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装置反应器过滤器压力降与滤芯性能分析刘小锋（中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司，浙江省宁波市 ）摘要：中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司有 （号 ）及 （号 ）两套 装置，运行末期两套装置反应器过滤器压力降分别为 与 。除了滤芯数量外，两者在运行参数、滤芯本体成分及吸附剂成分上均无明显差别。为探究两者压力降差别较大的本质原因，通过解剖两套反应器过滤器滤芯分别对其进行了各类分析。外观分析表明滤芯结构完整，未发生生锈现象，发现不同压力降下滤芯的孔隙及渗透性有较大差别。压溃强度实验发现滤芯强度均满足要求。孔径及渗透性分析表明低压力降时吸附剂主要分布在滤芯外表面，但高压力降时吸附剂渗入滤芯内部，导致渗透性大幅下降且难以通过反吹恢复。滤芯外表面能谱分析表明滤芯外表面物质为吸附剂，滤芯本身未发生硫化腐蚀。关键词：装置反应器过滤器压力降滤芯性能孔径渗透率压溃强度能谱 反应器过滤器介绍及运行分析中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司（镇海炼化）共有 （号 ）及 （号 ）两套 装置，采用同一厂家生产的两台过滤器 （号 装置过滤器）、（号 装置过滤器），两者除滤芯数量有差别外，其他结构一致。滤芯材质为 ，由金属粉末在高温下烧结而成，通过控制金属粉末的粒度保证孔隙率在一定范围内 。气相介质通过过滤器时，夹带的吸附剂颗粒会聚集在滤芯表面形成滤饼 。随着滤饼层厚度的增加，气相通过过滤器的压力降增加，当压力降达到一个预先设定值时，必须立刻启动快速反吹。如果启动反吹过慢，可能形成过量的滤饼，导致反吹无效，引起滤芯永久性堵塞。过滤器滤芯元素组成及吸附剂成分见表 及表 。表 不锈钢合金元素组成 项目质量分数，项目质量分数，于 年 月开工投用，年 月停工检修，期间共运行 个月。在平均进料量 、反应压力 、反应藏量 、线速度 、反吹前后压力降低于 的条件下，压力降由 上升到 ，平均每月上升 ，整体上升速度较慢，还有较大运行空间。于 年 月开工投用，年 月停工检修，期间共运行 个月。在平均进料量 、反应压力 、反应藏量 、线速度 、反吹前后压力降低于 的条件下，压力降由 上升到 ，平均每月上升 ，整体上升速度较快，且压力降上升速度随着压力降变大而越来越快，继续使用风险极大。表 吸附剂化学组成 项目质量分数，项目质量分数，为探究不同压力降时 滤芯的异同点，对两套 滤芯进行解剖，并分别进行分析。滤芯分析 滤芯外观观察使用后两套 滤芯样件外观质量，收稿日期：；修改稿收到日期：。作者简介：刘小锋，工程师，本科，年毕业于东北石油大学过程装备与控制工程系，现在镇海炼化炼油四部从事设备管理工作。联系电话：，：。可见滤芯样件均保持平直状态，未出现明显变形。表面存在较多灰黑色吸附剂颗粒，未出现生锈现象。各取其中一节滤芯进行简单清洗，清洗工艺流程如下：高压水冲洗化学试剂浸泡超声波清洗烘干。清洗后滤芯样品表面呈光亮的灰白色，与新滤芯颜色相近，表面干净、无锈蚀。滤芯性能测试与分析 孔径及渗透性为定量表征使用后 滤芯样件的孔隙特性及渗透性，分别从未清洗滤芯样件和已清洗滤芯样件上截取若干个试样，采用 毛细孔隙测定仪测试样品的孔径分布与渗透性，结果取平均值并与新滤芯做对比，结果见表 。从测试结果看，使用后未清洗的 滤芯样品最大孔径变小，渗透性大幅降低；经简单清洗后，滤芯样品的最大孔径远大于未清洗滤芯样品，渗透性明显改善，透气性能接近新滤芯水平，表明使用后的 滤芯样品经简单清洗后仍具备优异的透气性能。