煤气化装置高温高压飞灰过滤器金属滤芯与陶瓷滤芯性能对比

飞灰干法脱除是干粉煤加压气化工艺的重要环节, 高温高压飞灰过滤器是仅次于气化炉的核心设备, 其运行直接影响整个装置[1]的长周期稳定运行。高温高压飞灰过滤器原设计使用进口陶瓷滤芯, 陶瓷滤芯性脆、韧性差、抗热震性差, 使用时易发生断裂, 且一旦发生断裂, 需要立即停车, 而且停车降温到再次开车至少需要5-7天, 从而给装置生产带来极大损失。到目前为止, 国内所有壳牌煤气化装置均发生过陶瓷滤芯断裂问题, 部分厂家每年至少断裂1-2次, 而且进口陶瓷滤芯价格昂贵, 供货周期长, 给国内壳牌煤气化装置用户带来极大困扰。

针对此问题国内生产商成功开发出以Fe3Al为材料的金属滤芯, 它既具有金属材料的延展性好、强度高、抗热震性高等优点, 还具有陶瓷材料的热稳定性好、抗氧化和耐腐蚀性能高等特性, 成功解决了进口陶瓷滤芯不定期断裂从而导致装置故障停车的问题。本文通过实验对金属滤芯和陶瓷滤芯进行了对比分析。

一、三点抗弯强度

采用万能材料试验机, 检测陶瓷滤芯、两段式金属滤芯 (有焊缝) 与整体成型金属滤芯 (无焊缝) 的三点抗弯强度。测试时, 先用三爪卡具分别固定滤芯的头部与底部两端, 但滤芯仍能自由转动;然后通过激光标线仪进行水平定位, 保证滤芯的两端处于水平同心位置;再将试验机的压头对准放置在滤芯中部的半圆形套环, 压头以5mm/min的速度匀速向下对滤芯施加压力, 直至滤芯断裂为止或人为中止测试。

测试过程中, 陶瓷滤芯几乎没有发生位移就已脆性断裂, 断裂部位在滤芯中部偏上的位置;两段式金属滤芯在发生较大位移后断裂, 断裂部位在滤芯中部焊接热影响区;金属滤芯经过测试后, 滤芯中部发生了很大位移后仍未断裂, 为了防止滤芯崩裂发生危险, 停止了进一步测试。

从表1的测试结果中可见, 金属滤芯特别是整体成型金属滤芯的压溃负荷是陶瓷滤芯的2-5倍, 这说明金属滤芯的三点抗弯强度要远高于陶瓷滤芯, 并表现出良好的韧性与刚度。

二、渗透性

采用渗透性能测试台, 检测滤芯的渗透性。测试介质为压缩空气, 滤芯入口的气体压力为5公斤力。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2列出了不同种类滤芯的渗透性测试结果, 从中可见, 无论是两段式金属滤芯还是整体成型金属滤芯, 其压差 (压力降) 均要明显低于陶瓷滤芯, 表现出较陶瓷滤芯更优的渗透性能。

三、结语

通过对比测试陶瓷滤芯、两段式金属滤芯 (有焊缝) 与整体成型金属滤芯 (无焊缝) 的三点抗弯强度与渗透性, 金属滤芯特别是整体成型金属滤芯的三点抗弯强度远远高于陶瓷滤芯, 并表现出良好的韧性与刚度。

无论是两段式金属滤芯还是整体成型金属滤芯, 其压差 (压力降) 均要明显低于陶瓷滤芯, 表现出较陶瓷滤芯更优的渗透性能。在实际应用考核中, 国产金属滤芯的过滤效率、过滤精度及压差等性能指标已达到进口陶瓷滤芯[2]的同等效果, 完全可以满足煤气化装置长周期稳定生产运行的要求。

摘要：高温高压飞灰过滤器是壳牌煤气化装置中的重要设备, 其目的是将合成气与燃烧后的煤灰实现分离。目前高温高压飞灰过滤器广泛使用的滤芯为陶瓷滤芯和金属滤芯, 本文通过实验, 对陶瓷滤芯和金属滤芯的三点抗弯强度和渗透性能进行了对比, 得出金属滤芯的三点抗弯强度远远高于陶瓷滤芯, 金属滤芯比陶瓷滤芯具有更优的渗透性能。

关键词：陶瓷滤芯,金属滤芯,飞灰过滤器

参考文献

[1] 王浩, 杨军军, 王凡, 夏海滨, 王军, 朴竣明, 李伏虎, 李海宾, 刘斌, 陈晓林.煤气化装置飞灰过滤器用滤芯研究进展及应用[J].石油化工设备.2012 (03) .

[2] 孙卫军.金属滤芯在壳牌气化炉除灰系统中的应用.金属滤芯在壳牌气化炉除灰系统中的应用[J].化工管理.2013 (12) .