催化煙氣輪機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行技術(shù)分析

李哲儒

（中國(guó)石油廣東石化公司，廣東揭陽(yáng) 522000）

0 引言

中國(guó)石油哈爾濱石化公司Ⅰ催化裝置處理能力為120 Mt/a，主風(fēng)機(jī)為常規(guī)三機(jī)組配置。煙氣輪機(jī)制造廠商為渤海裝備蘭州石油化工機(jī)械廠，型號(hào)為YL-8000I 單級(jí)懸臂煙氣輪機(jī)，軸功率為8400 kW，于2018 年3 月23 日完成檢修工作,運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為14 520 h，機(jī)組振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

1 檢修情況

問(wèn)題1：轉(zhuǎn)子拆卸后發(fā)現(xiàn)在密封排氣梳齒之間有寬約25 mm、深約為5 mm 的坑蝕（圖1），經(jīng)判斷此處磨損非機(jī)械磨損。

圖1 密封排氣梳齒磨損

原因分析：由于密封排氣管線為朝上方排空，管線低點(diǎn)存在部分蒸汽冷凝水無(wú)法排出，當(dāng)冷凝水遇到高溫旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，含有微溶于水的硫酸鈣會(huì)由于水的蒸發(fā)而析出，水中的碳酸根會(huì)與鈣、鎂離子結(jié)合，生產(chǎn)不溶于水的碳酸鈣、碳酸鎂在排氣梳齒間，周而復(fù)始，對(duì)軸造成不規(guī)則磨損導(dǎo)致坑蝕產(chǎn)生。

解決方法：①將排氣管線低點(diǎn)處加一個(gè)導(dǎo)淋閥門，并保持打開狀態(tài)，保證產(chǎn)生蒸汽冷凝水后能及時(shí)在低點(diǎn)排出；②加強(qiáng)對(duì)空氣封管線的檢查，保證蒸汽少量外泄，避免產(chǎn)生大量蒸汽冷凝水。

問(wèn)題2：動(dòng)葉片流通面以及葉頂有磨損（圖2）

圖2 動(dòng)葉片葉頂磨損

原因分析：①由于輪盤冷卻蒸汽作用于輪盤上，隨著輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生泵送效應(yīng)，蒸汽隨煙氣被甩到葉頂高速低壓區(qū)，當(dāng)少量蒸汽中液體與動(dòng)葉片接觸處的壓力低于它的蒸汽壓時(shí)，將在葉頂附近形成氣泡。當(dāng)中壓超過(guò)氣泡壓力時(shí)，氣泡破裂并產(chǎn)生很大的沖擊力和高溫，從而在葉片頂部產(chǎn)生小凹坑；②煙道氣包含催化劑固體顆粒。氣固兩相流影響煙機(jī)葉片循環(huán)表面的磨損。同時(shí)，小于3 μm 的催化劑顆粒與葉片根部高速碰撞，并在多種因素共同作用下形成結(jié)垢。

解決方法：①在保證輪盤溫度不超溫的前提下，盡量降低冷卻蒸汽量，控制輪盤冷卻蒸汽的過(guò)熱度在250 ℃，既能降低氣蝕對(duì)葉頂?shù)臎_擊，同時(shí)可以提高煙機(jī)效率，降低能耗；②掌握氣-固兩相流動(dòng)對(duì)葉片磨損的規(guī)律和影響因素，調(diào)整最佳的動(dòng)葉片角度，同時(shí)保證三旋分離效率，降低煙機(jī)入口＞10 μm和＜3 μm 的催化劑顆粒含量，定期關(guān)注煙氣粉塵濃度分析。

2 針對(duì)煙機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行的管理措施

2.1 煙機(jī)結(jié)垢原因

（1）高濃度的催化劑細(xì)粉是煙機(jī)催化劑結(jié)垢的主要原因。（2）旋風(fēng)分離器的故障是導(dǎo)致催化劑細(xì)粉濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的主要原因之一。

（3）催化劑細(xì)粉濃度高，三旋過(guò)載操作設(shè)計(jì)不合理而造成催化劑磨損。

（4）重金屬Ni、V、Fe 的污染可能會(huì)增加催化劑細(xì)粉的附著趨勢(shì)。富含重金屬的細(xì)粉具有很強(qiáng)的吸收SOx 和CO2的能力，并且易于形成低熔點(diǎn)的低共熔物。加上靜電作用，催化劑傾向于粘附結(jié)垢。在較高濃度和較快速度的情況下，它將形成堅(jiān)硬而密集的垢。

