CN208465420U - 一种过滤器的失效过滤管确定及保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种过滤器的失效过滤管确定及保护装置，过滤器的失效过滤管确定装置包括：多个高频动态压力传感器、数据采集装置；所述多个高频动态压力传感器均与数据采集装置相连接；高频动态压力传感器的探头与过滤器内壁相平，并且各高频动态压力传感器的探头均位于同一水平面。本实用新型利用高频动态压力传感器获取脉冲反吹过程中过滤器内壁面不同位置处的动态压力，能精准的对断裂的过滤管所在的组进行定位，根据定位结果进而对断裂的过滤管实施保护。

Description

一种过滤器的失效过滤管确定及保护装置

技术领域

本实用新型涉及气体过滤技术，具体的讲是一种过滤器的失效过滤管确定及保护装置。

背景技术

在化工、石油、冶金、电力等行业的工艺流程中，常产生高温含尘气体，为了对高温余热回收和满足环境排放标准，需要对这些高温含尘气体进行除尘净化。高温气体除尘技术一般是在温度为250-900℃范围内直接进行气固分离的技术，该技术可以最大程度的利用气体的物理显热、化学潜热以及动力能，提高能源利用效率，同时简化工艺流程，节省设备投资和降低运行成本。

高温气体过滤技术被公认为最具发展潜力的高温气体除尘技术，净化后可以除净气体中大于5μm的固体粉尘颗粒，出口含尘浓度小于5mg/Nm³。陶瓷过滤材料具有良好的抗热震性能和机械强度、耐化学腐蚀以及过滤性能好等特点，由此制造的陶瓷过滤管作为过滤器的核心元件已经广泛应用在气固过滤领域。

目前常用的陶瓷过滤管一般为试管式形状，其结构为一端封闭，一端开口的圆筒形结构，开口端设有法兰，用来悬挂固定在过滤器的管板上。典型的过滤管尺寸为内径40mm或者30mm，外径为60mm，长度为1.5m。过滤管为双层结构，内层为平均孔径较大的陶瓷支撑体，用于保证过滤管的强度，支撑体外表面覆上一层平均孔径较小的陶瓷滤膜，膜的厚度一般约为150-200μm，实现表面过滤。

如图1所示，为现有的高温气体圆形过滤器结构，其中管板41将整个过滤器分为含尘气体侧与洁净气体侧。从上游来的高温含尘气体从过滤器的入口11进入到过滤器内部，经提升管21到达过滤器的含尘气体侧，在气体推动力的作用下到达过滤管31的外表面进行过滤。过滤器内部安装有12组或者24组过滤管，如图2所示为具有12组过滤管的过滤器。每组含有48根过滤管，按照等三角方式排布，排布方式如图3所示，31是过滤管，32是过滤器管板。每组共用一个引射器51。含尘气体到达过滤管表面后，气体通过过滤管的微孔进入到过滤管的内部，经过滤后的气体从过滤管的开口端进入到洁净气体侧，并通过洁净气体侧的出口61进入到下一个单元。而气体中的粉尘颗粒则被拦截在过滤管的表面逐渐形成粉尘层，如图4a所示。随着过滤过程的进行，过滤管表面的粉尘层逐渐增厚，过滤器的压降逐渐增加，达到一定值后需要采用脉冲反吹的方式对各组过滤管进行清灰，具体的脉冲反吹过程为：通过可编程逻辑控制器控制的脉冲电磁阀81迅速开启并关闭，在此过程中存于气体储罐 71的一部分高温高压气体通过脉冲电磁阀81，经过管路91并由喷嘴101喷出，形成一股高速高压气体，进一步经引射器51二次引流后进入到过滤管内部，高速高压气体使得陶瓷过滤管内压力迅速升高，气流从过滤管内向外流动时，将附着在过滤管外壁上的粉尘层清除掉，实现过滤管的性能再生，如图4b所示，从过滤管外壁面剥离的粉尘落入过滤器下部的灰斗中，定期移除。

在实际使用过程中，上述过滤器及脉冲反吹过程至少存在以下问题：

(1)陶瓷过滤管在运行过程中常存在断裂现象，导致过滤器“短路”，含尘气体直接进入过滤器下游。目前，缺乏及时的过滤管断裂监控和诊断方法，仅能结合后续生产工艺的参数变化判断，具有滞后性，严重危害影响后续生产工艺的安全稳定运行。

