催化裂化煙機振動異常的分析及處理

夏亞中

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362141）

煙氣輪機是催化裝置最主要的能量回收設備，其主要作用是利用再生煙氣的熱能和壓力能膨脹做功以帶動主風機運行。由于它是和主風機同軸連接運行，其運行平穩將直接影響到整個催化裝置的長期穩定運行。因此，煙氣輪機是催化裂化裝置最關鍵的設備之一。但因煙機工作介質中含固體顆粒，且運行溫度較高650～700℃，對氣固分離技術、高溫合金材料、耐磨涂層材料有很高的要求，也就造成煙機工作狀況的不穩定性，使煙機故障頻發。煙機非工藝性故障停車的原因大多是由于振動超標，引起振動超標的原因有很多。而這其中很多故障停機是因為煙機轉子動平衡遭到破壞引起的。總結工作中遇到的故障實例，催化劑細粉堆積和結垢及催化劑顆粒對煙氣輪機轉子的沖刷是破壞煙氣輪機轉子動平衡的重要原因。

1 煙機的布置及性能參數

YL24000C型煙氣輪機是為中化泉州石化有限公司340萬噸/年重油催化裂化裝置能量回收系統所設計的單級煙氣輪機，用于同軸三機組。其主風機組配置為煙機-主風機-電動發電機三機同軸布置,煙機型號為YL-25000C、主風機AV80-13，齒輪箱型號GD-63，電動發電機YKS1120-4TH。其中煙氣輪機為蘭州石油化工機械廠設計生產，型號為YL-25000C，功率24900kW、流量5288NM3/Min，轉速4200r/min。

2 煙氣輪機振動情況分析和處理

2.1 煙機輪盤粉塵堆積

在煙機的使用中，一般采用過熱蒸汽或飽和蒸汽冷卻、吹掃煙機輪盤。高溫的煙氣混有較低溫度的蒸汽時，或吹掃蒸汽本身就帶有不飽和蒸汽時，在水分凝結的作用下，煙氣中的粉塵會大量附著在煙機流道及葉片上，當大量粉塵堆積不均勻時將直接影響轉子的動平衡，使煙機振動增加。我們請專業測振人員監測并未發現機組振動有實質性的性能改變，對煙氣中粉塵含量的分析發現煙氣中粉塵含量一般都在120mg/m3，經分析因該機組剛開機不足半年，而煙機葉輪材質都是耐高溫合金并有耐磨涂層，不會短時間粉塵含量超標就導致葉輪磨損，因此判斷是煙機葉片上沾有催化劑導致輪盤有輕微的不平衡引起的振動，而且運行時間越長煙機葉片上催化劑越多，平衡破壞越厲害，所以振動值一路上升。

2.2 煙機結垢理論及結垢后振動升高的處理措施

在煙機的使用中，一般采用過熱蒸汽或飽和蒸汽冷卻、吹掃煙機輪盤。高溫的煙氣混有較低溫度的蒸汽時，或吹掃蒸汽本身就帶有不飽和蒸汽時，在水分凝結的作用下，煙氣中的粉塵會大量附著在煙機流道及葉片上，催化劑粉塵中含有的Ca、Fe、磷在500～640℃形成低熔點的硫酸鈣、磷酸鈣等化合物和催化劑粉塵堆積后高溫烘烤形成堅硬結塊，在高速旋轉的煙機輪盤和葉片上如果部分結塊脫落后將直接影響轉子的動平衡，使煙機振動上升。在運行中處理煙機輪盤結垢的機理：因煙機輪盤上粉塵堆積結垢的熱膨脹系數和煙機葉輪的熱膨脹系數是不一樣的，因此我理論上可以通過短時間降低煙機輪盤溫度，使垢塊和煙機葉輪因膨脹系數不同而剝離，從而達到清除煙機輪盤上的粉塵和垢塊的目的。于是要求運行人員開大煙機輪盤冷卻蒸汽用量，輪盤冷卻蒸汽量由700kg/h增大至1000kg/h，大量蒸汽吹掃煙機輪盤，煙機輪盤溫度從330℃左右迅速降至270℃左右，吹掃2個小時后再將蒸汽用量降至正常值。

