淺談煙機長周期運行影響因素

摘 要：煙機是現代煉油催化裝置核心設備之一，它的長周期平穩運行，直接影響著催化裝置的經濟效益和開煉周期。

關鍵詞：催化裂化煙機；長周期；催化劑結垢；煙氣品質

玉門煉油廠80萬噸/年重油催化裂化裝置能量回收機組為由煙機-主風機-電機組成的三機組，其中煙機是由蘭煉機械廠制造的YLⅡ-13000A雙級煙氣輪機。

1 概述

1.1 煙機運行概況

煙機自2013年9月24日煙機開機至2014年10月27日，煙機持續運行了398天，9552小時，滿足了長周期運行要求，但期間振動值波動較大，煙機振動偏高是影響煙機長周期運行的主要因素。

1.2 煙機打開檢查情況

將煙機解體時發現：（1）一級動葉片有大量催化劑結垢、二級動葉片有少量催化劑結垢，一級動葉片未見明顯磨損，耐磨涂層被沖蝕，整體呈現暗紅色，從一級動葉片取下的催化劑垢厚度大約2.4mm，如圖1所示。（2）一、二級動葉片鎖緊磨平，二級動葉片頂端有輕微磨損，葉片根部磨損嚴重。

圖1 一級動葉催化劑結垢情況

2 振動可能原因分析

2.1 催化劑結垢

造成煙機結垢的主要原因是入口煙氣中粉塵濃度高且<5μm的超細粉含量高。超細粉屬于C類粒子，本身不易流動，粘結性強。在隨煙氣高速運行過程中，顆粒之間或顆粒與設備之間劇烈磨擦，產生靜電電荷，在靜電吸附作用下細粉不斷沉積、生長，在煙機或三旋單管處形成垢物。

目前投用的各類煙機中普遍采用過熱蒸汽或飽和蒸汽冷卻、吹掃煙機輪盤。高溫的煙氣通過混有較低溫度的蒸汽時，或吹掃蒸汽本身帶有不飽和蒸汽時，在水分凝結作用下，煙氣粉塵會大量附著在煙機流道及葉片上。這些結焦物有時是不均勻的，這將直接影響轉子的動平衡。特別是煙機運轉過程中煙氣條件不斷變化或結焦物增多、增重后，附著在葉片某部位的結焦物受離心力作用被甩脫，這樣就嚴重破壞了轉子的動平衡，引起機組振動突發性升高，而當結焦物大部分被甩掉后，煙機的振動又會降下來，很多煙機在運行時振動情況波動都是這一過程引起的。[1]

粉塵堆積現象更容易發生在雙級輪盤的煙氣輪機上，這也是雙級煙機故障率相對偏高的主要原因。

2.2 沖蝕與磨損

催化裂化裝置再生煙氣中所含催化劑為主的煙氣粉塵，隨煙氣一起高速通過煙機葉片，對煙機流道產生沖刷，在高溫的作用下（通常煙氣入口溫度在620℃以上），煙氣粉塵對轉子的磨損加劇.磨損嚴重的部位常發生在葉片、臺肩、榫槽等部位，會出現刀刃狀或拇指狀的劃痕，沖蝕嚴重時會出現蜂窩狀。

2.3 葉片斷裂

當出現不均勻磨損時，轉子動平衡破壞，機組振動值上升。當沖蝕現象日益加劇，葉片受損嚴重，同時機組振動逐漸加大，受損葉片在長期振動產生的交變應力的破壞下極易發生斷裂，葉片突然斷裂又會使煙機轉子動平衡嚴重破壞，振動值巨幅上升。

3 振動高應對措施

催化劑結垢、沖蝕與磨損及葉片斷裂等故障都與煙氣中的高溫和粉塵密不可分，煙氣的品質直接關系到煙機的長周期運行，因此，對煙氣中催化劑的濃度、粒度和煙氣的溫度都必須做嚴格的要求，提高煙氣品質。[2]

