張 宇

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

煙氣輪機(jī)簡(jiǎn)稱煙機(jī)，是煉油化工企業(yè)重油催化裂化生產(chǎn)裝置中的一種關(guān)鍵設(shè)備。它是一種典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，也是一種非常重要的節(jié)能降耗設(shè)備。煙機(jī)主要利用重油催化裂化生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的高溫再生煙氣的余熱能量進(jìn)行回收利用，通過煙氣中的熱能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功或者通過提供動(dòng)能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，以達(dá)到回收煙氣中能量、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。在重油催化裂化生產(chǎn)裝置中，煙機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接影響著整個(gè)機(jī)組的平穩(wěn)生產(chǎn)與安全運(yùn)行，對(duì)保障整個(gè)裝置的正常運(yùn)行和降低能耗水平具有重大意義，影響著重油催化裂化生產(chǎn)裝置的運(yùn)行周期和經(jīng)濟(jì)效益。

1 煙機(jī)結(jié)垢原因分析及解決措施

1.1 結(jié)垢對(duì)煙機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的嚴(yán)重危害后果

結(jié)垢對(duì)煙機(jī)的正常生產(chǎn)運(yùn)行有一定影響。煙機(jī)表面污垢沉積到一定的厚度和尺寸時(shí)，結(jié)垢物就會(huì)阻塞靜葉環(huán)與葉頂之間的間隙。間隙的變小會(huì)導(dǎo)致煙機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)發(fā)生后軸瓦雙側(cè)振動(dòng)值同時(shí)增大，偏離標(biāo)準(zhǔn)值的故障現(xiàn)象，最終導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)振動(dòng)值不斷地呈現(xiàn)無規(guī)則變化、振動(dòng)加劇。為了避免劇烈振動(dòng)引發(fā)安全事故，煙機(jī)只能停機(jī)進(jìn)行檢修。

如果葉片表面結(jié)垢物增大累積到一定程度，煙機(jī)運(yùn)行時(shí)可能會(huì)因?yàn)榻Y(jié)垢物導(dǎo)致葉片被破壞，如果產(chǎn)生葉片破損現(xiàn)象，破損的煙機(jī)葉片在高速旋轉(zhuǎn)過程中則會(huì)破壞其他葉片，導(dǎo)致其他葉片受到撞擊跟著受到損壞，最終致使整個(gè)煙機(jī)的葉片全部出現(xiàn)無法修復(fù)的損傷現(xiàn)象，提高了煙機(jī)的維修成本。破損的葉片還容易導(dǎo)致發(fā)生安全事故，具有嚴(yán)重的危害后果。

1.2 煙機(jī)產(chǎn)生結(jié)垢的原因分析

煙機(jī)工作環(huán)境較為惡劣，處于高溫、粉塵、高腐蝕性、高轉(zhuǎn)速的環(huán)境下，使得煙氣輪表面極易結(jié)垢，使得煙機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或者葉片損壞的現(xiàn)象，劇烈的振動(dòng)故障還容易引發(fā)安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2.1 催化劑細(xì)粉導(dǎo)致結(jié)垢

高濃度的催化劑細(xì)粉是引起煙機(jī)產(chǎn)生結(jié)垢的最主要原因之一。在煉油化工重油催化裂化裝置生產(chǎn)過程中，裝置中的催化劑是為了促進(jìn)催化反應(yīng)過程，催化劑顆粒的粒度普遍較小，相應(yīng)地增大了反應(yīng)面積。在正常生產(chǎn)過程中催化劑顆粒之間受到氣體原料流動(dòng)產(chǎn)生的力的作用，催化劑顆粒相互之間會(huì)產(chǎn)生劇烈的摩擦磨損，會(huì)在煙氣中產(chǎn)生高濃度的細(xì)粉，而且在摩擦磨損過程中會(huì)產(chǎn)生一定的靜電電荷，靜電的吸引作用會(huì)致使催化劑被吸附在管壁或者煙機(jī)表面，發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。

1.2.2 催化劑磨損引起的結(jié)垢

在重油催化裂化生產(chǎn)裝置中催化劑經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用以后，受到流體力的推動(dòng)作用使得催化劑顆粒表面會(huì)發(fā)生磨損，磨損會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)粉，相互之間的磨損使得催化劑顆粒的粒度也會(huì)相應(yīng)地變小，粒度的變小也會(huì)加劇磨損過程，從而導(dǎo)致煙氣中形成了高濃度的催化劑細(xì)粉。

