重油催化裂化裝置煙機結垢預防及在線清垢

李鳳宇

（大慶煉化公司煉油一廠，黑龍江大慶 163411）

0 引言

煙機結垢一直嚴重威脅催化裝置的安全長周期生產。一套重油催化裂化裝置在防止煙機結垢和在線處理煙機結垢方面總結出了自己一套切實可行的方案，煙機自2013年9月運行至今，煙氣輪機檢修為4臺次，基本實現了煙氣輪機長周期運行。實現這一目標的根本性措施都是必要條件，三旋效率提高、煙機抗結垢能力增強、在線處置方法完善，都為煙機長周期運行提供了保障和技術支持。

1 煙機改造

1.1 動靜葉片、動靜葉襯環流道內表面毫克能光整技術處理

運用毫克能技術對金屬零部件進行處理。經過檢測，表面粗糙度達到Ra=0.02 μm（鏡面水平），硬度提高了20% 以上。新加工靜葉襯環和動葉襯環，以提高配件表面光潔度，使催化劑更不容易在設備表面堆積結垢。

1.2 采用輪盤冷卻新結構

輪盤采用新結構進行冷卻，如圖1所示轉子前側安裝了蜂窩密封環，輪盤設7個圓形導流孔。其作用為強制改變冷卻蒸汽流向，在與靜葉組蜂窩密封共同作用下，大大減少了經過動葉片的蒸汽，消除動葉根部由蒸汽引起渦流造成的沖蝕，同時減少流場干擾。

1.3 動、靜葉型采用高效彎扭復合葉型

新型馬刀式動葉片提高轉子的氣動效率，增加做功能力，同時由于流線設計的優點，更符合空氣動力學原理，對防止催化劑堆積結垢也起到了一定的作用，圖2為馬刀形新式動葉片。

圖1 新式輪盤密封結構

1.4 采用帶有導流板高效排氣機殼

對于和煙氣輪機類似的燃氣輪機動力透平，一般都采用無導流板的長擴壓段。但是煙機的懸臂結構限制，在軸向不方便采用長的軸向擴壓段，且煙氣輪機的級焓降一般比燃氣輪機大，為了減小排氣機殼的擴壓損失，應用了帶有導流板高效排氣機殼，減小排氣機殼的擴壓損失，用以提高煙機的效率。本次改造對現有殼體進行改進，增設16件高效導流支承板，采用高效導流支承板貢獻的功率約為80 kW。

圖2 馬刀葉形

2 三旋改造

如圖3所示的新型單管排塵口與老式排塵口在結構上有較大區別，排塵出口不易結垢，綜合考慮后，在三旋特定的兩相流場中，具有一定錐角的單管排塵錐體有細粉掛壁和催化劑微粒結垢的傾向。三旋效率底下而且形成的竄流返混現象加速了臥式單管結垢堵死速度。

改造在利用原有三旋筒體的前提下，采用新型PHT-III250型單管，將單管傾斜度由20°提高至25°。PHT-III250型為單錐排塵結構，防結垢及堵塞效果優于雙錐結構，不會存在二次流的干擾。因單管處理能力提高，分離單元單管數量由170根降到140根，可改善氣流及壓力分布不均的情況，進一步增強防結垢和自排塵能力。

單管數量降低后減少2排單管變成15排。為進一步改善單管排塵效果，減少因間距過小造成的相互返混影響，將單管間距由原來的600 mm提高至650 mm，同時最底層單管入口中心較原來提高 500 mm，更有利于底部單管避開高濃度區

新三旋分離單元投用后，從2013年9月一直平穩運行至2015年9月。三旋壓降在（9～11）kPa波動。期間煙機一直運行平穩，2015年1月，煙機運行12 000 h后打開，動靜葉結垢輕微，只是在停機時圍帶脫落的垢片與動葉頂發生剮蹭。2015年裝置檢修三旋打開后發現單管排塵口有少量的薄薄的軟垢，凈化風即可輕松吹落。2016年裝置檢修中三旋情況與2015年基本相同。

