基于節能需求的140萬噸/年催化裂化裝置的煙氣輪機改造

文/王翱，亨斯邁紡織染化（中國）有限公司

催化裂化技術的復雜程度在整個煉油工藝中最難，作為二次加工工藝，將重質油轉為輕質油的整個生產過程極為重要，催化裂化裝置的生產工藝，需要在合適的溫度和壓力的條件下，使用催化劑，讓重質油碳發生一系列的化學反應。催化裂化工藝在現代生產工藝中具有收率高、烴含量好的優勢。

1 煙氣輪機改造的設計原則

對煙氣輪機的制造工藝進行節能設計之前，要采用等內經的流道尺寸進行設計，并遵循以下設計準則：

1.1 煙氣輪機的外擴張角為6°～10°；

1.2 出口氣流角與軸向的位置要接近，其目的是為了減小損失；

1.3 在進行設計時，要選擇0.92～0.95的流量系數，流通面積要比理論計算的面積小；

1.4 動葉片和靜葉間的間距要增加；

2 煙氣輪機節能改造的方案設計

2.1 轉子組件的改進

動葉片是煙氣輪機中工作環境最差的零件，工作的溫度較高。在高速運轉的情況下，動葉片上所承受的巨大離心力和煙氣氣流作用力較大，容易讓動葉片受到侵蝕。在高溫和復雜應力的情況下，動葉片容易發生斷裂，從而影響整個煙氣輪機的安全運行。因此，需要對動葉片的結構進行改造升級。采用先進的CFD設計理念，使用ANSYS軟件對煙氣輪機葉片進行細節分析。馬刀葉形動葉片能夠很好的抑制動葉片根部的分離，減少煙氣造成的二次損失，從而提高葉片的氣動效率。

2.2 進氣機殼組件的改進

進氣機殼組件中，重點改進的部件就是對進氣錐隔板結構進行改進。煙氣輪機進氣錐連接管道和煙氣輪機，煙氣入口溫度高達65 0℃以上，而隔板附近的溫度只有250℃，兩者存在的溫差較大，容易讓進氣錐隔板和椎體之間存在焊縫，經過一個周期后會發生開裂，影響煙氣輪機的正常運行。改進設計的方法為：將隔板和進氣錐的連接方式改為螺栓連接，能夠從根本上解決焊縫開裂的問題。

2.3 排氣機殼組件的改進

在排氣機殼組件中，氣流是一個擴壓的過程，提高排氣殼體擴壓段的效率，對于煙氣輪機的整體效率非常有利。使用CFD流暢對排氣機殼組件的流場進行分析，并對排氣擴壓段的結構進行優化，將擴壓器的壓力恢復系數降到最低，以提高煙氣流動所帶來的損失。

2.4 轉子支撐系統的改進

煙氣輪機轉子支撐系統中，主要就是通過軸承將轉子自身的重量進行傳遞，軸承箱需要具備足夠的剛度。將軸承箱的結構設計為上窄下寬的樣式，能夠增加軸承箱的承受重力，提高軸承箱的剛性。為了進一步降低軸承箱的溫度，可以在軸承箱中增設冷卻水套，將殼體內的熱輻射和軸承箱進行隔離，并通過循環冷卻水的方式將熱量進行釋放，以達到降低溫度的效果，避免發生轉子抬頭的情況。

2.5 冷卻密封組件的改進

冷卻密封組件因受到煙氣輪機入口管線和出口管線的影響，使得煙氣輪機的主軸發生磨損，造成煙氣輪機軸被迫停止運行，從而造成嚴重的主軸損壞。蜂窩密封由高溫合金制成，合金厚度和密封的內切圓直徑為0.1mm，但是由于蜂窩密封中所使用的材質硬度較差，因此在安裝時密封的縫隙較小，如果存在摩擦，會使蜂窩帶遭到磨損，而不會主軸受到破壞。因此使用蜂窩密封的方式，能夠提高密封的效果，提高煙氣輪機轉子的可靠性與安全性。圖1位蜂窩密封實物圖。

圖1 蜂窩密封截面圖

3 煙氣輪機改造前后的性能和經濟效益分析

通過上述的改造分析，對140萬噸/年催化裂化裝置的煙氣輪機改造工作進行試驗，以保證整個機組的運行，提高煙氣輪機的輸出功率。改造前后的催化裂化裝置主風機機組的工藝參數如表1所示。

表1 催化裂化裝置主風機組改造前后的技術參數對比

從表1可以看出，煙氣輪機入口蝶閥開度改造前后為77%時，電機電流從301A降到了205A，工藝的運行工況得到了相助的提高，煙氣輪機改造前后的入口溫度得到了降低，入口煙氣壓力沒有得到改善，說明煙氣輪機的進氣條件得到了改善，但是效果不明顯。

煙氣輪機改造后進行生產，其輸出功率由原來的10477kW/h提升為11135kW/h，電機損耗得到了明顯降低，極大的縮減了生產過程中所產生的用電能耗，在同等功率下，電機的輸出功率由原來的2188kW/h降低為1508kW/h，減少了約650kW/h，每年能夠節約電費328萬元。改造前需要對催化裂化裝置一周進行兩次檢修，改造后的煙氣輪機的持續運行時間較長，檢修次數得到了明顯降低，每年能夠節約將近100萬元的檢修費用。

4 結束語

通過對催化裂化裝置的煙氣輪機進行節能改造，為生產企業創造了良好的經濟效益，保證催化裂化裝置的長效穩定運行，機組的可靠性得到了極大的提高，降低了裝置能耗，為催化裂化裝置的正常運行奠定了基礎。