代立成

摘要：中国石油化工股份有限公司沧州分公司S Zorb装置闭锁料斗更换滤芯后，在2017年3月至2018年6月期间多次出现滤芯变形、脱落、断裂等问题，通过原因排查发现，不同生产厂家的滤芯虽然过滤精度一致，但是强度和结构形式略有不同。在更换闭锁料斗滤芯时，需采取滤芯颈部与管板连接部位进行焊接加固，并在滤芯底部增加支架的方式进行加强。

关键词：S Zorb装置;闭锁料斗;滤芯;断裂

1.SZorb装置闭锁料斗过滤器简介

1.1 S Zorb装置概况

S Zorb装置是基于吸附作用原理对汽油进行脱硫，通过吸附剂选择性地吸附含硫化合物中的硫原子而达到脱硫目的。与传统的加氢技术比较，采用该技术处理催化汽油，不但可以得到超低硫的精制汽油产品，而且辛烷值损失少、氢耗少、液收率高和能耗低。

闭锁料斗通过氮气和氢气吹扫置换实现内部不同工况的转换，在吹扫置换过程中通过过滤器保证吸附剂与气相介质不会互窜。滤芯通过丝扣连接安装在管板内，沿着管板中心呈环形排列。滤芯结构为双层结构，即整支滤芯由外部滤芯和内部保安滤芯组成。

2.闭锁料斗过滤器滤芯断裂经过及处理

2.1断裂经过

2017年5月1日操作中发现闭锁料斗差压增高导致无法正常泄压，顶部放空线携带有吸附剂。打开闭锁料斗检查过滤器发现大部分滤芯已经松动，东南角的一支滤芯脱落，更换原型号1新滤芯一支，并对所有滤芯丝扣与管板连接处进行点焊加固。恢复运行后2018年04月22日发现闭锁料斗顶部放空线再次携带吸附剂，打开后发现东北侧一根滤芯已经脱落，其余滤芯未脱落但大部分已经能松动。本次将全部滤芯更换为另一型号2滤芯，型号2滤芯丝扣连接处也进行焊接加强处理。5月2日发现闭锁料斗顶部放空再次携带吸附剂，打开后发现东北侧一根滤芯从根部焊缝处断裂，旁边两个滤芯有弯曲变形，其中西侧一根弯曲较严重，其余滤芯未见明显损伤。

2.2处理措施

2018年5月2日滤芯断裂后将全部滤芯重新更换为与断裂滤芯同型号的型号2的滤芯，丝扣连接处进行焊接，在滤芯尾部增加一圈5*2mm的不锈钢带作为拉筋，使滤芯连接成一个整体提高滤芯强度，并在连接筋板内部用Φ12*2mm的不锈钢管制作三角形支撑。

运行至同年10月26日检修时，开盖检查内部情况，发现型号2滤芯基本完好，拉筋和三角支撑有向内弯曲变形。本次检修整体更新闭锁料斗上封头和型号1的滤芯，对滤芯丝扣连接部位进行点焊加固。

3.闭锁料斗过滤器滤芯断裂原因排查

3.1滤芯运行环境

滤芯正常运行中承受周期变化的温度和压力载荷，每周期具体工况为：①氢气环境过滤过程，滤芯外部压力最高2.5MPa，进入物料为油气+氢气+吸附剂的两相混合流体，流体温度约400℃，进料前滤芯温度约200℃;②氮气环境过滤过程，滤芯外部压力最高至0.45MPa，向火炬线吹扫气体。过滤过程持续约20min后由滤芯管内进行氢气反吹，反吹压力约3.0MPa，反吹氢气温度约200℃，在约1分钟的时间里，滤芯管内部从微正压、200℃到3.0MPa、300℃变化。

3.2本次型号2滤芯的断口形貌

本次型号2滤芯断裂共发现两个断裂位置，一个位于内套管距离顶部端盖约30 mm的位置，分沿环向分布和沿纵焊缝侧两部分，断口附近管材均有较大的塑形变形，断口宏观未呈现明显的塑型特征。另一个断裂位置位于顶部端盖与外套管的角焊缝位置的母材侧，断口沿环向分布，从外壁看，部分裂纹位于沿熔合线，部分裂纹在母材内部，裂纹单一不分叉，未发现二次裂纹，断口宏观未呈现塑性。环向断口宏观上均呈现粉末冶金多孔材料的断口特征，由此可判断断口均位于母材内，断口整体可分为两个区域，即无磨蚀区域和有磨蚀区域。有磨蚀区域恰好位于滤芯弯曲的外弯位置，且结合沉积物形貌，可判断裂纹最初发生在外套管的外弯处，起始位置在有磨蚀的断口区域的沉积物位置所对应的外套管处。

