YL型煙氣輪機過渡襯環改進設計

陳 榮

（1.渤海裝備蘭州石油化工機械廠，甘肅 蘭州 730060；2.甘肅省煉化特種裝備工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730060）

YL型煙氣輪機過渡襯環改進設計

陳 榮1，2

（1.渤海裝備蘭州石油化工機械廠，甘肅 蘭州 730060；2.甘肅省煉化特種裝備工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730060）

本文通過分析YL型煙氣輪機過渡襯環原始結構對煙機運行時產生的影響，提出了過渡襯環結構的優化改進措施。優化設計后的過渡襯環不但能夠減輕催化劑結垢，保證設備的長周期安全穩定運行，而且提高了回收功率。

煙氣輪機；過渡襯環；催化劑結垢；回收功率

一、引言

煙氣輪機是用于回收煉油廠催化裂化裝置中再生煙氣巨大能量的專用節能透平設備，是催化裂化裝置核心機組——主風機組的關鍵設備，在煉油廠催化裂化裝置上應用煙氣輪機回收高溫煙氣能量始于20世紀50年代，1963年第一臺單級懸臂軸向進氣的煙氣輪機在美國投入工業。它的工作原理是將具有一定壓力的高溫煙氣導入透平裝置，使再生煙氣的熱能、壓力能在透平裝置中轉化為機械能，來驅動空氣壓縮機或發電機工作，從而達到減少能耗，提高催化裂化裝置經濟效益的目的。

二、原過渡襯環的設計特點及問題

YL型煙氣輪機由進氣錐、靜葉組件、過渡襯環、轉子、機殼、氣封裝置、軸承及軸承箱等零部件組成。

過渡襯環位于動葉片外圍，帶有一定的擴壓角，從煙道進入的高溫煙氣經在進氣錐加速后，再通過靜葉噴嘴進一步加速并改變氣流方向，然后通過動葉片和過渡襯環共同組成的流道膨脹做功，推動動葉片旋轉將煙氣中蘊含的壓力能和熱能轉化為機械能輸出。

由于煙氣中含有硬質的催化劑顆粒，在動葉片高速旋轉時，在離心力的作用下，催化劑在動葉片葉頂部位的分布濃度會比葉根部位大，為了防止催化劑顆粒對動葉葉頂部位及過渡襯環內部造成沖蝕，同時使得催化劑在整個流道中能夠均勻分布，在過渡襯環入口處設置了3mm左右的防沖蝕臺階，同時在過渡襯環內表面噴涂“長城1號”或“長城33號”耐磨涂層。

這種設計經過三十多年的使用，證明能夠滿足煙氣輪機的正常運轉需求。最近幾年，隨著裝置進行MIP或其他形式的技術改造，裝置使用的催化劑品種不同程度地進行了更新，尤其是采用的降烯烴催化劑強度較低，容易產生細粉，隨之而來的是煙氣輪機的催化劑結垢問題一下子突出起來。原過渡襯環在這種情況下存在以下問題：

1 過渡襯環的防沖蝕臺階會造成流道的阻流，影響流場流線的分布，對煙機的回收功率造成一定的影響。同時在防沖蝕臺階后側的流道內表面形成一定的負壓區，使得催化劑容易在過渡襯環內表面結垢。

2 根據YL型煙機多年的使用經驗，過渡襯環內表面的沖蝕并不嚴重，反倒是近年來的催化劑結垢現象很嚴重。早期設計時為了防止沖蝕而噴涂的耐磨涂層，由于噴涂后表面粗糙度較低，加劇了催化劑在該位置的結垢。

如果催化劑在過渡襯環（動葉圍帶）部位結垢，會造成動葉葉頂間隙縮小，結垢嚴重時還會出現動、靜摩擦，煙機振動值突然增大導致停機，甚至動葉片斷裂的事故。催化劑在動葉片及過渡襯環部位結垢的圖片。

三、過渡襯環改進措施

經過分析研究，我們對過渡襯環進行了改進設計。

1 去除了防沖蝕臺階，能夠消除對氣流的阻流影響，消除了其對流場流線的影響，提高了煙氣輪機的回收功率。同時減輕了催化劑在流道內表面的結垢現象，保證了煙氣輪機的長周期安全運行。由于去除了防沖蝕臺階，也降低了加工難度。

2 過渡襯環內表面不再噴涂耐磨涂層，采用豪克能金屬表面加工技術進行處理，提高表面粗糙度，經過檢測，表面粗糙度達到Ra0.02，能夠起到延緩催化劑結垢的效果。同時硬度提高了20%以上 ，具有較好的耐磨性能。豪克能金屬表面加工技術是源自烏克蘭的一項軍工技術，其利用金屬在常溫狀態下冷塑性的特點，運用毫克能對金屬零部件進行無研磨劑的研磨、強化和微小形變處理，使金屬零件表面達到更理想的表面粗糙度要求；提高零件表面顯微硬度的同時在零件表面產生壓應力，增強零件的耐磨性、耐蝕性及疲勞強度和疲勞壽命。

圖1 煙氣輪機結構示意圖

四、改進后的效果

對YL型煙氣輪機過渡襯環的改進已近經過多臺煙機的驗證，尤其是在山東某廠一臺8000kW煙機的改造中，由于采用了改進后的過渡襯環，該臺煙機由原來的每2～3月由于催化劑結垢必須停機清垢變為改進后可以連續運行一個周期（1年），實現了和裝置的同步檢修，給用戶帶來了可觀的經濟效益，獲得了用戶的高度評價。

結語

三十多年來，在制造廠技術人員和廣大用戶設備管理人員的共同努力下，我國催化裂化能量回收技術從無到有，目前已經處于國際先進水平。作者相信，只要堅持鍥而不舍的追求，不斷根據實際應用中出現的問題進行改進，YL型煙氣輪機一定能夠不斷進步，為我國的能量回收事業盡一份力。

[1]黃義仿，李克雄，趙榮珍.煙氣輪機的故障診斷現狀分析[J].潤滑與密封，2008 （03）.

TE624

A

甘肅省科技資助項目（1206GTGA014）。