煙機在線除垢實驗對比分析

顧國威，楊程，王聰

（遼寧石化公司油化廠，遼寧 遼陽 111000）

YL23000B型單級煙氣輪機是中國石油某公司 220萬噸/年重油催化裂化裝置項目中能量回收機組的關鍵設備，由中國石油渤海裝備蘭州石油化工機械廠設計制造。機組于2018年9月14日13:50首次開機，運行至今。

2019年，催化裝置大檢修后，隨著運行時間的增加，煙機結垢趨勢增加，煙機輸出功率逐漸降低，主風機電機電流逐漸上升，電機功耗持續增加，電機電流上升最高達到500A、電機功率達到7000kW，且雙動滑閥開度逐漸增大，最大開度24%，通過對比分析，判斷煙機內部存在結垢現象，且大量煙氣流失，能量未能進行回收，極大影響了催化裝置的經濟效益。同時，大量煙氣長時間通過雙動滑閥，導致雙動滑閥襯里沖刷、磨損嚴重，雙動滑閥閥體外壁出現過熱點（超過500℃），不得不對閥體外壁進行貼護板處理，嚴重威脅裝置長周期安全運行。2019年11月26日，煙機進行了第一次煙機在線除垢，取得了明顯的效果，煙機做功效率有明顯提升，主風機電流從354A下降至159A，主風機電機功率從4514kW下降至1144kW，但煙機振動最大值從40μm上升至50μm。

2020年2月11日，嘗試進行了煙機第二次在線除垢，此次除垢重點是試驗在裝置不降低負荷、主備風機不切換的情況下，只通過關閉煙機入口調節蝶閥改變煙氣流場的方式進行擾動除垢，檢驗能否達到除垢效果。試驗過程中，蝶閥開度從70%關至28%,煙機溫度從697℃下降至680℃，全過程歷時3h，主風機電流從170A下降至157A，功率從1382kW下降至-1009kW，進入發電工況，雙動滑閥開度從9%下降至4%。

2020年3月25日，YL23000B進行了第三次煙機在線除垢，全操作過程用時12h。25日凌晨5點整，催化裝置開始降量運行，處理量從245t/h逐漸降低至200t/h，7點03分備機啟動，8點整，主備風機完成切換，備用主風機開始提供風量，主風機切出系統，煙機入口調節蝶閥PV1103C開始逐漸關閉。按溫度變化不超過80℃/h，煙機開始降溫除垢。下午14點01分，煙機入口調節蝶閥閥位關閉至2%，煙機溫度達到最低溫度475℃，第一次成功達到500℃以下，煙機降溫除垢完成，開始升溫。16點30分，切換回主風機組運行，17點，備用主風機準時停機。通過除垢后，裝置主風機組電機運行電流由315A下降至149A，電機功率由5000KW下降至284kW，雙動滑閥開度由16%下降至5%，除垢效果顯著。因電機功率貼近齒輪箱臨界工況，故未安排煙機進行發電。煙機振動最大值從平均40μm上升至平均50μm，最高54μm。對比第一次煙機除垢前后數據，機組運行狀態與當時相似，其振動增長及波動均在允許范圍內。煙機貓爪上抬間隙值在煙機溫度下降期間逐漸變大，最大間隙值達到3mm（除垢前最大2.7mm），于3月26日進行復測，最大間隙值下降至2.65mm。

2020年3月31日14點進行了煙機第四次在線除垢，這次煙機除垢與第二次試驗過程相同，不切換主備機情況下開、關兩次煙機入口調節蝶閥改變煙氣流場的方式進行除垢，與第二次除垢的區別是除垢結束后固定了雙動滑閥PV1103B的閥位為2.5%，PV1103A閥位投自動，通過對比除垢前后PV1103A的閥位大小來準確判斷除垢效果。除垢前雙動滑閥閥位為10%，主風機風量4250Nm3/min除垢后雙動滑閥閥位為8.5%，主風機風量為4280Nm3/min，除垢取得了一定效果。

1 四次煙機在線除垢對比分析

1.1 煙機除垢前后參數對比（功率、電流、雙動滑閥開度）

2020年3月31日進行的除垢試驗可以看作第三次除垢的補充。2020年3月25日進行了煙機第三次在線除垢，本次煙機除垢過程與第一次除垢過程基本一致，不同點在于通過工藝調整本次煙機最低溫度首次達到500℃以下，且沒有反復開關蝶閥進行升溫、降溫，溫度降低到475℃后直接開始升溫至690℃。除垢后對各參數進行分析，第一次除垢效果最明顯。另外，從目前雙動滑閥的開度來看，可以判斷煙機靜葉部位也有結垢的情況出現，導致煙機的流通面積變小，因此，此次除垢效果不如第一次。四次煙機在線除垢關鍵參數對比如表1。

