催化裂解裝置煙機長周期運行實踐策略及效果

劉曉成，劉欣宇

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315800）

0 引言

在國內石油煉化企業中，催化裂解裝置是石油煉化生產工藝流程的龍頭，其中煙氣輪機（簡稱 “煙機” ）作為DCC 裝置長周期運行能量回收三機組中的最大節能設備（三機組工作原理為利用煙氣的壓力能和熱能膨脹做功，轉化動能驅動主風機運行，來降低電機所消耗的電能），只有煙機運行時間越長、能量回收率越高，裝置節能效果才能越顯著。據不完全統計，目前國內同行業DCC 裝置煙機平均運行時長約為182 天，能量回收轉換率在70%左右。因此，如何實現煙機長周期運行成為行業內一直研究攻關的課題。

1 背景介紹

該裝置煙機自2016 年6 月首次開工投入運行，2016 年10 月開始出現較為明顯的振動，最大幅值48.00 μm，12 月最大幅值已上升至55.56 μm，2017 年2 月最大幅值高達68.00 μm，超過設計的高報值（65.00 μm）。每次振動從開始上升到下降再到正常值持續約20 min，具體數據如表1 所示。

表1 機組運行參數

該裝置煙機運行僅半年時間，已經頻繁出現振動幅值升高，峰值高達68.00 μm，給煙機的長周期運行帶來了極大的挑戰。

2 處理措施

2.1 降低煙機入口粉塵濃度

根據煙機實際運行工況，深刻認識到維持煙機長周期運行才是最有效的節能方式之一 ，而煙機結垢是制約長周期運行最重要因素之一，高濃度的催化劑細粉又是結垢的最主要因素[1]。因此，降低煙氣中的粉塵濃度是減少結垢的有效措施。

結合煙機入口粉塵濃度的變化趨勢，經過對影響粉塵濃度的各個工藝參數進行分析得知，每次進行油漿泵切換后的48 h 內，粉塵濃度都會有逐步升高后又下降的波動，趨勢如圖1 所示。油漿泵在停機預熱時，大量粉塵積聚在入口管線，機泵切換時通過回煉油漿進入反再系統，導致煙機入口濃度升高。經過理論分析，結合反復實踐總結，進行如下調整：

圖1 油漿泵切換頻次調整前后煙機入口粉塵濃度變化趨勢

（1）將油漿泵切換頻率提高（每月1 次更改至每月2 次），且適當降低預熱溫度（由300 ℃降為290 ℃），從而減少在備泵入口催化劑細粉堆積量。

（2）降低油漿回煉量，增加油漿外甩量，減少催化劑粉塵進入反再系統的量。

（3）提高再生器壓力，將雙動滑閥開度由3%調整至0.5%，為防止閥板卡塞，定期開關活動。

（4）充分密封旋風器料腿，提高再生器藏量；控制一級、二級旋風分離器入口線速分別在17～19 m/s、22 m/s，確保粉塵濃度≤200 mg/m3。

通過以上一系列措施后，煙機入口粉塵濃度有了較為明顯的降低，峰值從初始215 mg/m3下降至171 mg/m3，如圖1 所示。

2.2 平穩煙機輪盤溫度

煙機輪盤溫度控制指標范圍一般為320 ～350 ℃，但是該裝置輪盤冷卻蒸汽波動幅度高達50 ℃，如圖2所示，嚴重影響煙機的運行穩定[2]。結合改造前流程分析，主要原因是受280 ℃、1.0 MPa 管網蒸汽影響。正常情況下，輪盤冷卻蒸汽和煙機密封蒸汽均為減溫減壓后330 ℃、1.0 MPa 蒸汽提供，當除氧器用汽量增大時，減溫減壓后330 ℃、1.0 MPa 蒸汽減少，輪盤冷卻蒸汽將混合部分280 ℃、1.0 MPa 蒸汽進入輪盤系統，導致輪盤溫度迅速下降；反之，煙機輪盤溫度快速上升。采用提高減溫減壓后330 ℃、1.0 MPa蒸汽量，來應對除氧器用汽量變化帶來的沖擊。但是，由于1.0 MPa 蒸汽管線管徑DN600，導致減溫減壓蒸汽量增加較慢，并且會增大裝置能耗，不易控制。針對工藝流程進行改造，如圖3 所示，新增一臺減溫減壓器M-504，輪盤冷卻蒸汽單獨由經過減溫減壓器后的蒸汽提供，除氧器用蒸汽和煙機密封用蒸汽均由1.0 MPa 蒸汽管網提供。這樣既降低了3.5 MPa 蒸汽的消耗，同時也保證了煙機用蒸汽的溫度平穩可控，為煙機的平穩運行創造了良好的條件。

圖2 蒸汽流程改造前輪盤冷卻蒸汽溫度變化趨勢

圖3 改造后蒸汽流程示意圖

在保證煙機輪盤溫度的同時，減少輪盤冷卻蒸汽量，控制輪盤冷卻蒸汽量由1 100 kg/h 減少到800 kg/h（根據煙機設計文件中輪盤冷卻蒸汽用量最小控制量）。在檢修煙機的解體檢查中，未發現輪盤葉根部位和一、二級輪盤之間的死區有明顯垢層。改造后輪盤溫度變化更平穩，易于控制，并且低控輪盤冷卻蒸汽用量，減少粉塵沉積。通過以上措施后輪盤溫度控制較穩定，如圖4 所示。

