立式三旋分離單元升級(jí)改造的探討

彭健敏，楊慶偉

（西安市三橋機(jī)電設(shè)備有限公司，陜西 西安 710065）

第三級(jí)旋風(fēng)分離器（簡稱“三旋”） 是催化裂化裝置能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行過程中分離效率的高低直接影響煙氣輪機(jī)的使用。中國石化洛陽分公司——聯(lián)合車間——催化裝置兩套并聯(lián)的三級(jí)旋風(fēng)分離單元2008年投入運(yùn)行。到2015年6月止，分離效率明顯降低，三旋出口煙氣＜10.48μm，粉塵粒徑含量雖能滿足≥90%的要求，但煙氣粉塵含量已由投用初期的 50mg/m3n增大至 110mg/m3，最高時(shí)到達(dá)267mg/m3，已嚴(yán)重影響3＃煙氣輪機(jī)使用壽命和運(yùn)行周期。在近期檢修中發(fā)現(xiàn)，臨界流速磨損嚴(yán)重，三旋泄氣率增大，煙機(jī)回收能量減少，發(fā)電效率降低。為此，作為有多年三旋設(shè)計(jì)制造的專業(yè)廠家，提出了三旋分離單元升級(jí)改造的可行性技術(shù)方案[1-3]。

1 三旋分離單元升級(jí)改造工藝操作參數(shù)情況

三旋分離單元升級(jí)改造工藝參數(shù)詳見表1。

表1 三旋分離單元升級(jí)改造工藝參數(shù)

2 VAS-Ⅱ型高效單管數(shù)量

2.1 進(jìn)入三旋的煙氣體積流量Q

①操作參數(shù)波動(dòng)上限時(shí)

②操作參數(shù)為正常時(shí)

2.2 旋風(fēng)管根數(shù)的確定

VAS-Ⅱ型單管的額定風(fēng)量q=3000（m3/h），三旋正常操作范圍煙氣總量均值Q=255044.47m3/h，則n＝Q/q=255044.47/3000=85.01（根），取84根（考慮到兩套并聯(lián)三旋各取等量單管為宜）[4-5]。

這樣單管正常操作實(shí)際工作風(fēng)量范圍為（下限 247258.46/84～上限 263597.32/84） 2943.55～3138.06（m3/h）。VAS-Ⅱ型單管操作彈性范圍為額定風(fēng)量 3000（m3/h） 的±15% （2550～3450 m3/h），選84根VAS-Ⅱ型單管合理，兼顧到正常操作狀況下、波動(dòng)下限量及上限量。

正常操作量（下限） 時(shí): 線速 υ0=24.85 m/s合理

正常操作量（上限）時(shí):線速υmax=26.49 m/s合理

VAS-Ⅱ型單管入口線速最佳范圍:21.5～29.1 m/s

3 三旋設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)的核算

3.1 三旋壓降

單管設(shè)計(jì)工作風(fēng)量范圍為2943.55～3138.06（m3/h）

以冷態(tài)標(biāo)定結(jié)果可回歸壓力降公式:

式中:V0—單管表觀截面氣速，m/s;

ξ0-阻力系數(shù)，VAS-Ⅱ型單管為68;

3.2 下泄料氣匯合口的喉管直徑

3.3 三旋灰斗壓力

根據(jù)三旋進(jìn)口壓力和三旋壓力降可計(jì)算灰斗壓力為:

P灰斗=0.167-0.0065=0.1605 MPa

三旋灰斗到臨界噴嘴前，估算管路壓力損失為0.02 MPa，由此可計(jì)算出臨界噴嘴前的壓力為:P嘴咀前=0.1605-0.02=0.1405 MPa

根據(jù)噴嘴前后溫度參數(shù)，嘴前煙氣溫度650℃，噴嘴后煙氣溫度545°C，可計(jì)算出臨界噴嘴后的壓力:

3.4 臨界噴嘴出口流速

式中:K—絕熱指數(shù)，空氣K=1.4;

R—?dú)怏w常數(shù)，空氣 R=278J/（kg·K）；

T—熱力學(xué)溫度。

結(jié)論:由以上計(jì)算可知，臨界噴嘴出口的流速不大于當(dāng)?shù)匾羲?，符合要求?/p>

3.5 臨界噴嘴煙氣體積流量

a)臨界噴嘴喉口直徑Φ101.9mm，臨界噴嘴后的煙氣體積流量為:

換算成噴嘴前的體積流量為:

三旋底部下泄氣率為:

b)臨界噴嘴喉口直徑 (用戶已在用的)Φ76mm，臨界噴嘴后的煙氣體積流量為:

換算成噴嘴前的體積流量為:

三旋底部下泄氣率為:

常規(guī)操作要求三旋泄氣率在0.03～0.05，從上述a)條計(jì)算結(jié)果看，三旋底部下泄氣率3.9%，滿足泄氣率 ≮3.5%操作要求（核算后:泄氣率3.9%，嘴喉口直徑Φ101.9 mm）。

4 結(jié)論

1)專利產(chǎn)品VAS-Ⅱ型高效分離單管84根，完全能滿足該裝置三旋分離單管升級(jí)改造工藝操作參數(shù)的要求；

2)兩套三旋分離單元，單管總數(shù)量84根（單套42根）；每套三旋分離單元內(nèi)吊筒單管分布，外圈Φ4030布管22根（另有5根單管備用孔）、內(nèi)圈Φ2950布管20根。

3)上球封頭內(nèi)，不銹鋼大鏈接錐（原老圖紙中件號(hào)14，材質(zhì) 1Cr18Ni9Ti厚度 δ14） 尺寸要進(jìn)行變更改造設(shè)計(jì)，將原尺寸Φ4600（考慮到此尺寸過熱影響區(qū)）調(diào)大到Φ4720為妥，可去除原兩次（原制造吊筒1次，更換吊筒1次）組焊吊筒時(shí)，在直徑尺寸Φ4600處（原件號(hào)14連接板，母材的金相組織已發(fā)生很大變化），存在著復(fù)雜的疊加應(yīng)力（有很大危害），以防止新改造的吊筒在此處正常操作運(yùn)行中（高溫）發(fā)生斷裂掉下來，而造成大事故。