表1 四次煙機在線除垢關鍵參數對比

1.2 煙機振動值對比

第三次煙機除垢過程中，由趨勢圖可以看出，煙機振動值整體呈上升趨勢，機組除垢前振動值范圍為38～45μm，除垢后隨生產調整，振動值上升，3月26日22點左右穩定于44～50μm。煙機分時工頻分量峰值 12.3～ 12.8μm，分頻分量峰值 9.8μm，倍頻分量峰值約4.5μm。對比除垢前，全頻值變化主要體現在工頻及分頻分量上。工頻分量變化表明轉子結垢脫落不均勻，平衡精度有所變化。分頻分量增大主要由生產波動導致。與2019年11月26日除垢前后數據進行比對，11月26日工頻分量為12.4～13.6μm，分頻分量峰值為8.4μm。因此，通過頻譜分析兩次煙機除垢變化基本一致。第四次煙機除垢過程中振動值有較明顯下降，振動值范圍在40～45μm，除垢后17點41分開始振動值稍有回升，19點穩定在45～52μm。

1.3 煙機貓爪翹起間隙對比

煙機貓爪翹起一方面原因是冷態時出口膨脹間隙預留過大，另一方面，由于煙機入口管線熱膨脹力增大，膨脹節不能完全吸收，造成管線力作用在煙機進氣錐上。由此可見，煙機出、入口管線熱膨脹量的變化是影響煙機貓爪間隙值和穩定運行的關鍵因素。

2019年11月26日，第一次煙機在線除垢后，貓爪最大間隙值從除垢前2.55mm上升至2.7mm，11月27日下降至2.55mmm，之后逐漸上升并穩定在2.7mm。2020年3月25日煙機在線除垢后，貓爪最大間隙值從2.7mm上升至3.0mm，3月26日下降至2.65mm，之后逐漸上升并在3月30日穩定在2.8mm，3月31日貓爪間隙下降至2.7mm。通過這兩次在線在線除垢對比說明，煙機貓爪間隙在每次除垢后都會有所上升，小幅度回落后將在一段時間內保持穩定。

1.4 煙機低點排凝水中垢樣對比

第一次在線除垢煙機低點排凝水內垢片體積更大，呈片、塊狀，顏色為暗紅色。而第三次在線除垢低點排凝水內垢以粉末形式存在，幾乎沒有成塊的垢片。分析認為這是由于在第一次除垢和第三次除垢期間，第二次除垢除掉了部分煙機內部表面浮灰，因此，沒有形成致密的硬垢片層。對比可以看出第一次煙機在線除垢效果更徹底一些，但增大的振動值也可以看出硬垢脫落時對轉子動平衡的影響。為了避免過大過多的硬垢脫落對轉子動平衡影響過大，定期通過煙機入口蝶閥及雙動滑閥協調開關模式在線除垢是必須的。

2 煙機除垢過程需改進部分

（1）在線除垢操作開始就對煙機各貓爪間隙值進行高頻次的測量記錄，至少每1小時進行一次，除垢操作結束后，將各貓爪間隙值制作趨勢圖，便于分析貓爪間隙變化的規律及變化加快部分的影響因素。

（2）除垢前，應對煙機入口管線滑動支撐、擺動支架、出口膨脹節等部位進行詳細標記，并詳細記錄煙機除垢過程中因溫度變化引起管線熱膨脹量變化的趨勢，并進行分析。

3 結語

建議采用兩種結合方式進行煙機在線除垢。方式一是根據雙動滑閥開度、煙機功率綜合評價，進行主機切除模式進行除垢，且結合四次除垢的成功經驗，將升、降溫時間延長，在溫度600～700℃內增加開、關煙機入口蝶閥次數的方法進行除垢。方式二是在切除煙機進行除垢的間隔七建，定期（暫定每月一次）通過調節煙機入口蝶閥及雙動滑閥協調開關模式來改變煙機煙氣流場，達到去除煙機內部浮灰的效果。通過在線除垢期間的煙機振動值變化，可以看出煙機在線除垢存在風險，一是無法判斷垢層脫落時間，二是無法判斷垢層脫落是否均勻；在不啟動備機進行切換運行時，煙機若突然脫落較大垢片，煙機振動值可能會突升，煙機存在振動聯鎖停機、裝置停車的風險，因此，在使用煙機在線除垢技術時，一定要做好風險分析和預防措施。