催化裂化煙機(jī)振動(dòng)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(jī)是催化裝置最主要的能量回收設(shè)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(dòng)主風(fēng)機(jī)運(yùn)行。由于它是和主風(fēng)機(jī)同軸連接運(yùn)行，其運(yùn)行平穩(wěn)將直接影響到整個(gè)催化裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行。因此，煙氣輪機(jī)是催化裂化裝置最關(guān)鍵的設(shè)備之一。但因煙機(jī)工作介質(zhì)中含固體顆粒，且運(yùn)行溫度較高650～700℃，對氣固分離技術(shù)、高溫合金材料、耐磨涂層材料有很高的要求，也就造成煙機(jī)工作狀況的不穩(wěn)定性，使煙機(jī)故障頻發(fā)。煙機(jī)非工藝性故障停車的原因大多是由于振動(dòng)超標(biāo)，引起振動(dòng)超標(biāo)的原因有很多。而這其中很多故障停機(jī)是因?yàn)闊煓C(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡遭到破壞引起的。總結(jié)工作中遇到的故障實(shí)例，催化劑細(xì)粉堆積和結(jié)垢及催化劑顆粒對煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子的沖刷是破壞煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的重要原因。

1 煙機(jī)的布置及性能參數(shù)

YL24000C型煙氣輪機(jī)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(tǒng)所設(shè)計(jì)的單級(jí)煙氣輪機(jī)，用于同軸三機(jī)組。其主風(fēng)機(jī)組配置為煙機(jī)-主風(fēng)機(jī)-電動(dòng)發(fā)電機(jī)三機(jī)同軸布置,煙機(jī)型號(hào)為YL-25000C、主風(fēng)機(jī)AV80-13，齒輪箱型號(hào)GD-63，電動(dòng)發(fā)電機(jī)YKS1120-4TH。其中煙氣輪機(jī)為蘭州石油化工機(jī)械廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)，型號(hào)為YL-25000C，功率24900kW、流量5288NM3/Min，轉(zhuǎn)速4200r/min。

2 煙氣輪機(jī)振動(dòng)情況分析和處理

2.1 煙機(jī)輪盤粉塵堆積

在煙機(jī)的使用中，一般采用過熱蒸汽或飽和蒸汽冷卻、吹掃煙機(jī)輪盤。高溫的煙氣混有較低溫度的蒸汽時(shí)，或吹掃蒸汽本身就帶有不飽和蒸汽時(shí)，在水分凝結(jié)的作用下，煙氣中的粉塵會(huì)大量附著在煙機(jī)流道及葉片上，當(dāng)大量粉塵堆積不均勻時(shí)將直接影響轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，使煙機(jī)振動(dòng)增加。我們請專業(yè)測振人員監(jiān)測并未發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)有實(shí)質(zhì)性的性能改變，對煙氣中粉塵含量的分析發(fā)現(xiàn)煙氣中粉塵含量一般都在120mg/m3，經(jīng)分析因該機(jī)組剛開機(jī)不足半年，而煙機(jī)葉輪材質(zhì)都是耐高溫合金并有耐磨涂層，不會(huì)短時(shí)間粉塵含量超標(biāo)就導(dǎo)致葉輪磨損，因此判斷是煙機(jī)葉片上沾有催化劑導(dǎo)致輪盤有輕微的不平衡引起的振動(dòng)，而且運(yùn)行時(shí)間越長煙機(jī)葉片上催化劑越多，平衡破壞越厲害，所以振動(dòng)值一路上升。

2.2 煙機(jī)結(jié)垢理論及結(jié)垢后振動(dòng)升高的處理措施

在煙機(jī)的使用中，一般采用過熱蒸汽或飽和蒸汽冷卻、吹掃煙機(jī)輪盤。高溫的煙氣混有較低溫度的蒸汽時(shí)，或吹掃蒸汽本身就帶有不飽和蒸汽時(shí)，在水分凝結(jié)的作用下，煙氣中的粉塵會(huì)大量附著在煙機(jī)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(diǎn)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(jiān)硬結(jié)塊，在高速旋轉(zhuǎn)的煙機(jī)輪盤和葉片上如果部分結(jié)塊脫落后將直接影響轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，使煙機(jī)振動(dòng)上升。在運(yùn)行中處理煙機(jī)輪盤結(jié)垢的機(jī)理：因煙機(jī)輪盤上粉塵堆積結(jié)垢的熱膨脹系數(shù)和煙機(jī)葉輪的熱膨脹系數(shù)是不一樣的，因此我理論上可以通過短時(shí)間降低煙機(jī)輪盤溫度，使垢塊和煙機(jī)葉輪因膨脹系數(shù)不同而剝離，從而達(dá)到清除煙機(jī)輪盤上的粉塵和垢塊的目的。于是要求運(yùn)行人員開大煙機(jī)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(jī)輪盤，煙機(jī)輪盤溫度從330℃左右迅速降至270℃左右，吹掃2個(gè)小時(shí)后再將蒸汽用量降至正常值。

