S Zorb装置闭锁料斗过滤器泄漏故障剖析

吴国莹，陈斌斌

(中国石化青岛炼油化工有限责任公司，山东 青岛 266500)

中国石化青岛炼油化工有限责任公司S Zorb装置设计规模150万t/a，于2014年6月中交，2015年9月正式投料生产。装置由进料与脱硫反应、吸附剂再生、吸附剂循环和产品稳定四个部分组成，主要产品为超低硫精制汽油，副产少量燃料气，含二氧化硫再生烟气送至硫磺回收装置处理。本文对装置运行过程中闭锁料斗过滤器出现的问题进行了分析，并提出了优化操作方案，以达到装置长周期运行的目的。

1 闭锁料斗过滤器运行简介

闭锁料斗过滤器作为S Zorb装置的核心设备之一，其在吸附剂循环系统正常运行中发挥着至关重要的作用，其设计操作参数见表1。

表1 闭锁料斗过滤器设计操作参数

闭锁料斗过滤器安装于闭锁料斗顶部，共有滤芯13根，滤芯以螺纹连接固定的方式均匀分布在过滤器管板上。闭锁料斗过滤器工作环境苛刻，在实际运行过程中以23～30 min一个循环的频次运行，氢气和氮气环境交替，运行温度在240～370℃之间交替变化，压力在0.1～3.2 MPa之间交替变化，整个周期温度压力变化幅度大且时间短。

2 闭锁料斗过滤器运行问题

闭锁料斗过滤器运行条件苛刻，密封和过滤要求高，其运行状况直接关系到装置平稳长周期运行。在实际应用中，过滤器故障主要集中在泄漏方面，此外部分企业在使用中出现差压上升较快且较高现象[1]。

2.1 闭锁料斗过滤器泄漏表象

由于吸附剂粒径分布范围在0～160 μm之间，过滤器精度在1.3 μm，若其发生泄漏，主要表现在三方面：

1)过滤器顶气相线烃氧分析仪故障频繁，堵塞加剧，清理频次增多，每次清理出吸附剂量增多；

2)放空罐现场放空口外排气体携带吸附剂明显增多；

3)长时间泄漏后，导致过滤器后路压控及程控阀冲刷磨损，从而导致闭锁料斗第8.0步冲压困难，闭锁料斗第9.0步下料不畅，LMS各参数调节后逐渐失去效果，如图1所示。

图1 闭锁料斗过滤器内漏PV2401A1/A2冲刷图

2.2 闭锁料斗过滤器泄漏频次及处理

图2 料斗拆检图

2016年3月装置闭锁料斗过滤器发生第一次泄漏，过滤器拆出后，过滤器管板和滤芯表面未发现问题，原滤芯在根部1/2或1/3圆周部位处进行了焊接加固，如图2所示。

但气密试漏发现滤芯与管板螺纹连接未满焊的13根滤芯，有8根根部泄漏。于是，对所有滤芯螺纹连接部位沿圆周100%密封焊接处理。

2017年8月过滤器再次发生泄漏，拆检后发现过滤器滤芯松动，滤芯表面无破损痕迹，但部分滤芯根部焊接部位存在开焊、裂纹、螺纹和管板内丝有不同程度冲刷。于是，对过滤器滤进行整体更换并增加滤芯定位盘，且滤芯未进行焊接固定，投用后，运行良好。

2019年6月装置大检修时，拆检过滤器发现滤芯表面无破损痕迹，但是滤芯松动，13根滤芯中有6根的螺纹有不同程度冲刷磨损，管板的内丝也有损伤,有三根滤芯变形倾斜幅度较大，且部分滤芯底部定位针形变严重，如图3所示。

图3 料斗滤芯拆检图

3 闭锁料斗过滤器泄漏原因分析

通过几次拆检，不难发现，闭锁料斗过滤器泄漏主要集中在滤芯和管板连接的螺纹处，此部位受载荷冲击和吸附剂冲刷发生磨损变形，最终导致螺纹接触面的缝隙越来越大，大量小粒径的吸附剂进入过滤器后路管线，使得过滤器失去效果。分析其泄漏原因，主要有以下几点：

3.1 周期性的载荷冲击和温度变化

在闭锁料斗运行过程中，由于装剂、调压和吹扫等周期性过程存在，气体和吸附剂周期性对过滤器进行冲击，同时由于程控阀开关和测量仪表误差等原因，使闭锁料斗的装剂量、吹扫和冲泄压速度不稳定，从而导致过滤器滤芯受到的冲击力不稳定。

根据螺纹连接松动的研究机理[2-6]，可以推测闭锁料斗过滤器松动过程，长时间的轴向和横向不稳定载荷周期性冲击；一方面使的过滤器滤芯逐渐发生形变，最主要的是使根部螺纹面在周期性变化应力作用下逐渐磨损及发生塑性变形，引起螺纹连接张紧力的下降，当张紧力下降到一定程度后，螺纹将产生滑动，最终引起螺纹连接松动。由于闭锁料斗工作环境的特殊性，松动后的螺纹，使得小粒径吸附剂得以进入，不断冲刷螺纹表面，加速了螺纹的磨损和塑性变形，并且从螺纹磨损程度来看，吸附剂的冲刷是非常严重的，这最终使得过滤器失去过滤效果。

