催化煙氣輪機長周期運行技術分析

李哲儒

（中國石油廣東石化公司，廣東揭陽 522000）

0 引言

中國石油哈爾濱石化公司Ⅰ催化裝置處理能力為120 Mt/a，主風機為常規三機組配置。煙氣輪機制造廠商為渤海裝備蘭州石油化工機械廠，型號為YL-8000I 單級懸臂煙氣輪機，軸功率為8400 kW，于2018 年3 月23 日完成檢修工作,運行時長為14 520 h，機組振動符合標準，運行參數穩定，各項指標均在設計范圍內。

1 檢修情況

問題1：轉子拆卸后發現在密封排氣梳齒之間有寬約25 mm、深約為5 mm 的坑蝕（圖1），經判斷此處磨損非機械磨損。

圖1 密封排氣梳齒磨損

原因分析：由于密封排氣管線為朝上方排空，管線低點存在部分蒸汽冷凝水無法排出，當冷凝水遇到高溫旋轉軸時，含有微溶于水的硫酸鈣會由于水的蒸發而析出，水中的碳酸根會與鈣、鎂離子結合，生產不溶于水的碳酸鈣、碳酸鎂在排氣梳齒間，周而復始，對軸造成不規則磨損導致坑蝕產生。

解決方法：①將排氣管線低點處加一個導淋閥門，并保持打開狀態，保證產生蒸汽冷凝水后能及時在低點排出；②加強對空氣封管線的檢查，保證蒸汽少量外泄，避免產生大量蒸汽冷凝水。

問題2：動葉片流通面以及葉頂有磨損（圖2）

圖2 動葉片葉頂磨損

原因分析：①由于輪盤冷卻蒸汽作用于輪盤上，隨著輪盤轉動產生泵送效應，蒸汽隨煙氣被甩到葉頂高速低壓區，當少量蒸汽中液體與動葉片接觸處的壓力低于它的蒸汽壓時，將在葉頂附近形成氣泡。當中壓超過氣泡壓力時，氣泡破裂并產生很大的沖擊力和高溫，從而在葉片頂部產生小凹坑；②煙道氣包含催化劑固體顆粒。氣固兩相流影響煙機葉片循環表面的磨損。同時，小于3 μm 的催化劑顆粒與葉片根部高速碰撞，并在多種因素共同作用下形成結垢。

解決方法：①在保證輪盤溫度不超溫的前提下，盡量降低冷卻蒸汽量，控制輪盤冷卻蒸汽的過熱度在250 ℃，既能降低氣蝕對葉頂的沖擊，同時可以提高煙機效率，降低能耗；②掌握氣-固兩相流動對葉片磨損的規律和影響因素，調整最佳的動葉片角度，同時保證三旋分離效率，降低煙機入口＞10 μm和＜3 μm 的催化劑顆粒含量，定期關注煙氣粉塵濃度分析。

2 針對煙機長周期運行的管理措施

2.1 煙機結垢原因

（1）高濃度的催化劑細粉是煙機催化劑結垢的主要原因。（2）旋風分離器的故障是導致催化劑細粉濃度超過標準的主要原因之一。

（3）催化劑細粉濃度高，三旋過載操作設計不合理而造成催化劑磨損。

（4）重金屬Ni、V、Fe 的污染可能會增加催化劑細粉的附著趨勢。富含重金屬的細粉具有很強的吸收SOx 和CO2的能力，并且易于形成低熔點的低共熔物。加上靜電作用，催化劑傾向于粘附結垢。在較高濃度和較快速度的情況下，它將形成堅硬而密集的垢。

2.2 控制措施

2.2.1 催化劑控制

（1）優化催化劑品種，提高質量標準，減少磷的添加，控制新鮮催化劑中磷的含量下限，并考慮研究低磷催化劑的配方。

（2）合理減少催化劑的置換量，緩解催化汽油中烯烴還原的條件，減少細粉的產生量。

（3）改良催化劑篩分組成和耐磨性能，新鮮劑中的細粉含量降低，新鮮劑指標中小于20 μm 組分不大于3%(w)、小于40 μm 組分不大于18%，磨損指數控制不大于2.5。

