催化劑堆積對(duì)催化裂化煙氣輪機(jī)效率影響分析

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(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

催化劑堆積對(duì)催化裂化煙氣輪機(jī)效率影響分析

李琳琳，陳洪巖

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

煙氣輪機(jī)是催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，正常運(yùn)行下可大幅度降低裝置能耗。分析了催化劑堆積對(duì)催化裂化煙氣輪機(jī)效率的影響以及催化劑堆積的原因，提出了相應(yīng)切除煙機(jī)氣輪機(jī)降溫的處理方案，實(shí)施后效果良好。

催化裂化裝置； 煙氣輪機(jī)； 效率； 催化劑； 堆積

催化裂化裝置是石化行業(yè)主要的二次加工裝置之一，煙氣輪機(jī)(簡(jiǎn)稱煙機(jī))作為這一裝置的核心設(shè)備，其能否平穩(wěn)高效運(yùn)行，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的“長(zhǎng)、安、穩(wěn)”生產(chǎn)，而且對(duì)降低生產(chǎn)成本作用巨大[1-5]。

某型號(hào)YL-4000D催化裂化單級(jí)煙機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)[6，7]：進(jìn)/排氣溫度670 ℃/540 ℃，進(jìn)/排氣壓力0.240 MPa/0.105 MPa，入口體積流量(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)1 260 m3/min，輸出功率為4 367 kW。煙機(jī)于2013-06投入運(yùn)行至2015-05使用效果良好。2015-06進(jìn)行檢修后重新開(kāi)機(jī)后不久，煙機(jī)效率逐漸下降，文中對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 催化劑堆積對(duì)煙機(jī)影響及分析

1.1煙機(jī)效率影響

與原雙級(jí)煙機(jī)相比，在同樣標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量下(8萬(wàn) m3/h)，電流從原280 A下降到160 A。運(yùn)行數(shù)月后，煙機(jī)效率逐漸下降，主電機(jī)電流逐漸上升，部分測(cè)量數(shù)值見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 電機(jī)與入口風(fēng)量匹配圖

圖2 電機(jī)與雙閥開(kāi)度匹配圖

從圖1和圖2中可以看出，從2015-07重新開(kāi)機(jī)正常后至9月初，煙機(jī)效率較高，運(yùn)行狀態(tài)比較平穩(wěn)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量在(7～8)萬(wàn)m3/h時(shí)，主機(jī)電流在160 A上下，隨風(fēng)量略有波動(dòng)，雙閥開(kāi)度基本處于全關(guān)狀態(tài)。也就是說(shuō)，煙氣全部通過(guò)煙機(jī)做功，沒(méi)有從雙閥直接排入煙囪。

從9月初開(kāi)始，電流值微幅上升，至9月底開(kāi)始有非常明顯的上升趨勢(shì)，而入口風(fēng)量沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明煙機(jī)效率下降明顯。與此同時(shí)觀察雙閥的開(kāi)度，在電流上升的同時(shí)，雙閥開(kāi)始逐漸打開(kāi)，這也就說(shuō)明煙氣開(kāi)始逐漸走煙機(jī)旁路——雙閥，而沒(méi)有通過(guò)煙機(jī)做功。

1.2煙機(jī)效率下降原因分析[8-10]

單純分析煙機(jī)效率下降的原因最可能是動(dòng)葉片吹損。如果是動(dòng)葉片吹損，一般都會(huì)導(dǎo)致煙機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡失衡，表征現(xiàn)象就是振動(dòng)上升，而本特利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示的振動(dòng)值一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，因此基本可以排除動(dòng)葉片吹損因素。其他的操作參數(shù)也都沒(méi)有發(fā)生變化，再結(jié)合雙閥的情況，表明煙機(jī)流通面積在減小，導(dǎo)致煙氣流通量下降，致使煙機(jī)效率下降。

2015-12-29，裝置主風(fēng)機(jī)電機(jī)與變速箱的聯(lián)軸節(jié)供油出現(xiàn)故障，被迫將裝置主風(fēng)機(jī)切至備機(jī)，以處理聯(lián)軸節(jié)供油故障，處理時(shí)間約持續(xù)2 h。此時(shí)煙機(jī)入口溫度已降至350 ℃，重新切至主機(jī)，當(dāng)主風(fēng)機(jī)機(jī)組運(yùn)行正常后，發(fā)現(xiàn)煙機(jī)效率上升，在風(fēng)量較前期高的情況下，電流降到了180 A左右。這種狀態(tài)只維持了一個(gè)月左右，從2016-02-07開(kāi)始電流再次有了逐漸上升的趨勢(shì)，同時(shí)，雙閥開(kāi)度也產(chǎn)生了相應(yīng)的變化。根據(jù)實(shí)際操作參數(shù)，煙機(jī)的運(yùn)行工況，特別是煙機(jī)的軸位移和軸振動(dòng)非常平穩(wěn)，無(wú)論是在電流較低，還是在電流逐漸上升階段，都保持了很低且很平穩(wěn)的狀態(tài)。