3.1 影響煙氣品質的常見因素

（1）頂旋系統對煙氣品質影響的分析。再生器頂部旋風分離器是煙氣催化劑進行分離的關鍵設備，其工作原理是高速煙氣催化劑混流沿切線方向進入分離器后，在離心力和重力的作用下，重催化劑顆粒沿著圓錐形筒體內壁逐漸匯集于底部，并通過料腿導入密相床，而輕煙氣則從錐體底部，返旋流上升形成“氣芯”排出分離器，并在筒體中心區域形成一定負壓。煙氣中催化劑濃度的高低取決于旋風器的分離效率。

（2）“三旋”系統對煙氣品質影響的分析。第三級旋風分離器是保證合格煙氣進入煙機的最后一道分離設備，它的分離效率高低直接決定著煙機運行環境的惡劣程度催化劑是反再系統細粉的主要來源。

（3）日常工藝操作對煙氣品質影響的分析。如何精細調節，優化工藝參數，對煙氣分離效率高低也有著重要的作用。主要表現為：a.煙氣進入頂旋線速的合理確定及微細調節，也是影響分離效率的操作因素，一般為15～25m/h，速度過高，旋風器的壓降增大，容易返混，效率下降。b.高溫煙氣的影響，煙氣的持續超高溫直接影響著煙機各部件及各級旋風器材質的力學性能。c.催化劑性能的影響，不同類型的催化劑，其硬度、耐熱性能、粒度分布等也對分離效果有著不可忽視的作用。裝置在本周期主要加注三種催化劑，當這些催化劑混合使用或在反再系統中同時并存時，可能會加劇某一品種催化劑的磨損，產生大量細粉。d.開、停廠過程，日常每班新鮮劑的規范操作加入、卸出及裝置在非正常狀況下的操作過程中，催化劑跑損的合理控制，對煙氣品質的影響也尤為重要。

3.2 提高煙氣品質措施

3.2.1 優化操作參數，科學組織操作

（1）熟悉掌握分離器結構、性能，摸索操作，積累總結各種正、反操作環境下，頂旋入口線速，密相藏量，稀、密相密度等各工藝參數值的變化。并進行科學分析、驗證。找出適合不同工況下最優操作值。（2）保持平穩操作，避免為完成任務超負荷運行，嚴格控制沉降器汽提段汽提蒸汽量和過熱度。（3）嚴格控制旋分入口線速不超速，特別是三旋。（4）保持已回收細粉退路的暢通。三旋泄氣量按設計上限控制。（5）加劑或卸劑均應遵循少量連續的原則。

3.2.2 精心監護設備運行工況，及時維護消除隱患

正確操作各級分離器，充分發揮各類煙氣品質在線儀器、儀表的在線監測優勢，發現問題，及時調整操作或事先預知性的維護，是提高煙氣品質的重要保障。

（1）重點監控和調節好如下三個主要參數：a.“三旋”在線壓降參數（PdI1501）；b.再生器頂旋壓降參數（PDI1116）；c.空氣分布環壓降參數（PDI1113）。重視收集、分析它們的原始數據，掌握其與分離效率之間的邏輯關系，以供調節使各級分離器處于最佳效率。（2）發揮好煙機入口顆粒濃度在線儀的“眼睛”作用，為各操作過程提供有益的監督反饋作用。（3）輪盤冷卻蒸汽：a.嚴格控制蒸汽品質，溫度控制在240-250℃左右。b.輪盤中心溫度按設計上限控制，蒸汽量盡量按操作下限控制，不宜大于0.5噸/小時。

4 結束語

煙機振動值頻繁上漲會嚴重影響催化裝置實現長周期平穩運行，從而導致煙機振動高的因素有很多，也比較復雜，關注反應再生系統和三旋的操作管理，從工藝設計、選型、工作點工況等方面抓起，關注細節。

參考文獻

[1]沈慶根.化工機器故障診斷技術[M].杭州：浙江大學出版社，1994.

[2]艾克利，艾小兵，等.催化裂化煙機振動原因分析及對策[J].廣東化工，2011（9）.