2.2 控制措施

2.2.1 催化劑控制

（1）優(yōu)化催化劑品種，提高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，減少磷的添加，控制新鮮催化劑中磷的含量下限，并考慮研究低磷催化劑的配方。

（2）合理減少催化劑的置換量，緩解催化汽油中烯烴還原的條件，減少細(xì)粉的產(chǎn)生量。

（3）改良催化劑篩分組成和耐磨性能，新鮮劑中的細(xì)粉含量降低，新鮮劑指標(biāo)中小于20 μm 組分不大于3%(w)、小于40 μm 組分不大于18%，磨損指數(shù)控制不大于2.5。

（4）有效磁分離金屬含量過(guò)多的催化劑顆粒，降低煙機(jī)進(jìn)口煙氣攜帶的催化劑顆粒的金屬含量，嚴(yán)格控制煙氣中鈣、鐵、鎳等金屬的含量。

2.2.2 優(yōu)化煙機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

（1）保證輪盤蒸汽過(guò)熱，避免蒸汽中含有鈣、鎂、鐵、鈉等復(fù)合雜質(zhì)?？刂戚啽P的蒸汽質(zhì)量和溫度。輪盤冷卻蒸汽的過(guò)熱度控制在250 ℃以上。

（2）調(diào)整輪盤冷卻蒸汽量，按高限控制輪盤冷卻溫度，在確保輪盤蒸汽過(guò)熱度的同時(shí)，減小蒸汽使用量，減少對(duì)動(dòng)葉片的沖蝕磨損。

（3）加強(qiáng)對(duì)煙氣催化劑顆粒在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，控制指標(biāo)不得超過(guò)150 mg/m3。

2.2.3 旋風(fēng)系統(tǒng)

（1）合理控制主風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)行三旋操作，避免超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行和分離的單管負(fù)荷分布不均，可能導(dǎo)致某些單管因過(guò)度使用而結(jié)垢。

（2）嚴(yán)格控制再生器溫度，防止再生器內(nèi)一、二級(jí)旋風(fēng)因超溫引起設(shè)備內(nèi)部發(fā)生變形而開裂，造成跑劑使三旋入口催化劑粉塵濃度和粒度超標(biāo)。

（3）應(yīng)定期卸空細(xì)粉儲(chǔ)罐中的催化劑，避免因儲(chǔ)罐中的催化劑料位過(guò)高，影響旋分器分離效果。

2.2.4 加強(qiáng)煙氣粉塵監(jiān)測(cè)

（1）煙氣輪機(jī)進(jìn)、出口催化劑粉塵濃度采用在線監(jiān)測(cè)和定期取樣的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取措施保證催化劑粉塵濃度不超過(guò)150 mg/m3。

（2）監(jiān)測(cè)三級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)、出口處催化劑粉塵的濃度和粒度分布，分析第一、第二階段旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)，及時(shí)處理故障。

（3）定期測(cè)算稀密相線速，按設(shè)計(jì)要求及時(shí)調(diào)整主風(fēng)量和再生器料位。

（4）觀察三旋壓降是否上升，如壓降上升較大，說(shuō)明三旋內(nèi)催化劑結(jié)垢嚴(yán)重，結(jié)合催化劑粉塵濃度和煙機(jī)運(yùn)行狀況和效率，考慮擇機(jī)清理。

3 機(jī)組長(zhǎng)周期安全運(yùn)行

3.1 三機(jī)組的速度控制

當(dāng)3 個(gè)單元處于正常運(yùn)行狀態(tài)（發(fā)電或發(fā)電條件）時(shí)，速度由電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的同步速度控制。如果電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)機(jī)組轉(zhuǎn)速會(huì)下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降低于機(jī)組額定轉(zhuǎn)速的90%時(shí)，將引起風(fēng)機(jī)防喘振控制動(dòng)作，操作上應(yīng)及時(shí)采取措施，維護(hù)機(jī)組正常轉(zhuǎn)速。

電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)斷開連接將提高機(jī)組的轉(zhuǎn)速。此時(shí)，機(jī)組的控制器將工作。通過(guò)煙氣輪機(jī)入口蝶閥，分程控制機(jī)組以額定速度的103%運(yùn)行。

