催化裂化裝置煙機機組故障淺析及節(jié)能改造

（中石化金陵分公司，江蘇 南京 210033）

催化裂化裝置煙機機組故障淺析及節(jié)能改造

張可偉

（中石化金陵分公司，江蘇 南京 210033）

鑒于中石化金陵分公司130萬t/a催化裂化裝置煙機機組在近4年的運行中發(fā)生9次故障，利用2013年8月裝置大修期間，進行檢修技術(shù)改造，收到了預(yù)期效果，節(jié)約了費用。

催化裂化；煙機；結(jié)垢；分析

中石化金陵分公司130萬t/a催化裂化裝置的煙機機組由軸流風(fēng)機、煙氣輪機、電動機、齒輪箱組成（圖1），催化裝置煙機為單級煙機，型號TP18-110，煙機功率10 500kW，該煙機2009年8月完成更新，并利用裝置大修時機對三旋單管同步更新改造。

2009年9月裝置53周期開工，煙機運行正常，運行功率約9 300kW，取得較好的節(jié)能效益。由于結(jié)垢煙機振動頻繁波動，并大幅度上升，2009～2013年期間煙機運行中斷搶修9次，給煙機安全運行和節(jié)能效果帶來了嚴重影響。

一、機組故障現(xiàn)象

1.第1次故障

2010年5月下旬煙機振動開始發(fā)生跳動式波動，XI941重載瓦振動75.5um、XI942輕載瓦振動96.7um，6月11日煙機停機搶修進行解體檢查。發(fā)現(xiàn)煙機葉片結(jié)垢和磨損嚴重，轉(zhuǎn)子動葉片上結(jié)垢1.5mm，根部2mm左右，入口流道葉片結(jié)垢，厚達5mm以上，并且圍帶上結(jié)垢表現(xiàn)為分層狀況，質(zhì)地非常堅硬，結(jié)垢情況在本煙機是第一次發(fā)生，轉(zhuǎn)子嚴重結(jié)垢是煙機振動值超高的直接原因。

2.第2次故障

2011年8月煙機振動突然上升，其中重瓦振動XI941A達到93um、XI941B為75um，4個振動測點相繼報警，并接近高高報警。8月31日進行解體檢查搶修。此次打開后，圍帶結(jié)垢與第一次相似，仍然比較嚴重；同時暴露新現(xiàn)象是：葉頂部出現(xiàn)了較為明顯的沖刷痕跡。

3.第3至第8次故障

引起煙機機組故障直接原因都是機組重瓦、輕瓦振動高，異常波動，對煙機進行解體搶修，結(jié)垢情況基本相同，動葉、靜葉大量結(jié)垢，圍帶頂部催化劑結(jié)垢，葉片沖刷嚴重。

4.第9次故障

2013年3月8日，煙機振動XI941重瓦上升至118um、XI942輕瓦上升至99um，煙機切出系統(tǒng)。對煙機進行解體搶修，結(jié)垢情況基本相似，但暴露出新問題：葉片中部和榫槽較大面積的催化劑沖刷。

二、故障原因分析

根據(jù)煙機振動高、波動大的故障現(xiàn)象、解體情況和搶修情況展開原因分析，找到引起機組故障的主要原因。

1.煙機轉(zhuǎn)子葉片狀況

對歷次檢修時間加以統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)修后煙機正常運行時間逐步縮短。從煙機轉(zhuǎn)子修復(fù)或更新方面可知，當(dāng)檢修更換新葉片后，煙機運行狀況明顯好轉(zhuǎn)，運行時間延長，葉片利舊煙機運行時間逐步縮短。煙機從第3次故障開始，不僅有結(jié)垢，而且還有沖刷，沖刷對煙機轉(zhuǎn)子的影響也是決定因素之一。沖刷后的轉(zhuǎn)子，進行修復(fù)利舊，雖然開機狀況較好，但運行的可靠性不高，分析可知，煙機轉(zhuǎn)子葉片的狀況是煙機長周期運行的重要因素。

2.煙機機組入口的旋分效果

從表1可看出，第3次機組搶修時，粉塵含量高達240mg/m3，與前兩次比較，煙氣粉塵含量增大，高于了允許值，第9次故障時，粉塵含量已達351mg/m3，說明隨著裝置長周期的運行，旋分器及三旋效率下降，煙機入口粉塵含量上升，煙機入口粉塵含量的高低直接影響煙機結(jié)垢程度。

表1 煙機入口粉塵含量

2013年8月份，檢修期間打開再生器檢查，發(fā)現(xiàn)沉降器部分翼閥螺絲斷裂閥板脫落，沒有脫落的翼閥閥板全部沖刷穿孔。根據(jù)檢修情況，可判定沉降器部分翼閥閥板脫落和沖刷穿孔是導(dǎo)致旋分效果下降和煙機入口粉塵含量超高的主要原因。因再生器催化劑跑損及三旋旋分效果下降，給煙機結(jié)垢和沖刷提供了結(jié)垢、沖刷的基礎(chǔ)物質(zhì)。

3.原料與催化劑性質(zhì)

通過匯總分析每次煙機檢修前原料性質(zhì)，從表2可以看出，原料中鐵、鎳和鈣含量對煙機運行時間影響較大，例如“檢修1、2”煙機運行分別達282d、440d，“檢修7”運行時間也達到了95d，期間重金屬含量都相對較低，對比隨著混合原料重金屬含量的上升，平衡催化劑上重金屬含量相應(yīng)上升，煙機運行時間縮短較為明顯，可以看出重金屬對煙機結(jié)垢影響較大。這是因為在催化裂化反應(yīng)過程中Ca、Fe、Ni等金屬離子主要沉積在催化劑的外表面，而流化過程中催化劑顆粒的摩擦首先發(fā)生在金屬含量高的外表面，大量的金屬附著在催化劑粉塵表面進入煙機，由于金屬離子間相互作用強烈，且易形成固體化合物，加劇了煙機結(jié)垢和沖刷。