（4）有效磁分離金屬含量過多的催化劑顆粒，降低煙機進口煙氣攜帶的催化劑顆粒的金屬含量，嚴格控制煙氣中鈣、鐵、鎳等金屬的含量。

2.2.2 優化煙機運行狀態

（1）保證輪盤蒸汽過熱，避免蒸汽中含有鈣、鎂、鐵、鈉等復合雜質。控制輪盤的蒸汽質量和溫度。輪盤冷卻蒸汽的過熱度控制在250 ℃以上。

（2）調整輪盤冷卻蒸汽量，按高限控制輪盤冷卻溫度，在確保輪盤蒸汽過熱度的同時，減小蒸汽使用量，減少對動葉片的沖蝕磨損。

（3）加強對煙氣催化劑顆粒在線監測系統運行數據的監測，控制指標不得超過150 mg/m3。

2.2.3 旋風系統

（1）合理控制主風量，應根據設計負荷進行三旋操作，避免超過設計負荷運行和分離的單管負荷分布不均，可能導致某些單管因過度使用而結垢。

（2）嚴格控制再生器溫度，防止再生器內一、二級旋風因超溫引起設備內部發生變形而開裂，造成跑劑使三旋入口催化劑粉塵濃度和粒度超標。

（3）應定期卸空細粉儲罐中的催化劑，避免因儲罐中的催化劑料位過高，影響旋分器分離效果。

2.2.4 加強煙氣粉塵監測

（1）煙氣輪機進、出口催化劑粉塵濃度采用在線監測和定期取樣的方式進行監測，并采取措施保證催化劑粉塵濃度不超過150 mg/m3。

（2）監測三級旋風分離器進、出口處催化劑粉塵的濃度和粒度分布，分析第一、第二階段旋轉的工作狀態，及時處理故障。

（3）定期測算稀密相線速，按設計要求及時調整主風量和再生器料位。

（4）觀察三旋壓降是否上升，如壓降上升較大，說明三旋內催化劑結垢嚴重，結合催化劑粉塵濃度和煙機運行狀況和效率，考慮擇機清理。

3 機組長周期安全運行

3.1 三機組的速度控制

當3 個單元處于正常運行狀態（發電或發電條件）時，速度由電動機/發電機的同步速度控制。如果電動機/發電機處于電動狀態機組轉速會下降，當轉速下降低于機組額定轉速的90%時，將引起風機防喘振控制動作，操作上應及時采取措施，維護機組正常轉速。

電動機/發電機處于發電狀態，電動機斷開連接將提高機組的轉速。此時，機組的控制器將工作。通過煙氣輪機入口蝶閥，分程控制機組以額定速度的103%運行。

3.2 密封冷卻蒸汽控制

煙機密封蒸汽控制由差壓變送器測得密封一側煙氣壓力和另一側蒸汽壓力，使其始終保持進入密封處的蒸汽壓力高于煙氣壓力0.05 MPa 達到密封效果。現機組運行差壓為0.07 MPa自動控制運行平穩。

輪盤的溫度由控制器控制。通過溫度變送器測量輪盤表面的輻射溫度。控制器設定值為300～350 ℃，控制輪盤冷卻蒸汽室盤面輻射溫度在300～350℃之間。

3.3 運行管理

在啟動煙氣渦輪機之前，應對入口管線和煙氣輪機殼體進行升溫。速率不大于100 ℃/h，煙氣輪機的預熱時間不小于4 h。

暖機過程中，應保證輪盤冷卻蒸汽量；對于帶有輪盤輻射溫度指示的煙氣透平，可以通過及時調節輪盤卻蒸汽量來控制溫度，溫度應保持在300～350 ℃。對于壓力控制的輪盤冷卻蒸汽，請確保蒸汽的壓力和溫度符合規定要求。

當煙氣輪機入口溫度達到400 ℃基本穩定后，可使煙氣輪機緩慢升速。

緩慢打開入口控制蝶閥進行升速，升速至1000 r/min 停留，對機組運行狀況全面檢查，一切運行正常20 min 后，繼續開大煙機入口調節閥以每次升速500 r/min，停留20 min 檢查的方法升速，將轉速升至低于額定轉速500～1000 r/min 的速度，檢查運行狀況正常后，準備投用電機。在增加速度的過程中，請注意機組的臨界轉速，并在增加速度時迅速越過臨界轉速。

煙氣輪機升速升溫過程中，按照設計要求的熱緊程序，對煙氣輪機、煙氣管線法蘭進行熱緊。

3.4 機組運行圖譜監測

加強煙氣發電機組狀態監測，建立狀態監測分析檔案。通過監控設備的振動狀態，分析設備的振動狀態，及時掌握設備的異常情況。當振動頻譜中出現相變或反進動時，應立即進行分析和檢查，并在必要時停機。

3.5 機組潤滑油管理

良好的潤滑為設備安全、穩定、長期、滿負荷和高質量運行提供了可靠的保證。嚴格執行“三過濾”要求，并定期檢查潤滑油的質量。按要求每月進行潤滑油化驗分析。采用科學的潤滑油管理方法，根據油品化驗分析的結果視情形換油。

4 總結

能量回收裝置的運行情況直接影響回收的經濟效益和催化裝置的安全、穩定、長期運行。為保證能量回收裝置的長期運行，必須加強技術改造，選擇好控制系統，嚴格控制煙氣輪機入口催化劑的濃度和粒度，嚴防入口過熱，保證輪盤冷卻蒸汽的品質和流量，嚴格執行對機組的“五位一體”管理，提高檢修質量，平穩開停工。同時，研發、升級煙機中過流部件的耐磨涂層材質，增加過流部件耐磨強度。