重油催化裂化裝置煙機常見故障原因分析

張 宇

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

煙氣輪機簡稱煙機，是煉油化工企業重油催化裂化生產裝置中的一種關鍵設備。它是一種典型的旋轉機械設備，也是一種非常重要的節能降耗設備。煙機主要利用重油催化裂化生產裝置產生的高溫再生煙氣的余熱能量進行回收利用，通過煙氣中的熱能驅動壓縮機做功或者通過提供動能驅動發電機進行發電，以達到回收煙氣中能量、實現節能降耗的目的。在重油催化裂化生產裝置中，煙機的運行狀態直接影響著整個機組的平穩生產與安全運行，對保障整個裝置的正常運行和降低能耗水平具有重大意義，影響著重油催化裂化生產裝置的運行周期和經濟效益。

1 煙機結垢原因分析及解決措施

1.1 結垢對煙機生產運行的嚴重危害后果

結垢對煙機的正常生產運行有一定影響。煙機表面污垢沉積到一定的厚度和尺寸時，結垢物就會阻塞靜葉環與葉頂之間的間隙。間隙的變小會導致煙機在生產運行時發生后軸瓦雙側振動值同時增大，偏離標準值的故障現象，最終導致主風機振動值不斷地呈現無規則變化、振動加劇。為了避免劇烈振動引發安全事故，煙機只能停機進行檢修。

如果葉片表面結垢物增大累積到一定程度，煙機運行時可能會因為結垢物導致葉片被破壞，如果產生葉片破損現象，破損的煙機葉片在高速旋轉過程中則會破壞其他葉片，導致其他葉片受到撞擊跟著受到損壞，最終致使整個煙機的葉片全部出現無法修復的損傷現象，提高了煙機的維修成本。破損的葉片還容易導致發生安全事故，具有嚴重的危害后果。

1.2 煙機產生結垢的原因分析

煙機工作環境較為惡劣，處于高溫、粉塵、高腐蝕性、高轉速的環境下，使得煙氣輪表面極易結垢，使得煙機出現轉速不穩或者葉片損壞的現象，劇烈的振動故障還容易引發安全事故，造成巨大的經濟損失。

1.2.1 催化劑細粉導致結垢

高濃度的催化劑細粉是引起煙機產生結垢的最主要原因之一。在煉油化工重油催化裂化裝置生產過程中，裝置中的催化劑是為了促進催化反應過程，催化劑顆粒的粒度普遍較小，相應地增大了反應面積。在正常生產過程中催化劑顆粒之間受到氣體原料流動產生的力的作用，催化劑顆粒相互之間會產生劇烈的摩擦磨損，會在煙氣中產生高濃度的細粉，而且在摩擦磨損過程中會產生一定的靜電電荷，靜電的吸引作用會致使催化劑被吸附在管壁或者煙機表面，發生結垢現象。

1.2.2 催化劑磨損引起的結垢

在重油催化裂化生產裝置中催化劑經過長時間使用以后，受到流體力的推動作用使得催化劑顆粒表面會發生磨損，磨損會產生大量的細粉，相互之間的磨損使得催化劑顆粒的粒度也會相應地變小，粒度的變小也會加劇磨損過程，從而導致煙氣中形成了高濃度的催化劑細粉。

1.2.3 重組分粘附引起的結垢

4）花芽分化。大櫻桃花芽分化時間較早，一般從幼果期開始，確切的時間是落花后20～25天，至落花后80～90天基本結束，不同品種間稍有差異。由于花芽分化與果實生長同步進行，故此期對養分需求量很大。正常情況下，大櫻桃每朵花只分化1個雌蕊，但在夏季高溫干燥時，1朵花可以分化出2～4個雌蕊，第2年開花結果后，能結出2～4個果連在一起的畸形果。為了促進花芽分化，在櫻桃花后就要及時補肥澆水，同時在夏季高溫干燥時可采取搭遮陰棚、噴水、覆蓋等措施，提高花芽分化質量，減少來年畸形果的數量。

在煉油化工生產裝置中，重油催化裂化生產過程中存在的一些重組分因為難以裂解存在煙氣中，這些難以分解的重組分在水蒸汽、粉塵、靜電等外界因素的影響下，會吸附在管壁或者煙機葉片上，隨著時間的累積，當結垢物尺寸成長到一定尺寸時就會導致機械設備的損壞。

1.2.4 設備原因引起的結垢

重油催化裂化裝置中三級旋風分離器如果生產負荷過重，便會降低其工作效率，從而使得高濃度的粉塵導致增加結垢的速度。

影響三級旋風分離器效率降低的主要原因有以下兩個方面。

（1）剛投入生產裝置使用的再生劑或者催化劑濃度較高，顆粒粒度較大，加大了能量回收系統中三級旋風分離器的生產負荷，使得催化劑微粒沒有完全與煙氣分離，從而導致引起結垢。

（2）再生器旋風分離器的工作效率下降也是影響三級旋風分離器效率下降的主要原因。設備的低工作效率使得再生器排出來的煙氣中含有一定量的催化劑，并導致流經煙機的煙氣中含有大濃度的顆粒，顆粒的沉積與粘附加劇了煙機的結垢現象。