圖4 蒸汽流程改造后輪盤冷卻蒸汽溫度變化趨勢

2.3 定期吹掃煙機密封面

隨著運行時長的推移，會導致催化劑細粉在蜂窩密封處堆積，達到一定厚度后就會造成轉子與堆積的垢層擦碰，導致振動間歇升高。通過數據分析對比，結合在線狀態監測診斷技術和操作實踐效果得出：間斷提高煙機氣封密封蒸汽的壓力和流量，能有效減緩煙機振動。每運行8 h 進行一次，每次持續半小時將煙機密封蒸汽壓力提高至68 kPa，對蜂窩密封處進行吹掃，防止煙氣中的催化劑在蜂窩密封處堆積，造成轉子的摩擦振動；同時煙機底部排空采取煙氣長排的方式，防止催化劑粉塵在機殼底部沉積引起的動靜部件的摩擦振動。在調整過程中需要注意，密封蒸汽壓力不能高于密封風壓力（80 kPa），防止出現密封失效；且吹掃時間不宜太長，以免長時間大流量的蒸汽對密封面造成沖蝕。

2.4 嚴控煙機入口溫度

為保證煙機安全運行，嚴格控制入口溫度≤700 ℃。DCC 煙機因其操作特點，易造成高溫運行，主要表現為煙氣溫度高、負荷大、使用富氧再生模式會增加控溫難度。因此，實施了以下措施控制入口溫度：

（1）通過DCS 系統設置溫度報警預警，當溫度接近上限時發出警報；

（2）當出現高溫跡象時立即采取措施，加注CO 助燃劑，減少尾燃；適當增加主風量，改善燒焦效果；

通過以上控制措施，未出現尾燃超溫現象，煙機入口溫度均控制在690 ℃以下。

2.5 優化機組日常管理工作

潤滑系統的良好運行是設備長周期穩定運行的基礎。操作應嚴格控制潤滑油溫度在37～39 ℃，確保油膜保護的最佳效果；嚴格執行三級過濾，定期分析潤滑油質量，實行 “按質換油”[3]。

機組的聯鎖系統是裝置非正常工況下保護機組的關鍵，而機組特閥又是執行聯鎖動作的關鍵。因此在開機前一定要對機組特殊閥門進行反復調試，確保閥門靈活好用，同時要按照聯鎖調校方案對機組聯鎖逐一進行模擬調試，確保聯鎖動作準確到位。

2.6 細化檢修工作

煙機在計劃停工檢修時，檢修質量高低是決定煙機能否長周期平穩運行的關鍵，為此，必須進行全面細致的檢修并更換磨損件[4]，主要包括以下方面：

（1）檢修轉子和輪盤。徹底清潔轉子葉片和輪盤，去除積累的粉塵垢層；使用專用工具檢查轉子葉片和輪盤，發現磨損或開裂部位后，必要時替換磨損嚴重的轉子葉片和輪盤部件；做動力平衡試驗，確保轉子在運行時處于良好的動力平衡狀態。

（2）檢修密封設備。檢查密封葉片和密封帶是否出現裂紋；清洗密封設備，去除積聚物；及時更換磨損或老化的密封部件；測試密封能力，確保滿足運行要求。

（3）檢修靜、動部件。徹底清洗靜、動所有部件，除去污垢；仔細查看每一個部件，發現裂紋、擦傷和老化跡象后，更換磨損嚴重的軸承、齒輪箱和齒輪組件；補充潤滑劑，確保各部位潤滑充分。

（4）全面除塵。使用專業工具徹底吸盡煙機內所有的粉塵；拆卸煙機部件徹底除塵清潔。

3 工作成效

3.1 實現了煙機的長周期運行

通過上述操作調整，煙機平穩運行兩個周期未出現振動升高，也未發生故障停機，創造了DCC煙機連續運行912 天。同時，避免了煙氣中攜帶的催化劑細粉使煙機振動增大且無法正常運行、需要切換備機情況的發生，經濟效益顯著，節省電費125.0 萬元、減少停產損失937.5 萬元，節約維修費用50.0 萬元，共計節省費用1 112.5 萬元。

3.2 改善了機組的運行環境

通過流程改造，提高了煙機輪盤冷卻蒸汽質量，保證了煙機輪盤溫度穩定，有效降低了煙機結垢的可能，為煙機的平穩長周期運行創造了條件，取得了巨大經濟效益，僅煙機切除一次檢修，即可節約檢修費1 112.5 萬元。同時，此科技項目的研究實施不僅延長了裝置的平穩運行周期，而且從中取得了寶貴的煙機操作經驗。

3.3 在同行業中可進行大規模推廣

綜上所述，催化裂解裝置煙機長周期運行策略的成功實踐表明，該策略并不局限于某一過程，而是從煙機生命全周期進行考慮。經過系統性分析影響煙機長周期運行各因素，全面分析研判可操作性和安全性后，有針對性地提出了可有效抑制煙機結垢、磨損的各項操作方法，從而延長煙機運行生命周期和提高做功效率，達到節能效果。

上述DCC 工藝中煙機長周期運行的操作技術和經驗，可在國內在用或在建的所有催化裂解裝置中推廣應用，并適用于同行業中大型催化裂解裝置能量回收三機組。

4 結語

煙汽輪機是DCC 裝置的核心機組，本文通過不斷摸索、探究、總結出一套有助于煙機長周期平穩運行的有效措施，創新性地提出了采用煙機密封差壓升高、降低來反吹蜂窩密封的新操作方法。另外，降低輪盤蒸汽流量控制輪盤溫度和優化操作控制煙氣質量措施，對抑制煙機葉片結垢、葉頂磨損均有較好效果，進一步提高了煙機做功效率，突破原先只顧追求節能，而忽視煙機長周期運行的思維定式，為裝置長周期運行提供了保障。