陶瓷过滤管断裂失效的原因主要有：①陶瓷过滤管悬挂在管板上，在自身重力作用下处于拉伸状态，在高温工况下易产生轴向延伸，出现高温蠕变现象，降低了过滤管的稳定性；②粉尘物性和过滤器操作参数改变，以及不完全清灰等问题，使得粉尘在相邻的陶瓷过滤管架桥，脉冲反吹时在过滤管之间产生剪切应力，导致陶瓷过滤管断裂；③脉冲反吹过程中，脉冲反吹气体较过滤气体温度低，当脉冲反吹气体进入陶瓷过滤管内部后，会在陶瓷过滤管内沿轴向方向产生较大温差，引起热应力，当产生的热应力超过过滤管所能承受的最大热应力时，过滤管就会断裂；④高温气体中的粉尘含有一定量的残碳，当残碳附着在过滤管的外表面时，会继续燃烧，引起过滤管局部温度升高，使得过滤管承受一定的热冲击。⑤高温过滤器在启动运行和停车检修过程中都会使得过滤管承受热冲击，易导致过滤管断裂；⑥陶瓷过滤管在脉冲反吹过程中会有振动，且振动时过滤管的下部比上部振幅大，由于陶瓷过滤管抗形变的能力较弱，引起过滤管的断裂。

经过滤后的高温洁净气体进入到下一个单元的湿式洗涤塔，进一步除去气体中的微量固体颗粒和酸性气体。每隔一段时间对湿式洗涤塔中进行水样检测，若有过滤管断裂，洗涤含固量急剧增加，水样会长时间浑浊。当洗涤含固量急剧增加后，会严重影响湿式洗涤塔中的水循环泵的流量。因此，现有技术中常通过对水样检测以及监测循环泵的流量来综合判断过滤管是否存在断裂或过滤器“短路”现象，该方法具有一定的滞后性，亟需能够及时判断过滤管是否断裂的方法。

(2)当过滤管断裂失效时，现有技术中，过滤器内只有防止过滤管断裂的失效保护元件，没有主动预防的保护装置。

针对过滤管断裂问题，现有技术中主要通过安装保安滤芯，如图5所示，在过滤管51的上部安装保安滤芯53，“被动式”预防因过滤管断裂造成洁净气体污染。由于保安滤芯过滤面积小，当有过滤管断裂时，含尘气流就会以较高的速度通过保安滤芯，粉尘进入到保安滤芯材料内部，进而堵塞保安滤芯，避免过滤管断裂后含尘气体泄露到洁净气体侧。保安滤芯可以在过滤管损坏的情况下为下游设备提供保护，同时防止脉冲反吹过程中含尘气体进入到其它过滤管的内部。

但是，保安滤芯的存在，会明显削弱脉冲反吹气流的强度，脉冲反吹效果将大打折扣。尤其是当气体中含有较多的细颗粒粉尘或者粘性粉尘时，脉冲反吹系统的反吹强度不够，导致细颗粒穿嵌在过滤管孔隙结构内，引起过滤管的残余压降增加，进而缩短过滤管的运行寿命。

(3)现有技术中，缺乏高温气体过滤器的出口颗粒物浓度的在线监测装置。

一般情况下，高温气体过滤器要求过滤后的出口含尘浓度小于5mg/Nm³。而出口含尘浓度能直接反应过滤管的运行状态，当有过滤管断裂时，出口浓度会急剧上升，因此，通过对颗粒物出口浓度在线监测，可以迅速发现过滤管是否有断裂。然而，由于实际工况复杂多变，该技术存在不适用于实际运行温度和压力以及测试误差较大等问题。以壳牌煤气化为例，由于过滤器在温度为340℃，压力为3.96MPa条件下运行，目前尚无同时检测高温气体和高压气体的颗粒物浓度在线监测装置。除此之外，现有检测技术所用的核心元件光学传感器，忽略了气体压力和温度变化对光学传感器内部光路的影响，常存在测量的粒径偏小、颗粒数量偏少等情况，测量结果与真实情况差别很大。

(4)“回流”现象严重，影响陶瓷过滤管的循环性能再生。

研究表明，在脉冲反吹即将结束，尚未建立正常过滤阶段，当过滤管内压力减小到与过滤管外压力相等时，在气体惯性的作用下继续向外流动，使得过滤管内压力小于过滤管外压力，造成过滤管外壁的气体由过滤管外侧向过滤管内侧流动的“回流”现象，部分细小的粉尘颗粒又重新回到过滤管外壁上，甚至会穿嵌至过滤管壁内，降低清灰效率，影响过滤管的使用寿命。