3 結垢原因分析

3.1 調研中石化11家17套催化煙機結垢情況及原因，分析對比（如表1）

（1）泉州石化煙機入口粉塵含量120mg/m3，催化劑各項指標都在規定范圍內，性能非常穩定良好。

表1

（2）平衡催化劑中Fe、Ni、Ca等金屬元素含量。Fe、Ni、Ca等金屬含量越高，催化劑細粉越易粘連結垢,表2為泉州石化和其它煙機結垢廠家平衡劑金屬含量對比，從表上清楚發現我司催化劑金屬含量不高。

表2

3.2 蒸汽帶水的影響

當煙機輪盤冷卻蒸汽溫度低或帶水時，由于直接與煙機轉子接觸，很容易造成水擊，而且易造成煙機輪盤局部溫度變化過大，使各部位膨脹不均勻，造成葉片松動和催化劑堆積等，由此影響機組的動平衡，導致機組振動增大。在6月4號早晨8點左右煙機振動最大值VE11211X由44μm快速上升至59μm左右，而且振動呈現波浪形式帶有周期性，經過多方面檢查分析發現煙機輪盤溫度大幅下降，1.0MPa蒸汽現場溫度表指示180℃，這就非常明顯是因蒸汽溫度偏低帶水使煙機輪盤動平衡破壞，從而使煙機振動快速升高。找到問題的根源后立即要求蒸汽脫水并提高1.0MPa蒸汽溫度至260℃以上，并且將煙機輪盤冷卻蒸汽量增大，由正常的700kg/h提升到1000kg/h，將沾在煙機輪盤上的催化劑細粉吹掃下來。在輪盤冷卻蒸汽溫度提高并增加冷卻蒸汽量吹掃后，煙機振動最大值迅速由59μm左右下降至45μm左右（3線為煙機振動值），一直運行至今仍然維持在44～47μm左右且非常平穩。

4 改進措施

4.1 嚴格控制煙機入口粉塵含量

煙機入口細粉濃度高是煙機結垢的根本原因，所以在工藝操作上要求控制再生系統操作壓力平穩及旋風分離入口線速穩定，在改變燒焦風量時多次小幅度調整，避免主風量大幅度波動引起催化劑床層線速突漲突降導致煙氣粉塵含量超標。對于頻繁結垢的煙機來說需建立煙機入口催化劑濃度和篩分分析臺賬，對涉及降低催化劑細粉含量的工藝調整，催化劑配方調整等，都應對煙機入口粉塵含量和篩分成分進行分析，摸清煙氣輪機結垢機理，開展煙機結垢預防工作。

4.2 提高煙機輪盤冷卻蒸汽品質

在煙機輪盤冷卻蒸汽管線上增設汽水分離裝置，加強蒸汽排凝點的脫水工作，同時控制好輪盤冷卻蒸汽溫度，目前本裝置是用過熱中壓蒸汽通過減壓器后引入1.0MPa系統，使煙機輪盤冷卻蒸汽溫度控制在260℃以上，沒有中壓蒸汽減低壓蒸汽的裝置可以直接引一條中壓蒸汽線進入輪盤冷卻1.0MPa蒸汽線混合使用，煙機輪盤溫度控制在325～340℃左右。

4.3 提高煙機輪盤溫度

將煙機輪盤溫度由325℃提高至345℃左右，進一步減少蒸汽進入煙機的量，減少煙氣中的水汽含量，在減緩了煙機輪盤積垢以外還節約了大量的冷卻蒸汽用量，約400kg/h。

5 效果和結論

通過以上多種措施的實施，機組振動有了明顯的好轉，自2014年3月開機至2017年12月份連續運行3年8個月，且非常平穩，為公司每年節省的費用超過3000萬以上。多次煙機振動處理的實例說明，日常生產中煙機振動很多時候都是因煙機輪盤上催化劑結垢不均勻和垢塊脫落所形成的動不平衡引起的，而催化劑結垢明顯與煙氣中粉塵含量以及煙機輪盤冷卻蒸汽的品質有關，所以需在日常生產和設備管理中做好預防工作，解決好煙氣中粉塵含量及煙機輪盤冷卻蒸汽的品質控制等問題，把煙機故障消滅在萌芽狀態，為今后的大機組設備的管理積累了經驗，是保證設備連續、安全、可靠、高效和經濟運行的重要技術手段。