通過(guò)上述原因分析可以知道，煙機(jī)效率下降是由于催化劑堆積造成的。催化劑的堆積使得流通面積減小，從而導(dǎo)致進(jìn)入煙機(jī)的煙氣量下降，致使煙機(jī)效率開(kāi)始下降。

煙機(jī)入口催化劑堆積主要分為動(dòng)葉片催化劑堆積和靜葉片催化劑堆積。但動(dòng)葉片上的催化劑堆積會(huì)造成煙機(jī)振動(dòng)明顯上升，而從機(jī)組的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)記錄可以看出，機(jī)組的運(yùn)行工況沒(méi)有發(fā)生任何變化，特別是煙機(jī)振動(dòng)和位移一直保持在穩(wěn)定且較低狀態(tài)。由此說(shuō)明催化劑應(yīng)該是堆積在靜葉片上，不僅減小了煙氣流通面積，而且也改變了靜葉片角度，導(dǎo)致煙機(jī)效率下降。

2 催化劑堆積原因分析[11-15]

對(duì)煙機(jī)清理后得到的堆積催化劑樣品進(jìn)行了化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)催化劑中含有大量的鈉、鉀等化學(xué)元素，可見(jiàn)形成了低熔點(diǎn)共晶體。

當(dāng)煙氣通過(guò)煙機(jī)時(shí)，顆粒度小于5 μm的催化劑細(xì)粉會(huì)被帶入煙機(jī)中，煙氣中攜帶過(guò)來(lái)的鈉、鈣、鉀、氯化物及釩在低壓下形成低熔點(diǎn)共晶體，這些低熔點(diǎn)共晶體和降溫蒸汽將會(huì)使煙氣中的催化劑十分黏稠。當(dāng)這樣的煙氣經(jīng)過(guò)葉片時(shí)，在其端壁面上形成附面層。附面層氣流產(chǎn)生的離心力不足以平衡自葉片腹面至背面的橫向運(yùn)動(dòng)(即二次流)，使葉片背面端壁面的交角處形成渦區(qū)，催化劑在渦區(qū)內(nèi)沉積下來(lái)，而且越是高氣速區(qū)，旋渦效應(yīng)越明顯，催化劑沉積越容易。另外，氣流在拐彎或當(dāng)氣流遇到筋板阻流時(shí)也會(huì)造成渦流而沉積，這種沉積隨時(shí)間的增長(zhǎng)和細(xì)粉的增多會(huì)越發(fā)嚴(yán)重。

煙機(jī)催化劑的堆積過(guò)程有可能需要幾個(gè)月，或者幾天，甚至幾小時(shí)，此數(shù)值并不是一個(gè)定數(shù)，它與操作條件、堆積表面和催化劑等有著極大的關(guān)系。

3 處理方案及效果

3.1處理方案

根據(jù)煙機(jī)效率下降的原因分析和催化劑堆積的成因，可以知道要想解決煙機(jī)效率下降問(wèn)題，必須去除煙機(jī)靜葉上堆積的催化劑以保證煙氣流通量。

鑒于催化劑與煙機(jī)靜葉片材質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，催化劑堆積物的熱膨脹系數(shù)大約為煙機(jī)靜葉片典型奧氏體不銹鋼的1/3。因此，采取了切除煙機(jī)降溫法，降溫冷卻時(shí)可使堆積的催化劑龜裂，從而自動(dòng)脫落。需要說(shuō)明的是，此過(guò)程應(yīng)控制降溫速度不大于100 ℃/h，防止煙機(jī)整體變形。

3.2試運(yùn)行效果

2016-05-25采取了上述處理方案，即將主風(fēng)機(jī)切至備機(jī)，按照既定方案對(duì)煙機(jī)進(jìn)行降溫，降溫至270 ℃，時(shí)間為10 h。降溫完畢后，主電機(jī)電流再次降至180 A左右，至今為止使用效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

催化劑堆積對(duì)煙機(jī)效率有著極大的影響，由于催化劑堆積而導(dǎo)致煙機(jī)出故障的案例也不在少數(shù)。雖然采取切除煙機(jī)降溫法能夠暫時(shí)解決煙機(jī)催化劑堆積的問(wèn)題，但還沒(méi)有徹底解決催化劑堆積問(wèn)題，有待深一步的探究。

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(許編)

EffectAnalysisofTurbineScalingEfficiencybyCatalystAccumulation

LILin-lin，CHENHong-yan

(Offshore Oil Engineering Co. Ltd., Tianjin 300452, China)

Gas turbine scaling is the key equipment of catalytic cracking unit, under the normal operation device can greatly reduce the energy consumption. The catalyst accumulation effect on the efficiency of the gas turbine scaling was analyzed concretely, and the corresponding treatment scheme was put forward, in order to achieve good operation effect.

catalytic cracking unit; gas turbine scaling; efficiency; catalyst; accumulation

TQ050.7； TE969

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.01.017

1000-7466(2017)01-0082-03

2016-08-16

李琳琳(1984-)，女，山東萊蕪人，工程師，學(xué)士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作。