YL型煙氣輪機(jī)過渡襯環(huán)改進(jìn)設(shè)計(jì)

陳 榮

（1.渤海裝備蘭州石油化工機(jī)械廠，甘肅 蘭州 730060；2.甘肅省煉化特種裝備工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730060）

YL型煙氣輪機(jī)過渡襯環(huán)改進(jìn)設(shè)計(jì)

陳 榮1，2

（1.渤海裝備蘭州石油化工機(jī)械廠，甘肅 蘭州 730060；2.甘肅省煉化特種裝備工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730060）

本文通過分析YL型煙氣輪機(jī)過渡襯環(huán)原始結(jié)構(gòu)對(duì)煙機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的影響，提出了過渡襯環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)措施。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的過渡襯環(huán)不但能夠減輕催化劑結(jié)垢，保證設(shè)備的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且提高了回收功率。

煙氣輪機(jī)；過渡襯環(huán)；催化劑結(jié)垢；回收功率

一、引言

煙氣輪機(jī)是用于回收煉油廠催化裂化裝置中再生煙氣巨大能量的專用節(jié)能透平設(shè)備，是催化裂化裝置核心機(jī)組——主風(fēng)機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，在煉油廠催化裂化裝置上應(yīng)用煙氣輪機(jī)回收高溫?zé)煔饽芰渴加?0世紀(jì)50年代，1963年第一臺(tái)單級(jí)懸臂軸向進(jìn)氣的煙氣輪機(jī)在美國(guó)投入工業(yè)。它的工作原理是將具有一定壓力的高溫?zé)煔鈱?dǎo)入透平裝置，使再生煙氣的熱能、壓力能在透平裝置中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，來驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)或發(fā)電機(jī)工作，從而達(dá)到減少能耗，提高催化裂化裝置經(jīng)濟(jì)效益的目的。

二、原過渡襯環(huán)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及問題

YL型煙氣輪機(jī)由進(jìn)氣錐、靜葉組件、過渡襯環(huán)、轉(zhuǎn)子、機(jī)殼、氣封裝置、軸承及軸承箱等零部件組成。

過渡襯環(huán)位于動(dòng)葉片外圍，帶有一定的擴(kuò)壓角，從煙道進(jìn)入的高溫?zé)煔饨?jīng)在進(jìn)氣錐加速后，再通過靜葉噴嘴進(jìn)一步加速并改變氣流方向，然后通過動(dòng)葉片和過渡襯環(huán)共同組成的流道膨脹做功，推動(dòng)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)將煙氣中蘊(yùn)含的壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。

由于煙氣中含有硬質(zhì)的催化劑顆粒，在動(dòng)葉片高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下，催化劑在動(dòng)葉片葉頂部位的分布濃度會(huì)比葉根部位大，為了防止催化劑顆粒對(duì)動(dòng)葉葉頂部位及過渡襯環(huán)內(nèi)部造成沖蝕，同時(shí)使得催化劑在整個(gè)流道中能夠均勻分布，在過渡襯環(huán)入口處設(shè)置了3mm左右的防沖蝕臺(tái)階，同時(shí)在過渡襯環(huán)內(nèi)表面噴涂“長(zhǎng)城1號(hào)”或“長(zhǎng)城33號(hào)”耐磨涂層。

這種設(shè)計(jì)經(jīng)過三十多年的使用，證明能夠滿足煙氣輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需求。最近幾年，隨著裝置進(jìn)行MIP或其他形式的技術(shù)改造，裝置使用的催化劑品種不同程度地進(jìn)行了更新，尤其是采用的降烯烴催化劑強(qiáng)度較低，容易產(chǎn)生細(xì)粉，隨之而來的是煙氣輪機(jī)的催化劑結(jié)垢問題一下子突出起來。原過渡襯環(huán)在這種情況下存在以下問題：

1 過渡襯環(huán)的防沖蝕臺(tái)階會(huì)造成流道的阻流，影響流場(chǎng)流線的分布，對(duì)煙機(jī)的回收功率造成一定的影響。同時(shí)在防沖蝕臺(tái)階后側(cè)的流道內(nèi)表面形成一定的負(fù)壓區(qū)，使得催化劑容易在過渡襯環(huán)內(nèi)表面結(jié)垢。

