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600 kt/a甲醇装置自2013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、2016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1 846 t，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Fe3Al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；Fe3Al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）600 kt/a甲醇项目气化装置采用Shell气化工艺，设计有效气（H2+CO）产量为169.5 km3/h，为国内Shell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350 ℃，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1～2 mg/m3，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（S1501）、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φ5 700 mm，操作压力4.0 MPa、操作温度340 ℃，设计压力4.4 MPa、设计温度380 ℃。
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1.5 m陶瓷滤芯（1520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2 a，出现磨损后最长可使用10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2013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、2016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1 846 t；伴随着激冷气流量的提高，飞灰过滤器的通气量达160 kg/s，大幅超过设计值113 kg/s，引起飞灰过滤器压差上涨过快，并在压差达30 kPa左右时出现漏灰，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；2017年8月23日，甲醇日产量创下1 921 t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2016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1.5 m陶瓷滤棒使用103 d压差达到39 kPa，清洗过1次的陶瓷滤棒仅运行41 d压差就涨到38 kPa，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150%，过滤器面速（过滤器断面上气流通过的速度）达到1.7 m/min以上，远超1.2 m/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75 kPa，联锁值为55 kPa，运行中当压差达到30 kPa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Fe3Al金属滤芯
更多内容详见《中氮肥》2021年第3期