煙氣輪機結垢分析與干預

王秋菊

大連職業技術學院 遼寧大連 116035

煙氣輪機結垢分析與干預

王秋菊

大連職業技術學院 遼寧大連 116035

通過對重油催化裂化的能量回收機組長期的監測分析，總結了煙氣輪機催化劑結垢的振動分析方法，并且把分析方法應用于煙機運行中，采取相應的干預措施，提高了煙機運行的周期。

煙氣輪機；振動監測；故障診斷

煉油設備中，催化裂化(FCC)裝置的能量回收機組因其獨特的結構和運行工況條件，要想達到“安全、穩定、長周期、滿負荷、優質”地運行，并非易事。特別是煙氣輪機組的狀態監測和故障診斷分析工作就顯得尤為突出。怎樣用振動監測的手段來實時掌握煙機內部的狀況，是機械故障診斷學科一直研究的課題。究其原因，煙機作為熱機又不同于汽輪機，其工作介質為氣固兩相流，對煙機的轉子，輪盤和葉片沖蝕結垢等影響很大，沖蝕直接破壞葉片輪盤；結垢雖然不直接破壞轉子，但結垢會破壞轉子的動平衡，引起轉子失穩。筆者對煙機進行全方位的長期監測分析，總結了煙機催化劑結垢的分析方法，并討論了防治對策。

1 煙機簡介

筆者以某廠350萬噸／年重油催化裂化聯合裝置中的能量回收機組中的煙機為研究對象，該煙機為引自美國Dress-Rand公司36000kW的E-156型單級透平機組。E-156煙機為懸臂結構，工作介質為煙氣(主要成分是焦炭微粒、催化劑粉塵及CO，CO2，O2，N2和H2O氣體)的氣固兩相流。煙機主要工作過程是絕熱過程完成膨脹，高溫高壓煙氣焓降很大，能量轉化為機械能以及發電機發電，其主要技術參數見表1：

表1 煙氣輪機主要技術參數

2 煙機的監測方式

2.1 相對振動監測

煙氣輪機(簡稱煙機)組相對監測方式如圖1所示。在①到⑩軸承上安裝了非接觸式的電渦流傳感器，實時采集轉子的位移信號。軸承①處兩徑向通道互成90°角，與水平中分面成45°角，信號1V1X、信號1V1Y兩個通道，其他軸承同理。在煙機的軸向有軸向位移信號1V2Z。

圖1 FCC能量回收機組監測方式

2.2 絕對振動監測

煙機絕對振動監測方式，軸承箱體絕對振動測點分布如圖2所示。

圖2 煙機絕對振動監測

通常在做振動分析時要依據振動的大小繪制振動分布圖即振型分析圖，如圖3所示。振型分析圖是先按照測點的振動值大小和方向繪制有向線段，之后用平滑的虛線連接，根據振動的趨勢，把虛線的收斂端延長交匯到一點，一般該點振動值最小(振動烈度值為0)稱為振動鉸節點。

圖3 煙機絕對振動振型分析圖

3 E-156煙機監測過程

筆者對某廠的350萬噸/年重油催化裝置的E-156煙機進行了長期的振動監測，中間2次解體進行處理，同時也印證了振動監測分析的結果。

煙機開機后大約半年之內,絕對振動不斷增加,如圖4所示,主要是工頻的增長。絕對振動已達22mm/s,不得不停機進行檢查。

圖4 煙機1H測點絕對振動趨勢圖

與此相應的相對振動的趨勢如圖5所示，相對振動的趨勢表現出一定的無規則性，但是其變化主要是工頻變化引起的，有時出現了絕對振動很大，相對振動反而減小的情況。

圖5 煙機1V1X信號相對振動趨勢圖

煙機大渦殼的絕對振動趨勢如圖6所示，表現得與1H測點的絕對振動趨勢有很明顯的一致性。

圖6 煙機大渦殼絕對振動趨勢圖

因為絕對振動傳感器的振動速度頻響范圍是10～1000Hz，而加速度頻響范圍可以達到10kHz，葉片通過頻率是62.5Hz×63=3937.5Hz，所以測量1H測點的加速度，可以得到葉片通過頻率的振動幅值，其趨勢如圖7所示。

圖7 煙機1H測點絕對振動加速度葉片通過頻率趨勢圖

對圖7中的12/2(結垢嚴重時)測量值進行頻譜分析如圖8所示，葉片通過頻率幅值比剛開機小了，通過頻率兩側出現很大頻率范圍的諧波，因為結垢的不均衡性，振動能量也分散了。

圖8 煙機1H測點頻譜(結垢嚴重)

煙機停機解體后，發現在動葉片頂，導葉之間，動葉間結滿了催化劑，且動葉頂與V帶有明顯的碰摩痕跡。催化劑結垢如圖9所示。

圖9 催化劑在煙機動葉間形成的結垢

對圖7中12/4(清掃后重新開機)測量值進行頻譜分析，結果如圖10所示。葉片通過頻率主要集中在葉片通過頻率上。

圖10 煙機1H測點頻譜(清掃后重新開機)

對煙機振動畫出振型圖，發現振動鉸節點在不斷地、無規則地變化。對以上分析的總結見表2：

表2

4 催化劑結垢過程的干預

4.1 催化劑結垢過程的干預措施

(1)控制催化裂化原料和催化劑的金屬含量。

(2)監測催化劑粒度,調整三旋效率不可過高也不可過低,過高導致微塵粒度過小,在10um以下,易結垢，但與水汽相結固、氣(水氣、煙氣)相結而成結垢。

(3)優化煙機工況：煙機輪盤蒸汽要確保過熱度，避免水蒸汽中含有Ca，Mg，Fe，Na等化合物雜質；提高再生效果，減少催化劑細粉中膠質的粘連。部分再生裝置應優化再操作條件和催化劑進口位置，同時控制煙氣中CO的含量，避免由于CO發生歧化反應形成黑垢或者灰垢。

(4)向煙機打入核桃皮，沖刷催化劑結塊。

4.2 催化劑結垢過程的干預

將上述干預措施與振動監測相結合，取得最優的運行數據，確定個性化的正旋效率控制方案。通過長期的振動監測，基本上掌握了該E-156煙機的工況優化參數，使煙機的運行周期由半年提高到1年，目前運行基本穩定，振動也沒有明顯的上長趨勢。

5 結束語

重油催化裂化時催化劑在煙氣輪機內部結垢會嚴重影響煙機的運行,運用振動監測與故障分析的方法,對煙機內部催化劑結垢的情況進行分析,同時及時調整工況和其他干預措施,可以提高煙機運行的周期。

[1] 黃文虎.設備故障診斷原理、技術及應用[M].北京：科學出版社，1996

[2] 盛兆順，尹琦嶺.設備狀態監測與故障診斷技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2003

Analysis and intervention of scale formation in fl ue gas turbine

Wang Qiuju
Dalian vocational technical college, Dalian, 116035, China

Vibration analysis of catalyst scale formation in fl ue gas turbine is summarized by monitoring energy recovery sets in heavy oil FCC for a long time. The analytical method is used in the fl ue gas turbine. Some appropriate measures are taken and the running cycle of the turbine is improved.

fl ue gas turbine; vibration monitoring; fault diagnosis

2010-12-13

王秋菊，碩士，講師。