3.2 密封冷卻蒸汽控制

煙機(jī)密封蒸汽控制由差壓變送器測(cè)得密封一側(cè)煙氣壓力和另一側(cè)蒸汽壓力，使其始終保持進(jìn)入密封處的蒸汽壓力高于煙氣壓力0.05 MPa 達(dá)到密封效果?，F(xiàn)機(jī)組運(yùn)行差壓為0.07 MPa自動(dòng)控制運(yùn)行平穩(wěn)。

輪盤的溫度由控制器控制。通過(guò)溫度變送器測(cè)量輪盤表面的輻射溫度?？刂破髟O(shè)定值為300～350 ℃，控制輪盤冷卻蒸汽室盤面輻射溫度在300～350℃之間。

3.3 運(yùn)行管理

在啟動(dòng)煙氣渦輪機(jī)之前，應(yīng)對(duì)入口管線和煙氣輪機(jī)殼體進(jìn)行升溫。速率不大于100 ℃/h，煙氣輪機(jī)的預(yù)熱時(shí)間不小于4 h。

暖機(jī)過(guò)程中，應(yīng)保證輪盤冷卻蒸汽量；對(duì)于帶有輪盤輻射溫度指示的煙氣透平，可以通過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)輪盤卻蒸汽量來(lái)控制溫度，溫度應(yīng)保持在300～350 ℃。對(duì)于壓力控制的輪盤冷卻蒸汽，請(qǐng)確保蒸汽的壓力和溫度符合規(guī)定要求。

當(dāng)煙氣輪機(jī)入口溫度達(dá)到400 ℃基本穩(wěn)定后，可使煙氣輪機(jī)緩慢升速。

緩慢打開入口控制蝶閥進(jìn)行升速，升速至1000 r/min 停留，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況全面檢查，一切運(yùn)行正常20 min 后，繼續(xù)開大煙機(jī)入口調(diào)節(jié)閥以每次升速500 r/min，停留20 min 檢查的方法升速，將轉(zhuǎn)速升至低于額定轉(zhuǎn)速500～1000 r/min 的速度，檢查運(yùn)行狀況正常后，準(zhǔn)備投用電機(jī)。在增加速度的過(guò)程中，請(qǐng)注意機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速，并在增加速度時(shí)迅速越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速。

煙氣輪機(jī)升速升溫過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)要求的熱緊程序，對(duì)煙氣輪機(jī)、煙氣管線法蘭進(jìn)行熱緊。

3.4 機(jī)組運(yùn)行圖譜監(jiān)測(cè)

加強(qiáng)煙氣發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)，建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析檔案。通過(guò)監(jiān)控設(shè)備的振動(dòng)狀態(tài)，分析設(shè)備的振動(dòng)狀態(tài)，及時(shí)掌握設(shè)備的異常情況。當(dāng)振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)相變或反進(jìn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行分析和檢查，并在必要時(shí)停機(jī)。

3.5 機(jī)組潤(rùn)滑油管理

良好的潤(rùn)滑為設(shè)備安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期、滿負(fù)荷和高質(zhì)量運(yùn)行提供了可靠的保證。嚴(yán)格執(zhí)行“三過(guò)濾”要求，并定期檢查潤(rùn)滑油的質(zhì)量。按要求每月進(jìn)行潤(rùn)滑油化驗(yàn)分析。采用科學(xué)的潤(rùn)滑油管理方法，根據(jù)油品化驗(yàn)分析的結(jié)果視情形換油。

4 總結(jié)

能量回收裝置的運(yùn)行情況直接影響回收的經(jīng)濟(jì)效益和催化裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)行。為保證能量回收裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行，必須加強(qiáng)技術(shù)改造，選擇好控制系統(tǒng)，嚴(yán)格控制煙氣輪機(jī)入口催化劑的濃度和粒度，嚴(yán)防入口過(guò)熱，保證輪盤冷卻蒸汽的品質(zhì)和流量，嚴(yán)格執(zhí)行對(duì)機(jī)組的“五位一體”管理，提高檢修質(zhì)量，平穩(wěn)開停工。同時(shí)，研發(fā)、升級(jí)煙機(jī)中過(guò)流部件的耐磨涂層材質(zhì)，增加過(guò)流部件耐磨強(qiáng)度。