瓷滤棒时压差在8〜17kPa；系统加至满负荷后，飞灰过滤器压差在8kPa，原使用1520型陶瓷滤棒时压差在25kPa左右；满负荷运行1周后飞灰过滤器压差在8.5kPa，原使用1520型陶瓷滤棒时压差接近3/kPa（使用IS?。型陶瓷滤棒与2057型金属滤芯在系统开车后35d内飞灰过滤器压差的对比见图1）；同时，水洗塔水洗水水质较好，浊度约5m//L o
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图1系统开车后35d内飞灰过滤器压差的对比更换为Fn A3金属滤芯后，飞灰过滤器通气量明显增加，粗合成气通气量约224km3,/h，飞灰过滤器压差可较长时间保持在较低水平，有效解决了原陶瓷滤棒严重磨蚀、断裂而不得不频繁停车更换的问题，且Fn/Ai金属滤芯离线清洗再生后可多次重复使用，使飞灰过滤器滤芯采购费用大大降低。
随着气化装置产能的再次大幅提升，气化炉有效气（H+CO）产量达到200km3/h，为设计值的15%，甲醇日产量于2017年12月1日突破2000t,2017年12月6日创2099t日产量纪录，2015年5月27日创2225t日产量纪录，日产量连续稳定在2000t以上；2015年12月5日甲醇装置实现达标达产，提前完成660kt/
a 的年度生产任务，创国内同类型Shell气化装置运行最好成绩。飞灰过滤器使用1520型陶瓷滤棒与2050型金属滤芯在系统开车后35d内的甲醇日产量对比见图2。
3.2对小管板和大管板密封面进行满焊固定
飞灰过滤器进气侧和出气侧有3处密圭寸：大管板和罐体之间、大管板和小管板之间、滤棒和小管板之间。大管板和罐体通过膨胀节已焊接在一起，小管板和滤棒通过压板、高强弹簧连在一起，此两处漏灰的可能性较小；据以往多次因飞灰过滤器漏灰停车检修的经验，飞灰过滤器压差大造成漏灰次数最多的地方为小管板和大管板密封面。利用2019年8月甲醇装置停车大修机会，将飞灰过滤器安全交出，拆除小管板上的文丘里，在保证滤棒内部不被污染的情况下，对2。组小管板采用304焊条实施满焊作业。
飞灰过滤器小管板和大管板密封面满焊固定后，截至投稿之时已近1a的时间，在气化炉运行正常的情况下，飞灰过滤器滤芯通透性缓慢下降，本轮生产周期内，飞灰过滤器压差由运行之初的7kPa上涨至目前的3。kPa，目前水洗塔外排水不浑浊，其浊度（分析数据）仍在5m//L 以下，而之前此种工况（飞灰过滤器压差3。kPa）下早已出现水洗塔外排水浑浊、飞灰过滤器漏灰现象。技改后的运行情况表明，针对小管板和大管板密封面这个薄弱点实施的改造是成功的，在飞灰过滤器压差偏大的情况下，不仅减小了漏灰造成气化装置停车的风险，而且减少了水洗塔（C1761）结垢、变换分离器堵塞
、激冷气滤网堵塞的几率，消除了气化炉激冷盒堵塞烧坏的风险，有力地保证了气化装置的稳定、高负荷、长周期运行。
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2050型金属滤芯
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系统运行时间/d
图2系统开车后35d内甲醇日产量的对比
4结束语
飞灰过滤器改用2057型高通量滤芯（Fn/Al 金属滤芯）后，有效解决了Shell气化装置开车后HPHT飞
灰过滤器基础压差高、运行期间压差上涨快、反吹效果不好等问题，避免了因飞灰过滤器压差高导致的气化装置被迫停车检修；飞灰过滤器小管板和大管板密封面满焊固定后，
近
第3期2221年5月
中1氮1肥
M-Sizel Nitagenons FeOiPzlt Progress
No.3
May2021
水煤浆气化装置高负荷长周期运行瓶颈问题及解决