圖3 新舊單管結構對比

圖4 改造前后結垢情況對比

3 在線清垢措施

一套重油催化裂化裝置車間，因為結垢的原因，煙氣輪機振動歷年來多次出現波動現象，煙氣輪機前振最高可達61μm，殼體振動最大可達11 mm/s。機組在線及離線頻譜顯示，機組轉頻加大，轉子出現動平衡被破壞，轉子動葉片出現結垢，機組時刻面臨停機檢修的危險，經的車間摸索實踐，為了保持煙氣輪機長周期運行，車間總結出了一套有效的在線蒸汽除垢方法。先后多次蒸汽除垢，取得了極為理想的效果，振動值均恢復至煙氣輪機開機時振動數值，前振 43 μm、后振 30 μm、殼體水平 2.5 mm/s，避免了因煙機結垢而造成的非計劃停機。

這一除垢方法的主要依據是利用煙機葉片上的垢物與葉片具有不同的膨脹系數，當煙機從較高溫度較快降至較低溫度時，由于兩者膨脹系數差異，垢物會從葉片上剝離隨煙氣排出，從而保證轉子動平衡，延長煙機運轉。更為重要的是除垢操作總結出的方法，將為以后同類情況的煙機處置提供寶貴經驗，在面對煙機結垢沒有較好的在線處理方法情況下，更顯珍貴。

3.1 具體除垢方法

（1）煙機振動上升至50 μm以上，入口調節蝶閥逐漸關小，最終關至35%。

（2）機組穩定無明顯波動，逐漸開大輪盤冷卻蒸汽控制閥，蒸汽流量控制在2.5 t/h，使輪盤溫度降至290℃，持續大流量給汽5 min，此過程中密切觀察機組軸系其他各工藝及機械參數無明顯波動（若有明顯變化及時關小蒸汽控制閥），5 min后輪盤冷卻蒸汽流量控制回正常數值0.6 t/h。

（3）同上步驟一致，繼續進行冷卻、吹掃，待兩次重復本過程（此過程中，主風機崗位助手一直在現場進行殼體測振工作，有異常情況及時反饋）后輪盤冷卻蒸汽流量恢復正常控制。

（4）恢復正常控制后，觀察機組振動情況，如若恢復至正常振動值，1 h后煙機入口調節蝶閥開至60%。

（5）繼續觀察2 h，煙氣輪機振動、殼體振動沒有異常情況，煙機入口調節蝶閥開至100%。

通過實踐可知，輪盤冷卻蒸汽流量增加后，輪盤溫度隨之下降，由于煙機葉片工作環境發生變化，促使葉片上附著的垢片脫落，煙機動平衡隨之向好的方向改善，煙機振動值隨后發生變化，逐漸恢復至正常值。

此做法為煙氣輪機不停機處理結垢問題，提供了真實有效的實踐經驗，避免了煙機因為輕微結垢就要停機，每一次主備機切換耗及煙機檢修按3 d計算，將耗電63.2萬kW·h，每kW·h電按0.7元人民幣計算，機組將節省電費44.24萬元人民幣，這其中不包括檢修和材料費用，當然還有裝置降量生產造成的更大的經濟損失。

4 結論

通過煙機改造措施，解決了催化劑在圍帶結垢問題，及蒸汽對煙機流場的干擾。通過三旋改造的實施，極大減緩三級旋風分離器單管的堵塞速度，使其保持高效運行。2項技術改造為煙機自身抗結垢方面做出了顯著的貢獻。車間于2016年7月至8月進行了裝置檢修，煙機運行350 d，間隔8400 h，裝置計劃檢修煙機解體檢查發現動靜葉片輕微結垢，動葉及圍帶處無結垢，動葉的葉根榫齒處和輪盤處無沖蝕，其他部件完好。

在線清垢方法的實施，為以后煙氣輪機長周期運行提供了有效的保障措施，在當下催化裂化行業面對煙機結垢還沒有成熟有效的在線處理方法的情況下，此項措施顯得尤為珍貴。