重油催化裂化煙機CO超標原因分析及處理方案

王恒，張嘉毓，隋建國，趙國君，張靖銘

（1.中國石油大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711；2.東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163318）

重油催化裂化煙機CO超標原因分析及處理方案

王恒1，張嘉毓2，隋建國1，趙國君1，張靖銘1

（1.中國石油大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711；2.東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163318）

某重油催化裝置主風機廠房因煙機機械密封磨損造成煙氣泄漏導致CO超標，裝置通過對煙氣輪機進行檢修、增設(shè)通風設(shè)施及加強監(jiān)測，降低了CO室內(nèi)監(jiān)測值，達到國家標準要求。

重油催化裝置；CO監(jiān)測；煙氣輪機；泄漏

某1 400 kt/a重油催化裂化裝置是由北京設(shè)計院承擔主體設(shè)計，其分餾塔共有32層塔盤，塔底部裝有10層人字檔板，裝置運行以來一直都比較平穩(wěn)。該裝置主要由反應(yīng)再生、分餾、吸收穩(wěn)定、煙氣回收機組、氣壓機、CO焚燒爐、產(chǎn)品精制等部分組成。以減壓渣油、減壓蠟油、酮苯蠟膏、糠醛抽出油調(diào)和為原料，采用超穩(wěn)分子篩催化劑。主要產(chǎn)品為液化氣、汽油、輕柴油、油漿等。工藝路線采用超穩(wěn)分子篩催化劑提升管反應(yīng)，同軸、重疊式兩段再生工藝，并配有煙氣回收和外取熱器［1］。

1 裝置概況

裝置主風機組是由蘭煉機械廠制造的煙氣輪機、陜西鼓風機廠制造的軸流壓縮機、南京高速齒輪箱廠制造的齒輪箱和上海電機廠制造的電動/發(fā)電機組成。軸流壓縮機的任務(wù)是為再生催化劑燒焦提供用風，同時為催化劑流化提供動力。軸流壓縮機是陜西鼓風機廠引進瑞士蘇爾壽公司技術(shù)設(shè)計制造的，具有流量調(diào)節(jié)范圍寬和效率高的特點。煙氣輪機的任務(wù)是回收催化劑再生所產(chǎn)生高溫煙氣中的熱能和壓力能。機組為重油催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，采用三機組配置型式，即“煙氣輪機—軸流壓縮機—增速箱—電動/發(fā)電機”。煙氣輪機為軸向進氣，垂直向上排氣，雙級懸臂式的結(jié)構(gòu)，它主要由進氣導流錐、轉(zhuǎn)子組件、進氣機殼、排氣機殼、過渡機殼、軸承箱、軸承、底座、軸封系統(tǒng)等部分組成。煙氣輪機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 煙氣輪機主要技術(shù)參數(shù)

2 煙氣輪機CO超標

裝置主風機組是能量回收系統(tǒng)中的一部分，是催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，采用三機組配置型式，即“煙氣輪機—軸流壓縮機—電動/發(fā)電機”。軸流壓縮機的任務(wù)是為再生催化劑燒焦提供用風，同時為催化劑流化提供動力；煙氣輪機的任務(wù)是回收催化劑再生所產(chǎn)生高溫煙氣中的熱能和壓力能，作為原動機驅(qū)動軸流壓縮機運行。在2015年全裝置大檢修時，主風機組隨檢修期同步檢修。在開工后，發(fā)現(xiàn)主風機廠房CO含量超標，高達48×10-6，懷疑煙氣輪機密封有問題，煙氣發(fā)生泄漏。主風機廠房因煙機機械密封磨損造成煙氣泄漏，煙氣中含有CO，室內(nèi)CO超過國家標準要求30 mg/m3，會對作業(yè)人員造成身體健康上的損害，嚴重時可能造成生命安全［2］。