闭锁料斗过滤器运行温度在240～370℃之间交替变化,由于管板和滤芯为不同材质，在温度大幅度变化时，两者膨胀收缩幅度不一样，循环温度载荷使得滤芯和管板之间的紧固状态呈现周期性变化，在温度骤升时滤芯“上紧”，温度骤降时滤芯“松动”，不同的热变形使得螺纹张紧力下降[7]，同样会导致闭锁料斗过滤螺纹连接失效。

3.2 过滤器丝扣加工精度难以保证

在过滤器滤芯安装过程中发现，部分滤芯无法完全拧入管板，滤芯留有1至3扣在管板外面的现象，影响了螺纹受力分布。同时，部分管板内丝与滤芯外丝咬合不严密，内外丝之间紧密接触起到隔离作用的有效丝扣过少，使的吸附剂微粒散布于整个内外丝沟槽，在闭锁料斗冲卸压及吹扫时可以直接冲刷螺纹。散布在螺纹面上的吸附剂颗粒极大降低了螺纹表面摩擦力，使得螺纹接触面摩擦力波动，连接不稳定，破坏了原有力的平衡，有效张紧力下降，在受到冲击时容易发生自松驰[8-9]。

3.3 程控阀故障或操作失误等导致滤器受损

闭锁料斗过滤器本身受操作和程控阀等其他设备影响较大，操作不当极易引起过滤器损伤。闭锁料斗料位高低对闭锁料斗过滤器影响甚大，由于操作或者程控阀故障等致使闭锁料斗料位过高，会使得装剂时大量吸附剂直接冲击过滤器滤芯，滤芯受力会急剧增大，造成滤芯变形，螺纹承受力度过大，造成螺纹损坏，过滤器泄漏，严重的超过滤芯承受限度，会引起滤芯表层滤层破损。

4 闭锁料斗过滤器运行优化

为延长闭锁料斗过滤器使用周期，针对其泄漏原因而采取优化运行措施，主要有以下方面：

4.1 过滤器滤芯增加定位盘

过滤器滤芯长时间受气体及吸附剂冲击的影响，容易松动脱落，对过滤器滤芯增加定位盘，可以极大减少滤芯振动幅度，同时通过固定限位可以平衡受力，达到延长滤芯使用寿命的目的，并且从装置使用情况来看，效果良好。

4.2 对滤芯根部进行100%满焊加固处理

对滤芯根部进行100%补焊加固处理，一方面可以降低振动幅度，另一方面可以有效避免吸附剂微粒同滤芯丝扣的接触，避免因滤芯松动或者加工精度问题致使滤芯内外丝存在缝隙导致的过滤器泄漏问题，但是补焊亦存在滤芯损坏后过滤器需要整体更换的问题。

4.3 严格控制闭锁料斗料位

闭锁料斗料位过高对闭锁料斗过滤器冲击非常大，过高的料位会使的吸附剂直接冲击滤芯。操作中严格控制闭锁料斗运行过程中料位不超90%，在保证产品质量和辛烷值损失及预留一定余地的条件下，应尽可能降低料斗装剂量，以降低闭锁料斗运行负荷，减轻滤芯工作强度。若因操作或程控阀开关故障等致使料位过高，则应在卸压气提前将部分吸附剂装回反应或者再生，以降低过滤器差压，减轻冲刷。控制闭锁料斗料位，关键在于确保程控阀开关及时到位和LMS各参数设置合理，要时刻关注闭锁料斗装卸料速度，及时优化调整LMS各参数，尽量避免手动操作。

4.4 及时处理闭锁料斗系统设备问题

由于S Zorb装置的特殊性，各系统各设备之间影响较大，任何一个方面的问题若不及时处理均会引起其他设备的一系列问题，尤其是闭锁料斗系统各设备之间影响更为明显，出现问题就要及时处理。闭锁料斗系统的维护应建立单独维护机制，程控阀、调节阀和测量仪表等一旦发现问题，就要及时处理，避免引发后续设备损伤。

4.5 加强过滤器制造精度监控

及时沟通厂家，提高过滤器连接螺纹的制造精度，并探索其他密封更严、精度更高、且可拆卸的连接形式，以及选用统一的管板与过滤器滤芯材质的可行性。

5 结论

闭锁料斗过滤器作为S Zorb装置闭锁料斗的主要部件，其运行的稳定性，直接影响装置的长周期运行，通过几次的故障原因分析，初步了解其失效的主要原因为周期性的振动和温度变化及过滤器丝套加工精度较低，并提出了增加滤芯定位盘、对滤芯进行满焊处理、严格控制闭锁料斗料位等诸多优化措施，为装置的安、稳、优运行提供了保障。