大慶煉化公司100萬噸/年ARGG三級旋風(fēng)分離器單管堵塞原因分析及改造

趙立民 劉慶 劉濤(大慶煉化公司煉油一廠，黑龍江 大慶 163411)

1 三旋運(yùn)行情況

一套ARGG裝置三級旋風(fēng)分離器，臥式結(jié)構(gòu)，共有單管170根，設(shè)計煙氣流量2847m3/min。

1.1 自三旋首次開工以來至2013年共進(jìn)行過8次檢修，每次均發(fā)現(xiàn)三旋單管有嚴(yán)重的結(jié)垢、堵塞的現(xiàn)象，最嚴(yán)重時單管堵塞率可達(dá)70%，主要集中在下部6層。

1.2 2010年檢修，發(fā)現(xiàn)三旋內(nèi)部膨脹節(jié)導(dǎo)流筒擋圈脫落。

1.3 2010年和2012年檢修，發(fā)現(xiàn)三旋單管排塵斗側(cè)壁局部磨漏其中2012年三旋單管磨漏多達(dá)34處。

1.4 由于三旋單管的嚴(yán)重堵塞造成三旋壓降增大，大量主風(fēng)通過雙滑跑損，煙機(jī)做功能力因此下降，同時因堵塞后分離效率降低，導(dǎo)致煙氣中粉塵濃度增加，造成煙機(jī)頻繁結(jié)垢，機(jī)組需停機(jī)檢修。

2 原因分析

三旋原設(shè)計采用臥式單管，單管排塵口為雙錐結(jié)構(gòu)，針對單管的分離效率及堵塞成因，我們進(jìn)行如下分析:

2.1 三旋工藝核算與單管性能

2.1.1 再生兩級旋分+集氣室+再生器→三旋入口煙道:ΔP總=15KPa

2.1.2 再生兩級旋分+集氣室+再生器→三旋入口煙道:ΔT總=10℃

2.1.3 三旋原設(shè)計流量:Q總=170820m3/h

2.2 不同型式的排塵結(jié)構(gòu)三旋單管比較

再生煙氣能量回收系統(tǒng)第三級旋風(fēng)分離器主要由三種類型:立式單管型、臥式單管型、旋分式。初期普遍使用帶泄料盤結(jié)構(gòu)的EPVC型立式單管，后來逐步推廣應(yīng)用PDC型立式單管及PT型臥式單管。雙錐排塵結(jié)構(gòu)在立式或臥式三旋應(yīng)用后，運(yùn)行中較多地出現(xiàn)單管結(jié)垢堵塞和雙錐磨漏磨掉等問題，甚至雙錐磨穿、下錐脫落更是普遍現(xiàn)象。

比較表明:三旋單管的排塵雙錐內(nèi)存在著一些不利的二次流。在上下錐的結(jié)合部和排塵口處都存在著較多的渦流和偏流，易造成雙錐內(nèi)部的返混和排塵口處的返混。經(jīng)實(shí)驗(yàn)流場測試表明排塵雙錐有以下不足之處:

2.2.1 整個旋風(fēng)管內(nèi)，徑向速度的方向均向內(nèi)，即為向心速度且越向中心數(shù)值越大，這對外層區(qū)域內(nèi)顆粒的分離和夾帶到中心區(qū)域內(nèi)的細(xì)粉二次再分離是非常不利的。

2.2.2 上下錐體的結(jié)合部形成環(huán)形空間，上錐下口有一股氣流向上流入此環(huán)形區(qū)，在向心徑向速度和較高切向速度下，環(huán)形空間形成了旋轉(zhuǎn)氣圈。該氣圈靠近上錐下口向下流動形成高濃度粉塵流灰環(huán)?；噎h(huán)靠近上錐下口，在向心速度作用下形成短路流，夾帶粉塵到中心上升氣流中，從而降低了單管的分離效率，同時灰環(huán)對雙錐接合部的沖刷破壞也非常嚴(yán)重。

2.2.3 雙錐結(jié)構(gòu)的兩個錐體疊套在一起，若上下錐組對同軸偏差大，上述灰環(huán)形成的磨損和短路流現(xiàn)象會更加嚴(yán)重。