实用新型内容

为及时诊断过滤管在运行过程中的断裂失效、确定失效部位，本实用新型提供一种过滤器的失效过滤管确定装置，过滤器的失效过滤管确定装置包括：多个高频动态传感器、数据采集装置；所述多个高频动态压力传感器均与数据采集装置相连接；其中，

高频动态压力传感器的探头与过滤器内壁相平，并且各高频动态压力传感器的探头均位于同一水平面。

本实用新型实施例中，所述的数据采集装置具有数据采集接口，通过数据采集接口与外部处理装置相连接。

本实用新型实施例中，所述的数据采集装置为：高速数据采集卡。

同时，本申请还提供一种过滤器保护装置，包括：过滤器的失效过滤管确定装置、气动切断阀，所述的气动切断阀设置于过滤器内每组过滤管的引射器位置，以实现对各组过滤管的开启或关闭；其中，

所述的过滤器的失效过滤管确定装置包括：多个高频动态压力传感器、数据采集装置；所述多个高频动态压力传感器均与数据采集装置相连接；其中，

高频动态压力传感器的探头与过滤器内壁相平，并且各高频动态压力传感器的探头均位于同一水平面。

本实用新型实施例中，所述的数据采集装置具有数据采集接口，通过数据采集接口与外部控制装置相连接。

本实用新型实施例中，所述的数据采集装置为：高速数据采集卡。

本实用新型实施例中，所述的过滤器保护装置包括：供气管路，连接到所述气动切断阀，外部控制装置通过供气管路控制气动切断阀的开启或关闭。

本实用新型通过测定脉冲反吹过程中过滤器内壁面不同位置处的动态压力，外部控制装置根据各个传感器之间的信号时间差，能精准的对断裂的过滤管所在的组进行定位，进而对断裂的过滤管实施保护。本实用新型通过设置在引射器位置处的气动切断阀，可根据过滤管运行情况对气动切断阀的启闭进行逻辑控制，关闭断裂的过滤管所在组的出口管路，实现在非计划停车下对断裂的过滤管进行保护，延长过滤器的运行周期。通过过滤管失效诊断、安全保护装置，可以对断裂的过滤管实施保护，有效克服了脉冲反吹瞬间“回流”现象造成的清灰效率低下以及现有技术中安装保安滤芯造成的脉冲反吹强度降低等问题，延长了陶瓷过滤管的使用寿命。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为高温气体过滤器流程图；

图2为高温气体过滤器内12组过滤管排布方式；

图3为高温气体过滤器1组48根过滤管排布方式；

图4a为正常过滤过程示意图；

图4b为脉冲反吹过程示意图；

图5为工业用带有保安滤芯的过滤管；

图6为本实用新型实施例中高频动态压力传感器布局；

图7为本实用新型实施例中正常过滤时气动切断阀状态；

图8为本实用新型实施例中过滤管断裂失效时气动切断阀状态。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开一种过滤器的失效过滤管确定装置，过滤器的失效过滤管确定装置包括：多个高频动态压力传感器、数据采集装置；多个高频动态压力传感器均与数据采集装置相连接；

高频动态压力传感器的探头与过滤器内壁相平，并且各高频动态压力传感器的探头均位于同一水平面。

如图6所示为实施例中高频动态压力传感器布局，高频动态压力传感器601测定脉冲反吹过程中过滤器内壁面的动态压力，数据采集卡组成的采集单元，对脉冲反吹过程中的过滤器内壁面的动态压力进行采集。其中，高频动态压力传感器采样频率应大于20kHz。

本实用新型实施例中，通过测定脉冲反吹过程中过滤器内壁面不同位置处的动态压力，根据各个传感器之间的信号时间差，通过广义互相关估计时间延迟方法，使用球交叉的方法进行求解，能精准的对断裂的过滤管所在的进行定位，进而对断裂的过滤管实施保护。

同时，本实用新型还提供一种过滤器失效保护装置，利用前述的方法确定过滤器中的失效过滤管的所在组后，控制设置于过滤器每组过滤管的引射器位置的气动切断阀，封闭失效过滤管所在组的出口管路。

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型实施例是针对高温气体过滤器中过滤管断裂失效无法及时检测以及断裂失效无法定位的问题，本实施例提出了一种高温气体过滤器运行过程中失效过滤管的确定、安全保护装置。

通过外部装置对过滤管出口浓度的监测可以判断高温气体过滤器中12组或者24组过滤管是否有断裂失效；外部装置通过对脉冲反吹过程中测定的过滤器内壁面的动态压力信号，通过广义互相关估计时间延迟方法，判断过滤管断裂失效位置，实现对断裂失效的过滤管所在组的定位；结合过滤管出口浓度以及过滤管断裂失效所在组的定位，通过逻辑控制安装在引射器位置处的气动切断阀，实现在非计划停车情况下对断裂失效的过滤管保护。