3 CO超標的處理方案

為了處理煙氣輪機泄露問題，從2016年9月2日至19月6日，對k101f機組進行檢修。分別從振動情況：2015年大檢修開車后煙機一直平穩(wěn)運行，至16年7月振動開始上升，停機前輪盤側(cè)最高超80um；溫度情況：2015年大檢修開車后至停機前，煙機輪盤側(cè)瓦溫最高79℃（80℃報警）；CO報警：2015年大檢修開車后廠房內(nèi)經(jīng)常CO超標報警，分析是小蓋板氣封或過渡環(huán)法蘭泄漏［3］。

（1）流道內(nèi)催化劑較多。進汽錐內(nèi)部、動葉片表面、靜葉片表面等。且催化劑顏色、狀態(tài)不同。進汽錐中催化劑以粉磨狀居多，灰白色，動葉表面以片狀居多，且有一定的脆硬性，在二級靜葉頂端（磨損位置）發(fā)現(xiàn)黑色塊狀催化劑，且質(zhì)地堅硬。其它位置有少量黑色但不堅硬的催化劑，見圖1。

圖1 煙機輪盤及葉片磨損情況

從圖1可見，殘存催化劑量比較大，但狀態(tài)和存在位置，沒有明顯不同。2015年檢修開機后一直平穩(wěn)運行，至2016年7月，振動開始持續(xù)上升，說明可能在此期間工藝有變化，催化劑泄漏量開始增加［4］。

處理方案：檢修時對轉(zhuǎn)子及進汽錐進行了高壓水清洗及手工清理。

（2）一級輪盤與二級動葉有磨損在一級輪盤與二級靜葉頂配合位置，粘結(jié)的催化劑成塊，將一級輪盤及一級動葉根磨損成溝，見圖2。

圖2 一級輪盤及一級動葉根磨損

二級靜葉頂部分磨損。對比之前檢修，也出過此位置的磨損，但程度沒有這次嚴重，且此位置并不是經(jīng)常性磨損的位置。回裝時檢查本體同心發(fā)現(xiàn)殼體稍有變形但不大，復查該位置間隙，發(fā)現(xiàn)正上方間隙小，約3.7 mm，下部4.5 mm左右，均小于5 mm的標準間隙。但間隙小不是磨損的根本原因，催化劑泄漏粘結(jié)才是根本原因，即使此間隙增大1～2 mm，只是延緩開始磨損的日期，磨損的本質(zhì)不會改造。如具備條件，可考慮在保證對中的前提下進一步調(diào)整本體同心，或在保證強度及耐沖刷性能的前提下，打磨靜葉葉頂，減小該位置厚度，從而增加間隙［5～9］。

處理方案：檢修更換了二級靜葉。

（3）二級靜葉蜂窩密封脫落，見圖3。

圖3 二級靜葉蜂窩密封脫落

對比以往檢修，該密封經(jīng)常脫落，嚴重時脫落破碎且部分缺失，而該次雖脫落，但未破碎。分析原因，可能是此位置溫度高，開停機溫差大，催化劑沖刷重，該種密封不適合該工況或密封質(zhì)量差。氣封如果是運行時脫落，應(yīng)該磨損較重且有可能破碎，脫落未破碎，說明有可能是停機過程中脫落的。該種密封成本高，故障率高，最近一次的新氣封外觀與前幾次有差別，材質(zhì)較硬，蜂窩孔不如舊氣封細密，在提升機組能效方面作用可能有限，可考慮改成其它形式低成本的密封［10］。

處理方案：檢修更換了密封。

（4）小蓋板蜂窩密封孔有一部分被催化劑堵塞。

處理方案：更換小蓋板氣封I，清理并減小氣封間隙。

（5）振動問題。解體前經(jīng)狀態(tài)監(jiān)測，認為轉(zhuǎn)子不平衡是主要原因，解體后，現(xiàn)象與之對應(yīng)（葉片結(jié)垢），不平衡現(xiàn)象確實存在。同時碰磨現(xiàn)象也較重。檢查瓦的磨損情況和瓦間隙，沒有發(fā)現(xiàn)問題。說明引起振動的原因是不平衡加碰磨。

