水浆过滤器滤芯故障原因分析及改进措施探究

曹春红

（中安联合煤化有限责任公司，安徽 淮南 232000）

1 前言

MTO装置工艺流程中，携带催化剂粉末的工艺气，在急冷塔中自下而上与塔顶急冷水逆向接触，工艺气被降温的同时，大量的催化剂粉末被急冷水洗涤下来，沉积于底部。为保证装置的废水颗粒指标达标，急冷塔后设置了急冷水过滤器，用于过滤急冷塔塔底酸性废水中含有的高浓度催化剂细粉。

中安联合MTO装置设置两台水浆过滤器SR2101A/B，一开一备，顺控控制，当过滤器运行达到设定压差（>200KPa）或设定时间（4h）时，过滤器切换反冲洗。切换可以自动，也可以手动操作。

（1）过滤器主要技术参数：

设备过滤介质：水浆，强酸性，PH=3.6；

催化剂细粉含量：4000-16000μg/g；

设备工作压力：0.8MPa（G），工作温度：80～200℃；

设备处理量：15～25t/h；

滤芯规格：φ40×1700，滤芯材质：316L粉末烧结；

过滤精度：1μm；

滤芯数量：271根/台；

筒体直径：φ1400。

（2）过滤器由成都某公司成套供货，过滤器本体由壳体和滤芯两部分组成，滤芯部分由花板和271根滤棒旋插组成。

2 设备运行及故障情况

2.1 试运行情况

2019年7月26 日，中安联合MTO装置实物料试车，水浆过滤系统随主装置同期投入使用。2019年8月3日下午13:37，过滤器SR2101A充液备用时，发现壳体封头法兰泄漏冒汽，紧固无效，遂切除换垫，在拆除封头、吊起滤芯时发现61根滤棒折断掉落在壳体内（见图1），滤芯花板中间凹陷变形明显。

图1

2019年8月7 日上午，班组发现过滤器SR2101A排水阀KV2104A无法开关，判断滤芯断棒卡入阀体导致该阀无法开关，遂安排切除拆检过滤器。拆除封头时首先发现滤芯花板表面凹陷，有约1/4弧段破裂，吊出滤芯时发现花板下端有大量滤棒断落后剩余的棒头，吊出滤芯后发现壳体锥段内有大量滤芯断棒（见图2）。

图2

统计表明，SR2101A在9月12日前，因滤芯断裂、花板泄漏等共检修5次，共断裂滤芯213根，占总滤芯数的78.6%。每次检修投用后很快就失去过滤效果，水浆过滤器成为了一个介质通道，没有丝毫过滤效果。SR2101B情况与A类似，因没有滤芯备件故未对B进行拆检。

2.2 厂家改进后运行情况

鉴于问题严重，制造厂重新制造更换了滤芯，并进行了如下修改：

（1）滤芯由φ40×1700，改为φ60×1220，总数量和总过滤面积不变。

（2）增加底部限位板。

（3）花板加厚并采用加强筋，密封面加宽。花板厚度28mm。

2019年9月12 日，SR2101A的新滤芯投用。投用后过滤废水34个样品，固体含量超过200mg/L的达27个，占到79.4%，最高达2522mg/L，仍然不能满足小于200mg/L的要求。2019年9月27日SR2101B新滤芯投用，两台水浆过滤器滤芯全部更新后，过滤废水的固体含量平均仍高达1075mg/L。鉴于运行中过滤废水固体含量波动较大，10月12日对水浆过滤器SR2101A滤芯进行拆检，发现有4根滤棒开裂，部分滤棒有轻微弯曲。2019年10月17日，水浆过滤器SR2101B投用21天后拆检时也发现滤芯有25根滤棒产生裂纹。为了保证滤芯正常投用，MTO装置对断裂部位均采用封堵的方式维持运行。

2.3 后续影响

因过滤后废水固体含量长期超标运行，高浓度污水外送换热器（E2125）频繁堵塞，平均10天清洗一次。同时，高浓度污水外送泵机封损坏泄漏，高浓度污水外送系统管线、调节阀、手阀等也开始出现程度不同的磨损和阀门关闭不严的情况。

3 原因分析

（1）滤芯安装结构不合理。该过滤器滤芯部分下部没有设计固定板，271根滤芯插花式旋插固定在花板上，滤芯（φ40×1700）又细又长，在水流和气流的冲击下，滤芯从根部疲劳受力折断。

（2）花板强度不够。原滤芯花板厚度只有10mm，焊接在圈板内，承压强度不够，反复冲击时，花板容易变形、破裂，最终导致滤芯断裂。

（3）滤棒烧结部位与不锈钢螺纹接头焊接处比较薄弱，在运行过程中因压差、反冲洗带来的作用力会造成该部位应力开裂。

（4）滤棒与花板连接部位密封效果不好，密封处泄漏是造成过滤废水滤后效果较差及波动的主要原因。

4 改进措施

由于水浆过滤器厂家改进后的滤芯仍不能实现稳定达标运行，公司根据市场调研和兄弟企业经验交流情况，选择有同类装置水浆过滤器成熟应用经验，而且使用情况良好的新乡某公司对水浆过滤器滤芯重新进行设计制造。

4.1 重新设计管板

当滤芯压差达到反洗要求时，设备要进行反洗工作。在频繁自动反洗过程中，滤芯不但要求反洗后效果理想而且还必须承受介质反向冲洗强烈冲击。同时支撑滤芯的管板及支撑板必须具有一定的强度和柔韧性。因此，此次设计的管板采用整体锻件，便于设备的整体密封，且具有一定的使用强度，管板设计厚度80mm。滤芯内件整体采用支撑板和拉杆固定支撑，保证滤芯在高频率、高强度反冲洗下的整体强度。

4.2 改进滤棒规格

滤棒采用φ50×1750规格，材质316L粉末烧结，数量241；φ50×1300规格，材质316L粉末烧结，数量24。

4.3 改进滤棒固定方式

滤棒采取三段或两段结构，中间焊接连接。滤棒上端为螺栓结构，通过隔板上的孔后，用双螺母锁死，滤棒底部有螺丝固定。滤棒三支一组进行加固，上下都被牢牢固定，使滤棒在开车过程中完全能承受住流量的冲击。

4.4 改进滤芯结构

重新设计过滤单元。为满足工艺要求及提高反洗效果，此次设计的粉末管滤芯外表面为超细粉末颗粒构成，内部为渐变式粉末颗粒排布烧结而成。如图3。

图3

第二次改进实物如图4。

图4

4.5 改进效果

2020年4月15 日采用新滤芯后，过滤废水固体含量平均为58mg/L，均能满足生产要求。

新滤芯投用后未出现过折断、裂纹现象，也降低了清洗频率，由原来的10天洗一次变为60天洗一次，下游相关设备（如高浓度污水外送换热器E2125AB），清洗频次由原来的10天清洗一次变为120天清洗一次，降低了职工的劳动强度，减少了清洗费用，也保证了装置的平稳运行。

5 结语

水浆过滤器是影响MTO装置急冷水系统稳定运行的重要设备，也担负着出装置过滤废水能否达标的重要使命，其运行效果的好坏不仅关系着整个装置安全平稳运行，而且还影响装置的环保指标。本文从发现问题、分析原因着手，通过两次优化升级，根本上解决了滤棒易断裂、过滤精度低、运行平稳性差、清洗频率高等难点问题，改善了过滤器的运行效果，稳定了装置生产，保障了环保指标，节约了维护成本，为处理同类装置的相关问题提供了一定的借鉴。