3 結(jié)垢原因分析

3.1 調(diào)研中石化11家17套催化煙機(jī)結(jié)垢情況及原因，分析對比（如表1）

（1）泉州石化煙機(jī)入口粉塵含量120mg/m3，催化劑各項(xiàng)指標(biāo)都在規(guī)定范圍內(nèi)，性能非常穩(wěn)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(xì)粉越易粘連結(jié)垢,表2為泉州石化和其它煙機(jī)結(jié)垢廠家平衡劑金屬含量對比，從表上清楚發(fā)現(xiàn)我司催化劑金屬含量不高。

表2

3.2 蒸汽帶水的影響

當(dāng)煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽溫度低或帶水時(shí)，由于直接與煙機(jī)轉(zhuǎn)子接觸，很容易造成水擊，而且易造成煙機(jī)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(dòng)和催化劑堆積等，由此影響機(jī)組的動(dòng)平衡，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)增大。在6月4號(hào)早晨8點(diǎn)左右煙機(jī)振動(dòng)最大值VE11211X由44μm快速上升至59μm左右，而且振動(dòng)呈現(xiàn)波浪形式帶有周期性，經(jīng)過多方面檢查分析發(fā)現(xiàn)煙機(jī)輪盤溫度大幅下降，1.0MPa蒸汽現(xiàn)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(jī)輪盤動(dòng)平衡破壞，從而使煙機(jī)振動(dòng)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(jī)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(jī)輪盤上的催化劑細(xì)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(jī)振動(dòng)最大值迅速由59μm左右下降至45μm左右（3線為煙機(jī)振動(dòng)值），一直運(yùn)行至今仍然維持在44～47μm左右且非常平穩(wěn)。

4 改進(jìn)措施

4.1 嚴(yán)格控制煙機(jī)入口粉塵含量

煙機(jī)入口細(xì)粉濃度高是煙機(jī)結(jié)垢的根本原因，所以在工藝操作上要求控制再生系統(tǒng)操作壓力平穩(wěn)及旋風(fēng)分離入口線速穩(wěn)定，在改變燒焦風(fēng)量時(shí)多次小幅度調(diào)整，避免主風(fēng)量大幅度波動(dòng)引起催化劑床層線速突漲突降導(dǎo)致煙氣粉塵含量超標(biāo)。對于頻繁結(jié)垢的煙機(jī)來說需建立煙機(jī)入口催化劑濃度和篩分分析臺(tái)賬，對涉及降低催化劑細(xì)粉含量的工藝調(diào)整，催化劑配方調(diào)整等，都應(yīng)對煙機(jī)入口粉塵含量和篩分成分進(jìn)行分析，摸清煙氣輪機(jī)結(jié)垢機(jī)理，開展煙機(jī)結(jié)垢預(yù)防工作。

4.2 提高煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽品質(zhì)

在煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽管線上增設(shè)汽水分離裝置，加強(qiáng)蒸汽排凝點(diǎn)的脫水工作，同時(shí)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(tǒng)，使煙機(jī)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(jìn)入輪盤冷卻1.0MPa蒸汽線混合使用，煙機(jī)輪盤溫度控制在325～340℃左右。

4.3 提高煙機(jī)輪盤溫度

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

5 效果和結(jié)論

通過以上多種措施的實(shí)施，機(jī)組振動(dòng)有了明顯的好轉(zhuǎn)，自2014年3月開機(jī)至2017年12月份連續(xù)運(yùn)行3年8個(gè)月，且非常平穩(wěn)，為公司每年節(jié)省的費(fèi)用超過3000萬以上。多次煙機(jī)振動(dòng)處理的實(shí)例說明，日常生產(chǎn)中煙機(jī)振動(dòng)很多時(shí)候都是因煙機(jī)輪盤上催化劑結(jié)垢不均勻和垢塊脫落所形成的動(dòng)不平衡引起的，而催化劑結(jié)垢明顯與煙氣中粉塵含量以及煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽的品質(zhì)有關(guān)，所以需在日常生產(chǎn)和設(shè)備管理中做好預(yù)防工作，解決好煙氣中粉塵含量及煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽的品質(zhì)控制等問題，把煙機(jī)故障消滅在萌芽狀態(tài)，為今后的大機(jī)組設(shè)備的管理積累了經(jīng)驗(yàn)，是保證設(shè)備連續(xù)、安全、可靠、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)手段。