處理方案：更換轉(zhuǎn)子，使用04號轉(zhuǎn)子（2012年10月15日首次投用），及該轉(zhuǎn)子一級葉片（累計運行659 d），二級葉片使用05號轉(zhuǎn)子配套產(chǎn)的葉片（累計運行392 d）。并做動平衡合格。

（6）輪盤側(cè)瓦溫度高。解體檢查瓦完好，未見磨損痕跡，復查間隙與2015年安裝時一致且不超標。分析原因是小蓋板蜂窩氣封漏氣，熱傳遞致使瓦溫高。2015年全新瓦及軸承箱，可能油路不暢，熱量帶不走引起瓦溫高［11］。

處理方案：更換小蓋板氣封并調(diào)整間隙達到0.75 mm，同時需清理油路，并將油嘴蓋的上油孔（油路中管徑最小位置）部擴孔，從5.0 mm擴大到5.7 mm。另外了加大瓦口泄油槽。

（7）CO報警問題。原因是過渡環(huán)位置下方保溫外部有條狀煙熏痕跡，在喇叭口上面有一片狀煙熏痕跡解體過渡環(huán)位置，在檢修前懷疑過渡環(huán)或小蓋板漏氣，解體過渡環(huán)未發(fā)現(xiàn)法蘭口沖刷泄漏痕跡，但原安裝的石墨墊，已全部消失，消失原因尚不明確，如果是此位置泄漏，那么泄漏量將會很大，與實際不符。小蓋板氣封間隙明顯超差。進一步分析超差的原因，以往檢修時因殼體變形，殼體中分面與軸承箱中分面錯位，曾發(fā)生小蓋板拆卸困難的問題，當時將直口間隙加大，而調(diào)整氣封間隙時，小蓋板中分面未安裝墊片，當正式回裝時，中分面墊片將小蓋板抬高（直口間隙1 mm），引起氣封間隙大而泄漏。

處理方案：過渡環(huán)法蘭不使用石墨墊，改用HICOM-H800密封膠，小蓋板氣封更換并調(diào)整間隙，在小蓋板中分面不使用墊片，也用H800密封膠。

（8）其它輔助措施。設(shè)置固定式一氧化碳報警器1臺；設(shè)置通風系統(tǒng)將泄漏一氧化碳抽出排到廠房外；打開廠房泄漏源兩側(cè)窗戶通風；崗位人員進入時必須佩戴防毒面具；每周至少1次使用便攜式一氧化碳報警器監(jiān)測室內(nèi)空氣中CO含量。

4 結(jié)束語

該重油催化裂化裝置經(jīng)過煙氣輪機改造、并實施了多項科學合理的處理方案后，收到的實際效果顯著。CO監(jiān)測值下降明顯，2017年1～2月CO檢測的平均值為11.5×10-6，最高值為19×10-6，符合國家標準CO室內(nèi)監(jiān)測標準。

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Reason analysis of flue gas turbine CO exceeding standard in heavy oil fluid catalytic cracking unit and treatment scheme

Wang Heng1，Zhang Jiayu2，Sui Jianguo1，Zhao Guojun1，Zhang Jingming1
（1.Oil Refinery of PetroChina Daqing Petrochemical Company,Daqing 163711,China;2.Institute of Petroleum Engineering，Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China）

TThe main air blower house of a heavy oil catalytic cracking unit had flue gas leakage which caused CO exceeding standard due to mechanical seal abrasion of flue gas turbine.By overhauling to the flue gas turbine,adding ventilation equipment and enhancing monitoring,the indoor CO monitoring value was reduced,the national requirement was met.

heavy oil catalytic cracking unit;CO monitoring;flue gas turbine;leak

TQ051

B

1671-4962（2017）06-0016-03

2015-08-02

王恒，男，工程師，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學化學工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事催化裂化生產(chǎn)工藝技術(shù)管理工作。