表2 煙機歷次檢修前原料性質(zhì)情況

從表3可以得出：裝置平衡劑中篩分＜20μm含量上升，孔容積下降，再生器催化劑跑損增加，金屬含量高，提供煙機結(jié)垢的條件。裝置煙氣溫度較高，但煙機出口煙氣溫度在540℃左右，一般情況下，工作溫度也正好落在磷酸鈣、硫酸鈣等化合物的熔點范圍，而一些重金屬鈉、鉀和釩等也在這個溫度下形成低熔點的共晶體，加劇了催化劑粘稠的傾向。當(dāng)含有大量的催化劑煙氣在水蒸汽的的作用下通過葉片時，由于溫差的存在，易形成結(jié)垢條件。

綜上所述，煙機機組故障主要原因為：一是沉降器部分翼閥閥板脫落、沖刷穿孔，旋分效果下降，給煙機結(jié)垢和沖刷提供了結(jié)垢、沖刷的基礎(chǔ)物質(zhì)；二是煙機轉(zhuǎn)子沖刷后重復(fù)利舊運行效果差，雖然做了清洗和動平衡等修復(fù)工作，但修復(fù)后的轉(zhuǎn)子可靠性不能滿足設(shè)備運行需求；三是原料和催化劑重金屬含量高加劇了結(jié)垢的環(huán)境，金屬離子間相互作用強烈，易形成固體化合物，加劇了煙機結(jié)垢和沖刷。

三、煙機機組長周期運行措施

1.設(shè)備升級改造，提高旋分效率

在8月份檢修中，對再生器旋分的薄弱環(huán)境的設(shè)備進行了改造材料升級，8個再生器旋分一級防倒錐和再生器旋分二級全覆蓋翼閥材料分別升級為S30408和S30409。為了提高設(shè)備可靠性，翼閥還采用了耐磨材料和噴涂工藝在耐磨層使用了熱噴涂工藝，噴涂材料為Ni60，噴涂厚度＞3mm，進一步提高旋分設(shè)備的可靠性，保證了旋分設(shè)備的安穩(wěn)長運行。同時，通過技術(shù)改造，再生器二級旋分出口濃度達到了＜500mg/m3的標準，三旋出口煙氣催化劑含量＜150mg/m3，主要性能指標的優(yōu)化，為煙機機組安穩(wěn)長運行提供了前決條件。

表3 煙機歷次檢修前催化劑情況

2.原料結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低原料重金屬和鈣的含量

鈣的主要來源在于原料，優(yōu)化原料品種，對該裝置使用的原油構(gòu)成中，摻煉渣油的先經(jīng)過渣油加氫裝置進行加氫、脫硫和脫重金屬處理，從油種優(yōu)化前后比較，F(xiàn)e、Ni等金屬含量減少了40%～50%。同時，加強對常減壓裝置電脫鹽的監(jiān)控，優(yōu)化電脫鹽操作，使用高效脫鈣劑，對原油金屬鈣的脫除率在72%左右，控制含鹽在3mg/L以下，將原油中的無機鹽盡可能脫除。

3.嚴防煙機機組入口溫度超工藝指標

超溫一方面影響煙機的壽命、各零部件的間隙變化，甚至發(fā)生靜動部件發(fā)生摩擦；另一方面高溫也會造成催化劑細粉的黏度增加，粉塵容易附著在葉片周圍，從而造成煙機葉片磨損，振動超標。在實際操作中，嚴格監(jiān)控?zé)煓C入口溫度，反應(yīng)床溫控制在730℃以內(nèi)，保證入口溫度不超700℃。對于煙機入口溫度，責(zé)任明確到人，嚴格的監(jiān)督考核制度，確保煙機入口溫度的平穩(wěn)。

4.確保輪盤蒸汽品質(zhì)，蒸汽改為裝置氣壓機背壓引入

催化劑在煙機流道部位的沉積及燒結(jié)是影響煙機長周期運行的重要原因之一。其沉積及燒結(jié)的主要原因是鈉、鉀、鈣和釩在高流速低靜壓情況下，當(dāng)溫度在500～600℃時生成的低熔點結(jié)晶體使催化劑變得十分容易粘結(jié)。所以將輪盤溫度控制在340～380℃，同時減少蒸汽使用量。為了更好的穩(wěn)定輪盤溫度，保證輪盤冷卻蒸汽品質(zhì)，還將煙機機組使用的冷卻蒸汽由氣壓機背壓和低壓蒸汽管網(wǎng)一同引入，氣壓機正常運行時，關(guān)小低壓蒸汽管網(wǎng)的界區(qū)閥，使用裝置氣壓機背壓蒸汽至煙機機組，并對此段管線加裝保溫，同時嚴格監(jiān)控蒸汽入口溫度層，保證監(jiān)測點溫度高于220℃。

四、結(jié)論

通過采取了上述改造和措施，煙機回收功率穩(wěn)定在8 500kW左右，2013年與2012年改造前后對比，全年回收功率增加了，按1年減少故障次數(shù)5次計算，每搶修一次少節(jié)能做功7天，工業(yè)用電按0.55元/kW·h計算，改造后，煙機節(jié)能效益約392萬/年。

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