重油催化裂化裝置煙機常見故障原因分析

張 宇

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

煙氣輪機簡稱煙機，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)機械設(shè)備，也是一種非常重要的節(jié)能降耗設(shè)備。煙機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行回收利用，通過煙氣中的熱能驅(qū)動壓縮機做功或者通過提供動能驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電，以達到回收煙氣中能量、實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。在重油催化裂化生產(chǎn)裝置中，煙機的運行狀態(tài)直接影響著整個機組的平穩(wěn)生產(chǎn)與安全運行，對保障整個裝置的正常運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)裝置的運行周期和經(jīng)濟效益。

1 煙機結(jié)垢原因分析及解決措施

1.1 結(jié)垢對煙機生產(chǎn)運行的嚴重危害后果

結(jié)垢對煙機的正常生產(chǎn)運行有一定影響。煙機表面污垢沉積到一定的厚度和尺寸時，結(jié)垢物就會阻塞靜葉環(huán)與葉頂之間的間隙。間隙的變小會導(dǎo)致煙機在生產(chǎn)運行時發(fā)生后軸瓦雙側(cè)振動值同時增大，偏離標準值的故障現(xiàn)象，最終導(dǎo)致主風(fēng)機振動值不斷地呈現(xiàn)無規(guī)則變化、振動加劇。為了避免劇烈振動引發(fā)安全事故，煙機只能停機進行檢修。

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

1.2 煙機產(chǎn)生結(jié)垢的原因分析

煙機工作環(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，使得煙機出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或者葉片損壞的現(xiàn)象，劇烈的振動故障還容易引發(fā)安全事故，造成巨大的經(jīng)濟損失。

1.2.1 催化劑細粉導(dǎo)致結(jié)垢

高濃度的催化劑細粉是引起煙機產(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產(chǎn)生的力的作用，催化劑顆粒相互之間會產(chǎn)生劇烈的摩擦磨損，會在煙氣中產(chǎn)生高濃度的細粉，而且在摩擦磨損過程中會產(chǎn)生一定的靜電電荷，靜電的吸引作用會致使催化劑被吸附在管壁或者煙機表面，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)過長時間使用以后，受到流體力的推動作用使得催化劑顆粒表面會發(fā)生磨損，磨損會產(chǎn)生大量的細粉，相互之間的磨損使得催化劑顆粒的粒度也會相應(yīng)地變小，粒度的變小也會加劇磨損過程，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。大櫻桃花芽分化時間較早，一般從幼果期開始，確切的時間是落花后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生長同步進行，故此期對養(yǎng)分需求量很大。正常情況下，大櫻桃每朵花只分化1個雌蕊，但在夏季高溫干燥時，1朵花可以分化出2～4個雌蕊，第2年開花結(jié)果后，能結(jié)出2～4個果連在一起的畸形果。為了促進花芽分化，在櫻桃花后就要及時補肥澆水，同時在夏季高溫干燥時可采取搭遮陰棚、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為難以裂解存在煙氣中，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，會吸附在管壁或者煙機葉片上，隨著時間的累積，當結(jié)垢物尺寸成長到一定尺寸時就會導(dǎo)致機械設(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旋風(fēng)分離器如果生產(chǎn)負荷過重，便會降低其工作效率，從而使得高濃度的粉塵導(dǎo)致增加結(jié)垢的速度。

影響三級旋風(fēng)分離器效率降低的主要原因有以下兩個方面。

（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)中三級旋風(fēng)分離器的生產(chǎn)負荷，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）對催化劑顆粒粒度進行監(jiān)測，調(diào)整保持一定的三級旋風(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準范圍內(nèi)，降低鎂、鈣、鈉、鐵等金屬化合物雜質(zhì)的含量。

（4）優(yōu)化操作煙機工況，確保無過量或者多余蒸汽進入反應(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，降低催化劑細粉中膠質(zhì)的粘連，同時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 煙機動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的轉(zhuǎn)子動平衡被破壞，致使機組振動幅度超標，振動劇烈時會致使機組停機進行檢修。

3.1 煙機動不平衡故障原因分析

例如，某年重油催化裂化裝置煙機發(fā)生機組劇烈振動，造成停機檢修。

對煙機進行現(xiàn)場檢查，沒有發(fā)現(xiàn)軸承箱支架等地腳螺栓等松動的現(xiàn)象，初步判斷引起機組振動主要原因為動平衡被破壞。通過煙機振動的數(shù)據(jù)與三級旋風(fēng)分離器出口處粉塵含量數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)煙機的振動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)垢物使得煙機旋轉(zhuǎn)的動平衡被破壞。停機后檢修拆出的轉(zhuǎn)子，發(fā)現(xiàn)存在催化劑粉塵粘附的情況，并在轉(zhuǎn)子兩級動葉之間的靜葉上存在不均勻分布的燒結(jié)的催化劑硬塊，說明煙機在運轉(zhuǎn)過程中存在有粉塵堆積引起的動不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致了煙機的劇烈振動故障。

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，從而破壞了煙機轉(zhuǎn)子的動平衡狀態(tài)，引起煙機振動過高發(fā)生機械故障。

3.2 煙機動不平衡故障解決措施

（1）為了降低煙機運行過程中煙機振動值，就要盡量減少煙氣中催化劑細粉的含量，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間，使這些粉塵粘附物盡早地脫落下來，使煙機轉(zhuǎn)子保持動平衡狀態(tài)，從而有效地控制煙機振動值保持在允許的范圍內(nèi)。

（3）在煙機開機后，可以調(diào)整輪盤冷卻蒸汽量和煙氣量，優(yōu)化操作工況。比如在開機時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)，可以起到降低煙機振動值的作用。

（4）安裝使用催化劑顆粒激光在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以及時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，通過實時檢測數(shù)據(jù)判斷三級旋風(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的高速旋轉(zhuǎn)葉片，一直以很高的速度沖刷著煙機流道，在高溫的條件下，煙氣粉塵對煙機轉(zhuǎn)子的磨損更加劇烈，榫槽、臺肩、葉片等通常是磨損最為嚴重的部位，隨著時間的累積經(jīng)常會出現(xiàn)刀刃狀的劃痕，在沖蝕嚴重時甚至?xí)尸F(xiàn)出蜂窩狀，磨損嚴重影響著煙機的動平衡狀態(tài)。

當煙機葉片被煙氣均勻沖刷時，粉塵磨損對煙機轉(zhuǎn)子的平衡影響不大，而當煙機葉片出現(xiàn)不均勻磨損時，轉(zhuǎn)子的動平衡狀態(tài)遭到破壞，機組振動幅度呈上升狀態(tài)。葉片沖蝕狀況隨著時間日益加劇，導(dǎo)致葉片受損更加嚴重，伴隨著機組振動幅度逐漸增加，在長時間振動產(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使煙機的轉(zhuǎn)子動平衡狀態(tài)遭到嚴重破壞，使得機組振動值大幅增加，致使機組不能正常運行，此現(xiàn)象發(fā)生時必須停機進行檢修。

4 結(jié)束語

煙機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組，其能否正常運行不僅影響到裝置的生產(chǎn)能力和長周期運行，而且直接關(guān)系著整個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組的振動、提高煙機的工作效率，這對于降低裝置能耗起著重要作用。