本实用新型提出一种过滤器失效断裂诊断、保护装置，主要包括以下步骤：

步骤1.基于过滤管出口浓度判断过滤管是否有断裂失效；

步骤2.根据过滤管是否有断裂以及断裂所在的组，逻辑控制安全保护装置。

步骤1主要包括以下几步：

选用耐高温材料制气溶胶导管，根据管道内压力、温度、流速等工况条件及工质组分等条件，选用适用于高温的采样嘴及样气管路，安装在过滤器出口管道合适位置上，并与光学传感器组成粉尘浓度监测系统。由光学传感器所测光信号经采样处理得到颗粒浓度信号。

本实用新型实施例中，根据环境温度，选用但不限于殷钢、310s不锈钢、哈氏合金等材料制造的气溶胶导管。

步骤2主要包括以下几步：

①根据步骤1确定过滤管的运行状态以及脉冲反吹过滤管所在的组。

②当过滤管正常运行时，气动切断阀801处于开启状态，如图7所示；当有过滤管断裂失效时，根据外部装置定位脉冲反吹过滤管所在的组后，通过外部装置逻辑控制开启气动切断阀的供气管路802，气动切断阀801关闭，封闭断裂失效过滤管所在的组，如图8所示为关断状态的气动切断阀。

本实用新型提出了一种过滤器失效断裂诊断及保护装置，主要包括两部分：过滤管断裂诊断和安全保护装置。通过高频动态压力传感器，测定脉冲瞬间过滤器内壁面的动态压力，利用外部装置基于动态压力到达不同位置处传感器的时间差，定位断裂的过滤管所在的组。当有过滤管断裂时，启动引射器位置处的安全保护装置，实现在不停车的情况下封闭过滤管断裂所在的组，延长过滤器的运行周期。本实用新型主要解决了高温气体过滤器运行过程中过滤管断裂难以及时发现以及断裂后没有安全保护装置问题。

本实用新型使用多个高频动态压力传感器监控技术，可有效避免单传感器损坏造成的测量错误，高频动态压力传感器越多，过滤管断裂失效定位越准确。

本实用新型通过设置在引射器位置处的气动切断阀，可根据过滤管运行情况对气动切断阀的启闭进行逻辑控制，关闭断裂的过滤管所在组的出口管路，实现在非计划停车下对断裂的过滤管进行保护，延长过滤器的运行周期。

通过过滤管失效诊断和安全保护装置，可以对断裂的过滤管实施保护，有效克服了脉冲反吹瞬间“回流”现象造成的清灰效率低下以及现有技术中安装保安滤芯造成的脉冲反吹强度降低等问题，延长了陶瓷过滤管的使用寿命。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种过滤器的失效过滤管确定装置，其特征在于，所述的过滤器的失效过滤管确定装置包括：多个高频动态压力传感器、数据采集装置；所述多个高频动态压力传感器均与数据采集装置相连接；其中，

高频动态压力传感器的探头与过滤器内壁相平，并且各高频动态压力传感器的探头均位于同一水平面。

2.如权利要求1所述的过滤器的失效过滤管确定装置，其特征在于，所述的数据采集装置具有数据采集接口，通过数据采集接口与外部处理装置相连接。

3.如权利要求1或2所述的过滤器的失效过滤管确定装置，其特征在于，所述的数据采集装置为：高速数据采集卡。

4.一种过滤器保护装置，其特征在于，所述的过滤器保护装置包括：过滤器的失效过滤管确定装置、气动切断阀，所述的气动切断阀设置于过滤器内每组过滤管的引射器位置，以实现对各组过滤管的开启或关闭；其中，

所述的过滤器的失效过滤管确定装置包括：多个高频动态压力传感器、数据采集装置；所述多个高频动态压力传感器均与数据采集装置相连接；其中，

高频动态压力传感器的探头与过滤器内壁相平，并且各高频动态压力传感器的探头均位于同一水平面。

5.如权利要求4所述的过滤器保护装置，其特征在于，所述的数据采集装置具有数据采集接口，通过数据采集接口与外部控制装置相连接。

6.如权利要求4或5所述的过滤器保护装置，其特征在于，所述的数据采集装置为：高速数据采集卡。

7.如权利要求4所述的过滤器保护装置，其特征在于，所述的过滤器保护装置包括：供气管路，连接到所述气动切断阀，外部控制装置通过供气管路控制气动切断阀的开启或关闭。