1.2.3 重組分粘附引起的結(jié)垢

4）花芽分化。大櫻桃花芽分化時(shí)間較早，一般從幼果期開始，確切的時(shí)間是落花后20～25天，至落花后80～90天基本結(jié)束，不同品種間稍有差異。由于花芽分化與果實(shí)生長(zhǎng)同步進(jìn)行，故此期對(duì)養(yǎng)分需求量很大。正常情況下，大櫻桃每朵花只分化1個(gè)雌蕊，但在夏季高溫干燥時(shí)，1朵花可以分化出2～4個(gè)雌蕊，第2年開花結(jié)果后，能結(jié)出2～4個(gè)果連在一起的畸形果。為了促進(jìn)花芽分化，在櫻桃花后就要及時(shí)補(bǔ)肥澆水，同時(shí)在夏季高溫干燥時(shí)可采取搭遮陰棚、噴水、覆蓋等措施，提高花芽分化質(zhì)量，減少來年畸形果的數(shù)量。

在煉油化工生產(chǎn)裝置中，重油催化裂化生產(chǎn)過程中存在的一些重組分因?yàn)殡y以裂解存在煙氣中，這些難以分解的重組分在水蒸汽、粉塵、靜電等外界因素的影響下，會(huì)吸附在管壁或者煙機(jī)葉片上，隨著時(shí)間的累積，當(dāng)結(jié)垢物尺寸成長(zhǎng)到一定尺寸時(shí)就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的損壞。

1.2.4 設(shè)備原因引起的結(jié)垢

重油催化裂化裝置中三級(jí)旋風(fēng)分離器如果生產(chǎn)負(fù)荷過重，便會(huì)降低其工作效率，從而使得高濃度的粉塵導(dǎo)致增加結(jié)垢的速度。

影響三級(jí)旋風(fēng)分離器效率降低的主要原因有以下兩個(gè)方面。

（1）剛投入生產(chǎn)裝置使用的再生劑或者催化劑濃度較高，顆粒粒度較大，加大了能量回收系統(tǒng)中三級(jí)旋風(fēng)分離器的生產(chǎn)負(fù)荷，使得催化劑微粒沒有完全與煙氣分離，從而導(dǎo)致引起結(jié)垢。

（2）再生器旋風(fēng)分離器的工作效率下降也是影響三級(jí)旋風(fēng)分離器效率下降的主要原因。設(shè)備的低工作效率使得再生器排出來的煙氣中含有一定量的催化劑，并導(dǎo)致流經(jīng)煙機(jī)的煙氣中含有大濃度的顆粒，顆粒的沉積與粘附加劇了煙機(jī)的結(jié)垢現(xiàn)象。

2 降低催化劑結(jié)垢過程的措施分析

（1）使用催化劑阻垢劑抑制金屬表面結(jié)垢，或者采取沖刷催化劑結(jié)塊的物理措施。

（2）對(duì)催化劑顆粒粒度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，調(diào)整保持一定的三級(jí)旋風(fēng)分離器工作效率，其效率不可過低、也不可過高，工作效率過高會(huì)導(dǎo)致催化劑微塵粒度過小，與煙氣、水氣相結(jié)合易發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。

（3）控制重油催化裂化裝置中催化劑與生產(chǎn)原料的金屬含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，降低鎂、鈣、鈉、鐵等金屬化合物雜質(zhì)的含量。

（4）優(yōu)化操作煙機(jī)工況，確保無過量或者多余蒸汽進(jìn)入反應(yīng)—再生系統(tǒng)，提高再生器旋風(fēng)分離器的再生效果。通過優(yōu)化反應(yīng)條件減少催化劑微粒的產(chǎn)生，降低催化劑細(xì)粉中膠質(zhì)的粘連，同時(shí)采取措施控制減少煙氣中一氧化碳的含量，避免由于一氧化碳發(fā)生歧化反應(yīng)在表面形成灰垢或黑垢。

3 煙機(jī)動(dòng)不平衡故障原因分析及解決措施

該類故障的主要表象是煙機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡被破壞，致使機(jī)組振動(dòng)幅度超標(biāo)，振動(dòng)劇烈時(shí)會(huì)致使機(jī)組停機(jī)進(jìn)行檢修。