2 降低催化劑結垢過程的措施分析

（1）使用催化劑阻垢劑抑制金屬表面結垢，或者采取沖刷催化劑結塊的物理措施。

（2）對催化劑顆粒粒度進行監測，調整保持一定的三級旋風分離器工作效率，其效率不可過低、也不可過高，工作效率過高會導致催化劑微塵粒度過小，與煙氣、水氣相結合易發生結垢現象。

（3）控制重油催化裂化裝置中催化劑與生產原料的金屬含量在標準范圍內，降低鎂、鈣、鈉、鐵等金屬化合物雜質的含量。

（4）優化操作煙機工況，確保無過量或者多余蒸汽進入反應—再生系統，提高再生器旋風分離器的再生效果。通過優化反應條件減少催化劑微粒的產生，降低催化劑細粉中膠質的粘連，同時采取措施控制減少煙氣中一氧化碳的含量，避免由于一氧化碳發生歧化反應在表面形成灰垢或黑垢。

3 煙機動不平衡故障原因分析及解決措施

該類故障的主要表象是煙機的轉子動平衡被破壞，致使機組振動幅度超標，振動劇烈時會致使機組停機進行檢修。

3.1 煙機動不平衡故障原因分析

例如，某年重油催化裂化裝置煙機發生機組劇烈振動，造成停機檢修。

對煙機進行現場檢查，沒有發現軸承箱支架等地腳螺栓等松動的現象，初步判斷引起機組振動主要原因為動平衡被破壞。通過煙機振動的數據與三級旋風分離器出口處粉塵含量數據的對比分析，發現煙機的振動值是隨著煙氣中粉塵濃度的增加而逐步增加，通過分析判斷為沉積的結垢物使得煙機旋轉的動平衡被破壞。停機后檢修拆出的轉子，發現存在催化劑粉塵粘附的情況，并在轉子兩級動葉之間的靜葉上存在不均勻分布的燒結的催化劑硬塊，說明煙機在運轉過程中存在有粉塵堆積引起的動不平衡狀態，導致了煙機的劇烈振動故障。

最終得出的結論是，由于煙氣中含有大量的催化劑粉塵，粉塵粘附并磨損葉片，從而破壞了煙機轉子的動平衡狀態，引起煙機振動過高發生機械故障。

3.2 煙機動不平衡故障解決措施

（1）為了降低煙機運行過程中煙機振動值，就要盡量減少煙氣中催化劑細粉的含量，使其在轉子上粘附的粉塵越少越好，這樣在粘附物脫落過程中就會減少轉子所受的不平衡力。

（2）采取其他措施減少從粉塵粘附到脫落這一周期的時間，使這些粉塵粘附物盡早地脫落下來，使煙機轉子保持動平衡狀態，從而有效地控制煙機振動值保持在允許的范圍內。

（3）在煙機開機后，可以調整輪盤冷卻蒸汽量和煙氣量，優化操作工況。比如在開機時選擇控制輪盤冷卻蒸汽量，就是提高輪盤冷卻蒸汽量在一定范圍內，可以起到降低煙機振動值的作用。

（4）安裝使用催化劑顆粒激光在線監測系統，可以及時有效地掌握煙氣中所含催化劑顆粒粒度的濃度、粒度分布情況，通過實時檢測數據判斷三級旋風分離器的分離效果，以減少催化劑粉塵的含量，保證煙氣的質量。

3.3 磨損及葉片斷裂故障原因分析

煉油化工重油催化裂化裝置中的再生煙氣，主要是以含有催化劑粉塵為主的煙氣。催化劑粉塵隨著煙氣一起通過煙機的高速旋轉葉片，一直以很高的速度沖刷著煙機流道，在高溫的條件下，煙氣粉塵對煙機轉子的磨損更加劇烈，榫槽、臺肩、葉片等通常是磨損最為嚴重的部位，隨著時間的累積經常會出現刀刃狀的劃痕，在沖蝕嚴重時甚至會呈現出蜂窩狀，磨損嚴重影響著煙機的動平衡狀態。

當煙機葉片被煙氣均勻沖刷時，粉塵磨損對煙機轉子的平衡影響不大，而當煙機葉片出現不均勻磨損時，轉子的動平衡狀態遭到破壞，機組振動幅度呈上升狀態。葉片沖蝕狀況隨著時間日益加劇，導致葉片受損更加嚴重，伴隨著機組振動幅度逐漸增加，在長時間振動產生的交變應力作用下受損的葉片極為容易發生斷裂故障，葉片的突然斷裂又會使煙機的轉子動平衡狀態遭到嚴重破壞，使得機組振動值大幅增加，致使機組不能正常運行，此現象發生時必須停機進行檢修。

4 結束語

煙機是重油催化裂化裝置能量回收系統的核心設備，也是煉油化工生產裝置節能效果最明顯的大型機組，其能否正常運行不僅影響到裝置的生產能力和長周期運行，而且直接關系著整個重油催化裂化裝置的能耗水平。因此，應采取各種措施減少機組的振動、提高煙機的工作效率，這對于降低裝置能耗起著重要作用。