朴东哲
（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头014060）
［摘要］某公司GE水煤浆气化装置于2017年5月32日原始开车一次成功，运行初期由于烧嘴运行维护及装置运行管理水平不高，气化炉负荷很难达到设计要求，且气化炉运行周期较短，后经历几次年度大检修技改及烧嘴升级改造、锥底砖改型等一系列技术攻关，气化炉运行周期逐渐延长，并于2016年
11月气化装置开始高负荷试运行；在之后气化炉3a多的高负荷运行过程中，出现了气化炉烧嘴使用寿命短、烧嘴压差大、激冷水量不足、锥底砖烧蚀严重、大小黑水角阀后扩散段易磨损泄漏、气化水系统结垢严重等瓶颈问题，严重制约着气化装置的高负荷长周期运行。逐一进行原因分析并采取相应的优化改进措施后，基本上解决了上述瓶颈问题，延长了气化炉高负荷运行周期，实现了系统的节能降耗、增产增效。
［关键词］烧嘴使用寿命短；烧嘴压差大；激冷环冲蚀；锥底砖烧蚀；黑水角阀磨损；气化水系统结垢；原因分析；优化改进
［中图分类号］TQ546［文献标志码］B［文章编号］1004-9932（2/2））03-0020-05
1概述
某公司GE水煤浆气化装置由煤浆制备、水煤浆气化、渣水处理、高闪气回收等单元组成。煤浆制备单元有6台04300mm x6000mm棒磨机（五开一备）和1套超细磨系统（一开无
［收稿日期］2622-08-62［修稿日期］2222-08-23
［作者简介］朴东哲（1974—），男，黑龙江穆棱人，工程师，主要从事水煤浆气化生产工艺管理工作。
1a以来飞灰过滤器压差上涨缓慢，水洗塔外排水浊度仍在5m//L以下，保证了气化装置的稳定、高负荷、长周期运行。另外，HPHT飞灰过滤器原采用PALL公司的陶瓷滤棒，单台HPHT 飞灰过滤器需1152支陶瓷滤棒，每支陶瓷滤棒价格约6000元，过滤元件成本较高；而国产Fe2Ai金属滤芯，每支价格仅约3000元，单台飞灰过滤器可节约过滤元件采购成本345.9万元，且离线清洗再生后可多次重复使用，大大降低了飞灰过滤系统的初始投资和运行维护成本。
2050型高通量滤芯的成功研发及应用，解决了Shell气化装置的瓶颈问题，鹤壁煤化的Shell气化装置实现了安全、稳定、高负荷、长周期运行，成为国内首套达标达产的大型Shell 气化装置。实践表明，Fe2Ai金属滤芯应用于HPHT飞灰过滤器是可行的，在大型Shel l气化备）；气化单元有7台03220mmx5800mm气化炉（五开二备），设计单台气化炉投煤浆量80im/h，合成气（CO+H2）总产量05x W4 m^h；渣水处理单元有7套闪蒸系统（五开二备）、3套沉降槽-灰水槽-除氧器系统（沉降槽-灰水槽系统三开无备，除氧器系统两开一备）及2套脱氨塔系统（一开一备）。
该公司GE水煤浆气化装置于2017年0月30日原始开车一次成功，2211年开始商业化运
装置上具有广泛的适用性，今后我国建设大型粉煤加压气化装置中涉及干法除灰系统时，若飞灰过滤器采用Fe2Ai金属滤芯，将提高系统的运行质量，产生巨大的经济效益，并具有行业性的技术引领和带动作用。
［参考文献］
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河南化工，2217（11）:46-48.
［4］侯刘涛，彭亚博，张家超.金属滤芯在壳牌粉煤气化飞灰过滤中的应用分析［J］.化肥工业，2014,41（2）：2831,43.
［3］刘鲁伟.壳牌煤气化高温高压飞灰过滤器滤芯损坏分析及解决措施［J］-科技传播，2217,5（17）：177-17&
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