3.1 煙機(jī)動(dòng)不平衡故障原因分析

例如，某年重油催化裂化裝置煙機(jī)發(fā)生機(jī)組劇烈振動(dòng)，造成停機(jī)檢修。

對(duì)煙機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，沒有發(fā)現(xiàn)軸承箱支架等地腳螺栓等松動(dòng)的現(xiàn)象，初步判斷引起機(jī)組振動(dòng)主要原因?yàn)閯?dòng)平衡被破壞。通過煙機(jī)振動(dòng)的數(shù)據(jù)與三級(jí)旋風(fēng)分離器出口處粉塵含量數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)煙機(jī)的振動(dòng)值是隨著煙氣中粉塵濃度的增加而逐步增加，通過分析判斷為沉積的結(jié)垢物使得煙機(jī)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)平衡被破壞。停機(jī)后檢修拆出的轉(zhuǎn)子，發(fā)現(xiàn)存在催化劑粉塵粘附的情況，并在轉(zhuǎn)子兩級(jí)動(dòng)葉之間的靜葉上存在不均勻分布的燒結(jié)的催化劑硬塊，說明煙機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在有粉塵堆積引起的動(dòng)不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致了煙機(jī)的劇烈振動(dòng)故障。

最終得出的結(jié)論是，由于煙氣中含有大量的催化劑粉塵，粉塵粘附并磨損葉片，從而破壞了煙機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡狀態(tài)，引起煙機(jī)振動(dòng)過高發(fā)生機(jī)械故障。

3.2 煙機(jī)動(dòng)不平衡故障解決措施

（1）為了降低煙機(jī)運(yùn)行過程中煙機(jī)振動(dòng)值，就要盡量減少煙氣中催化劑細(xì)粉的含量，使其在轉(zhuǎn)子上粘附的粉塵越少越好，這樣在粘附物脫落過程中就會(huì)減少轉(zhuǎn)子所受的不平衡力。

（2）采取其他措施減少從粉塵粘附到脫落這一周期的時(shí)間，使這些粉塵粘附物盡早地脫落下來，使煙機(jī)轉(zhuǎn)子保持動(dòng)平衡狀態(tài)，從而有效地控制煙機(jī)振動(dòng)值保持在允許的范圍內(nèi)。

（3）在煙機(jī)開機(jī)后，可以調(diào)整輪盤冷卻蒸汽量和煙氣量，優(yōu)化操作工況。比如在開機(jī)時(shí)選擇控制輪盤冷卻蒸汽量，就是提高輪盤冷卻蒸汽量在一定范圍內(nèi)，可以起到降低煙機(jī)振動(dòng)值的作用。

（4）安裝使用催化劑顆粒激光在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以及時(shí)有效地掌握煙氣中所含催化劑顆粒粒度的濃度、粒度分布情況，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷三級(jí)旋風(fēng)分離器的分離效果，以減少催化劑粉塵的含量，保證煙氣的質(zhì)量。

3.3 磨損及葉片斷裂故障原因分析

煉油化工重油催化裂化裝置中的再生煙氣，主要是以含有催化劑粉塵為主的煙氣。催化劑粉塵隨著煙氣一起通過煙機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)葉片，一直以很高的速度沖刷著煙機(jī)流道，在高溫的條件下，煙氣粉塵對(duì)煙機(jī)轉(zhuǎn)子的磨損更加劇烈，榫槽、臺(tái)肩、葉片等通常是磨損最為嚴(yán)重的部位，隨著時(shí)間的累積經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)刀刃狀的劃痕，在沖蝕嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)尸F(xiàn)出蜂窩狀，磨損嚴(yán)重影響著煙機(jī)的動(dòng)平衡狀態(tài)。

當(dāng)煙機(jī)葉片被煙氣均勻沖刷時(shí)，粉塵磨損對(duì)煙機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡影響不大，而當(dāng)煙機(jī)葉片出現(xiàn)不均勻磨損時(shí)，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡狀態(tài)遭到破壞，機(jī)組振動(dòng)幅度呈上升狀態(tài)。葉片沖蝕狀況隨著時(shí)間日益加劇，導(dǎo)致葉片受損更加嚴(yán)重，伴隨著機(jī)組振動(dòng)幅度逐漸增加，在長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力作用下受損的葉片極為容易發(fā)生斷裂故障，葉片的突然斷裂又會(huì)使煙機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡狀態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，使得機(jī)組振動(dòng)值大幅增加，致使機(jī)組不能正常運(yùn)行，此現(xiàn)象發(fā)生時(shí)必須停機(jī)進(jìn)行檢修。

4 結(jié)束語

煙機(jī)是重油催化裂化裝置能量回收系統(tǒng)的核心設(shè)備，也是煉油化工生產(chǎn)裝置節(jié)能效果最明顯的大型機(jī)組，其能否正常運(yùn)行不僅影響到裝置的生產(chǎn)能力和長(zhǎng)周期運(yùn)行，而且直接關(guān)系著整個(gè)重油催化裂化裝置的能耗水平。因此，應(yīng)采取各種措施減少機(jī)組的振動(dòng)、提高煙機(jī)的工作效率，這對(duì)于降低裝置能耗起著重要作用。