S Zorb装置ME101泄漏原因分析

S Zorb装置ME101泄漏原因分析

李伟娟, 王猛

中国石化石家庄炼化分公司设备工程部，河北石家庄 050099

摘要：S Zorb催化裂化汽油吸附脱硫装置，反应器过滤器ME101于2017年9月投用，2019年3月该装置的产品中发现固态杂质。通过对使用后焊缝开裂滤芯与使用后未开裂滤芯清洗前后的孔隙特性、力学性能、化学成分和微观形貌等进行了解剖分析，并与新滤芯进行了对比，结合设备使用情况做出故障成因分析。

关键词：S Zorb；反应器过滤器ME101；震颤；断裂

1 S Zorb装置反应器过滤器ME101过滤与反吹原理

过滤器ME101的过滤精度为1.3μm，吸附剂粉末脱除率为99.97％。ME101的过滤元件的材质是金属粉末，生产工艺采用粉末烧结而成。这种滤芯的优点有渗透性能好、抗热震、耐高温、可在线反吹再生和离线后清理滤芯通道内的堵塞物再生，具有良好的机械加工性能，但是缺点是成本高、检维修困难和使用寿命短，目前还不能满足长周期使用的要求。汽油和氢气的高温气体混合物通过滤芯内部通道到达反应器头盖上部，混合物中的吸附剂粉末则被过滤下来形成滤饼。当达到反吹周期设定时间或者反吹差压达到设定值，ME101反吹程序就会自动启动，反吹完成后过滤器本身的过滤差压降低到一个恒定值：称为“恢复差压”，达到一个新的平衡。

2 S Zorb反应器过滤器ME101的运行情况分析

随着装置长周期运行，过滤器差压升高，差压增大会出现下面几个问题：

2.1 反吹阀门的开关次数增大，使用寿命变短。

2.2 滤芯差压到达一定程度时有可能出现断裂现象，同时反吹时阻力增大，反吹时滤芯晃动会造成根部与管板连接处出现裂纹。

2.3 系统压力操作条件不变，ME101差压增大，反应器压力降低，脱硫反应效果变差，提高吸附剂藏量，细粉也将增加、聚集，ME101差压将增大更快，形成恶性循环。

S Zorb装置ME101使用国产滤芯，第一台使用36个月，差压40kPa，由于全厂检修更换新滤芯,第二台滤芯于2017年9月投用2019 年3 月该装置的产品中发现固态杂质，11月将ME101 过滤器滤芯组件拆下后经安泰科技排查发现有1支滤芯发生损伤。

3损伤滤芯组件使用情况及运行数据分析

S Zorb装置该套ME101过滤器滤芯，自2017年9月投用，连续运行至2018年11月，在2017年9月22日、2017年10月1日、2017年11月29日、2018年2月3 日分别有短时间较大运行参数变化。通过对设备使用情况分析，该工况下滤芯发生损伤、出现裂纹的风险极大，并会在继续使用中持续加剧破裂面积。

4滤芯形貌观察与性能分析

4.1宏观外形观察

3支滤芯因拆线吊装时触地磕碰导致严重破损，还有1支滤芯焊缝下端处开裂。使用后的滤芯均未发生明显弯曲变形，颜色发黑，焊缝下端处开裂滤芯的颜色略发紫，存在轻微氧化现象。一共有两处断口，且均具有明显塑性变形，大断口处冲刷明显，根据小断口的形貌，分析其是伴随着明显塑性变形的延性断口。

4.2 滤芯孔隙特性测试

采用金属透气性能测试台，检测新滤芯、使用后的破裂滤芯及一支使用后外观完好滤芯（清洗前后）的整体压差与渗透率（如图2.8 所示）。因使用后破裂的滤芯无法进行整体透气性的测试，所以均截取滤芯的下半部分（φ60×1400mm）进行整体透气性的测试，以进行对比分析。测试介质为压缩空气，测试气体流量为9.6m3/h。测试时，将滤芯的两端密封装卡在工作台上，通过流量传感器与压力传感器自动测量气体流量与压力变化，并将数据传递给电脑进行记录与处理。

表1 不同状态滤芯的整体透气性测试结果

从表1 可知，使用一段时间后的滤芯压降约为新滤芯的7 倍，透气性约为新滤芯的1/7，使用后破裂滤芯的渗透性略低于完好滤芯，说明开裂没有引起滤芯严重的堵塞。滤芯经过清洗之后，破裂滤芯和完好滤芯的透气性可以达到新滤芯的透气性的90%，清洗再生效果显著，说明正常使用的滤芯经过清洗之后可以恢复到比较理想的水平。

4.3 滤芯强度测试

4.3.1 三点抗弯强度测试

在一支新滤芯、清洗后破裂滤芯、清洗后完好滤芯上各截取一个试样（φ60×1400 mm），进行三点抗弯强度测试，以评价连接环处焊缝的强度。测试采用材料试验机与专用工装夹具进行检测。测试结果见表2。

表2三点抗弯强度测试结果

由测试结果可知，新滤芯、清洗后破裂滤芯、清洗后完好滤芯在三点抗弯强度测试时，当最大断裂位移为100mm 左右时，滤芯均未断裂，但此时已经达到了试验机的最大行程，所以停止测试。三种状态下的滤芯均具有非常高的韧性和三点抗弯强度，使用与清洗过程并未对滤芯的强度产生明显的影响。

4.3.2 压溃强度

测试样品的径向压溃强度，结果取平均值，以表征滤芯粉末体承受机械外压能力的高低，具体测试结果列于表3。

表3不同状态的滤芯压溃强度测试结果

由测试结果可知，与新滤芯相比，滤芯经过使用后，压溃强度没有明显降低，破裂滤芯的压溃强度甚至高于新滤芯，这与滤芯个体差异有关，但说明使用过程对滤芯的强度没有明显影响。清洗之后，滤芯的压溃强度也没有降低，说明清洗对滤芯的强度也没有影响。不同状态滤芯的压溃强度变化规律与其抗极限外压强度结果是一致的。

4.3.3清洗后破裂滤芯与完好滤芯的微观形貌和能谱分析

采用扫描电镜观察，破裂滤芯和完好滤芯内表面均出现部分孔隙，但还有少量吸附剂；外表面和截面出现明显孔隙，与新滤芯水平相当。从微观形貌可以看出，清洗之后两种滤芯效果明显，这与整体透气性和渗透率的测试结果也一致。

5结论

根据滤芯现场使用情况、滤芯拆卸后外观形貌观察以及滤芯清洗前后的性能检测与微观形貌分析，原因是由于紧急泄压时的定时反吹形成的强压差造成滤芯发生剧烈振动而产生裂纹，并随着装置的运行，裂纹逐渐扩大。

6建议改进措施

滤芯制作过程中，在实体件与多孔材料之间的焊接部位增加减应力槽，在连接头增加支撑孔管，以提高滤芯整体焊接强度，增强滤芯对该特殊工况的耐受性。并且通过调整过滤器控制逻辑，在DCS逻辑中补充加入反吹启动否决条件：禁止在反吹压力与反应压力差过大时进行反吹，确保滤芯能够实现长周期运行。

参考文献

[1]胡跃梁．S Zorb吸附脱硫装置运行过程中存在问题分析及应对措施［J］．石油炼制与化工，2013,44(7)：69—72.

[2]包材保．S Zorb装置过滤器差压高的处理方法［J］．炼油技术与工程，2014,44(6)：38—41．

[3]冯小艳，徐西娥，魏涛．S Zort,装置反应器过滤器滤饼的建立［J］．机械设备，2015,45(8)：33—35