3.3型号2滤芯与上次更换型号1滤芯性能对比

3.3.1进行环向截面金相对比

分别随机选取断裂型号2滤芯和上次弯曲型号1滤芯的两个环向截面位置，经打磨抛光后，所观察到的形貌可以看到，相比断裂型号2滤芯，弯曲型号1滤芯的烧结颈相对清晰和致密，发育的较好。

3.3.2进行O型环压扁实验对比

在弯曲型号1滤芯和断裂型号2滤芯上各自切取一个环进行压扁试验，观察二者断裂情况。二者宏观断口形貌近似，而从断口微观形貌看，两种滤芯的差异性较大。断裂型号2滤芯烧结的均匀度和烧结颈发育水平劣于弯曲型号1滤芯。300倍相同视场内，发生断裂型号2滤芯的断裂位置相对较少，断裂位置的滑移线和撕裂棱分布面积较小;弯曲型号1滤芯断裂位置稍多，断口主要以滑移后的撕裂棱形式断开。

3.3.3进行力学性能测试

沿滤芯轴向各切取瓦片拉伸试样2个，压平后在试验机上进行拉伸性能测试，发现弯曲型号1滤芯的力学（屈服强度平均73Mpa，抗拉强度平均111MPa）性能好于发生断裂型号2滤芯（屈服强度平均51Mpa，抗拉强度平均79MPa）。

3.4滤芯运行工况分析

滤芯发生弯曲、脱了、断裂期间，本套S Zorb装置原料硫含量在1050ppm左右（日常生产800-900ppm）比较高，再生吸附剂硅酸锌含量23%左右（正常值10%-15%）也处于较高水平。原料硫含量高装置脱硫负荷高，需要吸附剂循环量大;吸附剂硅酸锌含量高脱硫效果差，会进一步导致吸附剂循环量增大，吸附剂循环量大导致闭锁料斗每次收料量增大，闭锁料斗内料位控制较高。

由于滤芯断裂前曾经出现过脱落，造成部分吸附剂进入气相管线及滤芯内部，虽然经现场吹扫，但管道系统难免有部分吸附剂，这将会造成闭锁料斗收料阀门和放料阀门开关响应慢，料位难以准确控制，进一步导致闭锁料斗料位增高风险，甚至出现淹没过滤器滤芯的现象。

4.滤芯断裂原因分析

由于滤芯均为自由垂吊悬挂结构，而断裂滤芯及其东西两侧滤芯发生了弯曲变形，综合以上现象，初步判断三根滤芯在使用过程中承受了异常弯矩。根据弯曲滤芯外壁颜色差异，判断弯矩为流体的异常流动所致。在异常载荷作用下，断裂滤芯承受周期性较大弯矩而断裂，由于断口表面磨蚀严重，而且為多孔材料，未找到疲劳断裂的直接证据，但从设备的载荷工况，裂纹相对平直且无二次裂纹的宏观形貌判断，断裂滤芯首先因大载荷低周疲劳破坏起裂，随后发生过载撕裂。

从发生断裂滤芯和弯曲断裂滤芯的金相、O型环压扁断口形貌看，发生弯曲的型号1滤芯烧结质量更好，其力学性能也应更优，拉伸性能测试结果也表明发生弯曲型号1滤芯好于断裂型号2滤芯，所以在同样受力的前提下，型号1的一批滤芯在同样位置只发生变形或者脱落，而未发生断裂。

断裂发生期间，原料的硫含量处于高位并且吸附剂的硅酸锌含量也是高位，两种情况结合在一起导致吸附剂增大循环量才能保证装置生产，从而导致了闭锁料斗长期高负荷运转，闭锁料斗内部长期处于高料位运行，并且在程控阀动作不灵敏时会有吸附剂淹没滤芯的情况发生，待生剂从高压进料口进入闭锁料斗中，并在闭锁料斗内形成流动，如果料位淹没滤芯，吸附剂就会对滤芯产生冲击，尤其以进料口处的滤芯受到的冲击更为严重。从本次受损的滤芯位置来看，也是处于进料口一侧。

参考文献：

[1]张文吉. S Zorb装置闭锁料斗常见故障分析及处理[J]. 炼油技术与工程， 2016， 46（012）：38-41.