2 根據(jù)YL型煙機(jī)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，過渡襯環(huán)內(nèi)表面的沖蝕并不嚴(yán)重，反倒是近年來的催化劑結(jié)垢現(xiàn)象很嚴(yán)重。早期設(shè)計(jì)時(shí)為了防止沖蝕而噴涂的耐磨涂層，由于噴涂后表面粗糙度較低，加劇了催化劑在該位置的結(jié)垢。

如果催化劑在過渡襯環(huán)（動(dòng)葉圍帶）部位結(jié)垢，會(huì)造成動(dòng)葉葉頂間隙縮小，結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)動(dòng)、靜摩擦，煙機(jī)振動(dòng)值突然增大導(dǎo)致停機(jī)，甚至動(dòng)葉片斷裂的事故。催化劑在動(dòng)葉片及過渡襯環(huán)部位結(jié)垢的圖片。

三、過渡襯環(huán)改進(jìn)措施

經(jīng)過分析研究，我們對(duì)過渡襯環(huán)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 去除了防沖蝕臺(tái)階，能夠消除對(duì)氣流的阻流影響，消除了其對(duì)流場(chǎng)流線的影響，提高了煙氣輪機(jī)的回收功率。同時(shí)減輕了催化劑在流道內(nèi)表面的結(jié)垢現(xiàn)象，保證了煙氣輪機(jī)的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。由于去除了防沖蝕臺(tái)階，也降低了加工難度。

2 過渡襯環(huán)內(nèi)表面不再噴涂耐磨涂層，采用豪克能金屬表面加工技術(shù)進(jìn)行處理，提高表面粗糙度，經(jīng)過檢測(cè)，表面粗糙度達(dá)到Ra0.02，能夠起到延緩催化劑結(jié)垢的效果。同時(shí)硬度提高了20%以上 ，具有較好的耐磨性能。豪克能金屬表面加工技術(shù)是源自烏克蘭的一項(xiàng)軍工技術(shù)，其利用金屬在常溫狀態(tài)下冷塑性的特點(diǎn)，運(yùn)用毫克能對(duì)金屬零部件進(jìn)行無研磨劑的研磨、強(qiáng)化和微小形變處理，使金屬零件表面達(dá)到更理想的表面粗糙度要求；提高零件表面顯微硬度的同時(shí)在零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，增強(qiáng)零件的耐磨性、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

圖1 煙氣輪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

四、改進(jìn)后的效果

對(duì)YL型煙氣輪機(jī)過渡襯環(huán)的改進(jìn)已近經(jīng)過多臺(tái)煙機(jī)的驗(yàn)證，尤其是在山東某廠一臺(tái)8000kW煙機(jī)的改造中，由于采用了改進(jìn)后的過渡襯環(huán)，該臺(tái)煙機(jī)由原來的每2～3月由于催化劑結(jié)垢必須停機(jī)清垢變?yōu)楦倪M(jìn)后可以連續(xù)運(yùn)行一個(gè)周期（1年），實(shí)現(xiàn)了和裝置的同步檢修，給用戶帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，獲得了用戶的高度評(píng)價(jià)。

結(jié)語

三十多年來，在制造廠技術(shù)人員和廣大用戶設(shè)備管理人員的共同努力下，我國(guó)催化裂化能量回收技術(shù)從無到有，目前已經(jīng)處于國(guó)際先進(jìn)水平。作者相信，只要堅(jiān)持鍥而不舍的追求，不斷根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)，YL型煙氣輪機(jī)一定能夠不斷進(jìn)步，為我國(guó)的能量回收事業(yè)盡一份力。

[1]黃義仿，李克雄，趙榮珍.煙氣輪機(jī)的故障診斷現(xiàn)狀分析[J].潤(rùn)滑與密封，2008 （03）.

TE624

A

甘肅省科技資助項(xiàng)目（1206GTGA014）。