相比于 ，使用后未清洗的 平均孔径变化不大，但最大孔径大幅减小，说明最大孔径处存在吸附剂堵塞。影响滤芯压力降的主要因素是渗透率，清洗前 滤芯渗透率远小于 的滤芯渗透率，与压力降变化趋势一致，而清洗后的渗透率基本一致，略低于新滤芯。说明滤芯压力降主要取决于表面的吸附剂沉积情况，这些沉积的吸附剂可用专业清洗工艺去除。表 滤芯孔径分布与透气性分析数据 项目孔径 最小平均最大渗透率 （）新滤芯 未清洗滤芯 已清洗滤芯 未清洗滤芯 已清洗滤芯 微观形貌采用扫描电镜分别观察样品的外表面与截断面的微观形貌 ，结果见图 。图 清洗前后微观形貌 从图 可以看出：未清洗滤芯样品外表面附着较多细小的吸附剂颗粒，造成外表面孔隙堵塞、孔径减小、渗透率降低，导致滤芯压力降升高；清洗后滤芯样品的外表面存在微量吸附剂颗粒，可观察到明显孔隙，表明滤芯经简单清洗后过滤性能恢复较好；相对于外表面，未清洗滤芯内表面吸附剂附着较少，存在部分孔隙，说明吸附剂颗粒物基本都被拦截在滤芯的外表面；滤材表面与基体内部粉末颗粒大小均匀一致，吸附剂主要分布于滤芯外表面附近，内部吸附剂颗粒较少，清洗前后孔隙率明显增加。对比来看，滤芯内表面基本看不到吸附剂颗粒，滤芯内表面大部分被吸附剂颗粒覆盖，孔隙率相对大幅减少。说明 有部分吸附剂从外表面穿过整个滤芯到达内表面，虽然通过清洗最后恢复了孔隙率，但在使用过程中这部分吸附剂通过简单的反吹无法脱除，逐渐沉积在滤芯内部，导致压力降永久上升。压溃强度为表征使用后 滤芯样品承受由外向内的径压力能，从未清洗滤芯和已清洗滤芯样品上分别截取尺寸为 的个试样，采用材料万能试验机，根据 烧结金属衬套径向压溃强度的测定 规定，测试滤芯的压溃强度，结果见表 。表 滤芯压溃强度 项目样品编号径向压溃强度 未清洗滤芯 已清洗滤芯 从表 可以看出，清洗后滤芯样品的压溃强度与未清洗滤芯样品基本一致，均与新滤芯相当，表明滤芯经长时间使用和清洗后强度未出现降低，仍保持在较高水平。相比于 ，滤芯的径向压溃强度更强，说明 承受机械外压的强度更高，在使用过程中承受的应力更大，工作状况更恶劣，压力降上升速度也更快。滤芯能谱分析为了进一步考察滤芯样品的堵塞情况，对滤芯未清洗样品和已清洗样品的外表面进行了能谱分析，结果见图 。图 滤芯清洗前后外表面能谱分析 根据未清洗滤芯的外表面能谱分析结果可知，除了主要化学成分 、元素之外，还存在 、等杂质元素。由表 可知，这些元素均来自于吸附剂，表明使用后 滤芯外表面被吸附剂颗粒附着。清洗后的滤芯外表面杂质元素含量小于未清洗滤芯，表明经简单清洗后，滤芯外表面吸附剂被去除，堵塞情况明显改善。清洗前滤芯外表面 含量很低，结合滤芯外表面显微组织分析得知，滤芯在使用和清洗后未发生硫化腐蚀。结论及建议（）不同压力降下的 滤芯使用后均未发生明显变形，表面状态完好、无锈蚀，使用后的滤芯压溃强度与新滤芯相当，表明滤芯经长时间使用后力学性能仍保持在较高水平，能满足装置长周期运行要求。（）相同品质的滤芯使用后，通过扫描电镜观察及能谱分析表明，与压力降 的滤芯相比，压力降 的滤芯外表面吸附更多的吸附剂，同时也有部分吸附剂进入滤芯内部，这部分吸附剂导致滤芯内部孔隙被堵塞，反吹也无法吹出，形成永久压力降。（）为减少滤芯内部永久吸附剂颗粒的数量，建议装置运行过程中保持平稳操作，处理量提降时幅度要小，更换反吹阀等异常工况下不要盲目加大反吹频率或反吹压力。参考文献 顾临，邱世庭，赵扬 烧结金属多孔滤材技术综述 流体机械，（）：胡跃梁，孙启明 吸附脱硫装置运行过程中存在问题分析及应对措施 石油炼制与化工，（）：李辉，杨军军 国产反应器过滤器在 装置上的应用 炼油技术与工程，（）：（编辑彭扬）（，）：，：，