為了解決排塵雙錐的不足，國內(nèi)又陸續(xù)開發(fā)了具有簡單的單錐排塵結(jié)構(gòu)的高效旋風(fēng)管。單錐內(nèi)不存在二次流，單錐排塵結(jié)構(gòu)旋風(fēng)管在國內(nèi)屬于第三代單管，典型產(chǎn)品有PST-250型、PST-300型立式單管，和PHT型、蝶式臥管。經(jīng)過十多家催化裝置的運(yùn)行和檢驗(yàn)，目前國內(nèi)催化裝置三旋雙錐排塵結(jié)構(gòu)單管已基本被單錐排塵結(jié)構(gòu)單管所替換。

2.3 在用PT-II臥式三旋殼體下部凈空尺寸比較

對國內(nèi)同類裝置三旋進(jìn)行比較，統(tǒng)計情況看我公司100萬噸/年ARGG三旋殼體下部凈空尺寸最小。

凈空尺寸過小的主要缺點(diǎn):從三旋內(nèi)部分離原理來看，經(jīng)過高效分離的氣相煙氣經(jīng)單管上部的出口排出進(jìn)入煙機(jī)做功，固相催化劑細(xì)粉由單管下部排塵口排出后進(jìn)入排塵倉回收。因單管為自上而下分層排布，因返混的存在，隨著粉塵的排出，越往下粉塵濃度越高，越不利于底部單管的排塵。這樣設(shè)計較大的凈空尺寸，最大限度的減少返混、竄流強(qiáng)度及不利影響，有利于減緩三旋單管的堵塞，從而使其始終保持高效運(yùn)行。

2.4 三旋結(jié)垢原因

一般來說單管堵塞并非完全由于操作不當(dāng)引起的，采用易產(chǎn)生細(xì)粉的降烯烴催化劑及設(shè)備自身設(shè)計不合理為主要原因。

2.4.1 在三旋特定的兩相流場中，具有一定錐角的單管排塵錐體有細(xì)粉掛壁和催化劑微粒結(jié)垢的傾向。

2.4.2 排塵雙錐內(nèi)不利的二次流極易造成催化劑細(xì)粉形成的灰環(huán)磨損與結(jié)垢堵塞。

2.4.3 單管排塵口與三旋殼體襯里壁的不足距離不僅降低了三旋效率而且形成的竄流返混現(xiàn)象加速了臥式單管尤其是底部單管的結(jié)垢堵死過程。

2.4.4 雙錐結(jié)構(gòu)的排塵口一般較小，不利于粉塵的排出，易堵塞。

3 改造方案

3.1 PHT-III 250型為單錐排塵結(jié)構(gòu)，單管處理量1300 m3/h（大于PT-II 250型）。從國內(nèi)臥式三旋運(yùn)行及單管自身結(jié)構(gòu)分析論證，單錐結(jié)構(gòu)防結(jié)垢及堵塞效果優(yōu)于雙錐結(jié)構(gòu)，不存在二次流的干擾。因單管處理能力高，應(yīng)用后分離單元單管數(shù)量由170根降至150根，可極大改善氣流及壓力分布不均的情況，進(jìn)一步增強(qiáng)防結(jié)垢和排塵能力。

3.2 選用PHT-Ⅲ250型單管重新設(shè)計后，每層單管排布仍為10根，單管數(shù)量降低后減少2排單管變成15排，這樣單管排間距可由目前的600mm提高至650mm，減少因間距過小造成的相互影響，同時排塵倉底部空間增大有利于排塵。

4 投用后三旋性能

4.1 三旋出口催化劑濃度≤130mg/m3。

4.2 三旋出口催化劑粒度10＞μm的≤1%。

4.3 長周期性能

4.3.1 三旋分離效果隨反-再系統(tǒng)長周期有效運(yùn)行，不對煙機(jī)產(chǎn)生不利影響；

4.3.2 在沉降器、再生器不發(fā)生經(jīng)常性大幅度跑劑的條件下，運(yùn)行三年后，允許存在一般性可接受的結(jié)垢問題。

5 投用后效果

裝置于2013年9月份對三旋分離單元進(jìn)行了更換，于10月4日以裝置最佳處理量進(jìn)行標(biāo)定，三旋運(yùn)行數(shù)據(jù)如下:

三旋總壓降ΔP總≤9.8KPa

三旋出口催化劑濃度≤94mg/m3

三旋出口催化劑粒度10＞μm的≤0.8%