催化裂解裝置煙機節(jié)能優(yōu)化研究

王砼

(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600）

某石油煉化企業(yè)油品生產(chǎn)部催化裂解裝置主風(fēng)能量回收機組中煙氣輪機（簡稱煙機）的工作核心是：將高溫?zé)煔馑N含的壓力能以及熱能有效轉(zhuǎn)化為機械能，并以此為進(jìn)行其他做工作業(yè)提供部分能量，從而實現(xiàn)能量回收、能源最大化利用以及有效控制裝置能耗的目的。所以，煙機一方面在整個催化裝置中占據(jù)著極為關(guān)鍵的核心地位，另一方面，也是實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的關(guān)鍵前提和重要保障。結(jié)合實際工作狀況來看，此裝置煙機運行效率偏低致使主電機用電以及耗電量極大的同時，煙機輪盤蒸汽也會產(chǎn)生極大消耗，從而對裝置整體能耗有效控制帶來嚴(yán)重威脅。

1 煙機概況

結(jié)合實際工作狀況來看，現(xiàn)下應(yīng)用較為廣泛的催化裂解裝置主風(fēng)能量回收機組主要采用同軸式三機組配置方案，換言之，就是煙機+軸流式壓縮機+齒輪箱+電機。

2 煙機運行過程中存在的弊端

2.1 效率低致使能量回收機組電耗過大

在未進(jìn)行改進(jìn)、完善工作的情況下，煙機流量值與設(shè)計存在一定差距（偏離設(shè)計約4%），而煙機入口壓力值與設(shè)計值偏差近15%，煙機絕熱效率偏差設(shè)計已達(dá)到2%以上，煙機作用未得到充分施展和有效發(fā)揮，致使主風(fēng)能量回收機組在平穩(wěn)運行過程中電機功率過高，其中主電機電量消耗已經(jīng)達(dá)到900kW/h，而造成電量消耗過高的主要原因如下：

第一，葉片嚴(yán)重缺乏科學(xué)性和先進(jìn)性。此煙機于20世紀(jì)末設(shè)計研發(fā)出的，其中動、靜葉片主要采用以往扭曲葉型葉片，與現(xiàn)代化新型葉片設(shè)計方面存在較大差異，對于實際工作中所產(chǎn)生的煙氣壓力能以及熱能未能得到充分回收，致使大量電能浪費。

第二，煙機現(xiàn)運行參數(shù)已不再能滿足實際工作狀況和需求。對于催化反應(yīng)再生系統(tǒng)而言，其再生器壓力調(diào)節(jié)主要是通過雙動滑閥以及煙機入口蝶閥相互配合，實現(xiàn)分程控制，為進(jìn)一步提升煙機功率，煙機入口蝶閥通常情況下采取全開形式（其中，蝶閥全開為90%，全關(guān)為0%），而雙動滑閥則進(jìn)行全關(guān)模式。但是，在大多數(shù)情況下，雙動滑閥采取開度全關(guān)而再生器壓力需要進(jìn)行調(diào)控的狀況下，只能憑借對煙機入口蝶閥開度進(jìn)行適時、合理調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，致使大量壓力浪費于煙機入口蝶閥壓降工作中，從而讓煙機動力和功效受到嚴(yán)重影響，尤其在進(jìn)行低負(fù)荷生產(chǎn)工作過程中，裝置此方面弊端格外突出、明顯。

2.2 輪盤冷卻蒸汽消耗過大

結(jié)合實際工作狀況來看，此類裝置煙機輪盤絕大多數(shù)情況下采用開放式腔體結(jié)構(gòu)，難以形成有效壓力腔，在煙機運行作業(yè)過程中，輪盤冷卻蒸汽的主要作用在于：一方面，針對輪盤進(jìn)行冷卻處理工作；另一方面，憑借輪盤葉柵流道排除并伴隨煙氣流失，而煙機輪盤冷卻蒸汽流量調(diào)節(jié)閥開度已達(dá)到40%左右。與此同時，輪盤冷卻蒸汽進(jìn)入流道到達(dá)煙機出口是一個極為消耗能量的過程，直接流入煙機流道的蒸汽會對原有煙氣流場的穩(wěn)定性、安全性帶來嚴(yán)重威脅的同時，也會讓葉柵自身氣動效率急劇下降，而對于其中所含有的低于3 微米的催化劑超細(xì)粉也會在影響和作用下聚集在葉片背弧某處，進(jìn)而讓煙機葉片結(jié)構(gòu)問題越發(fā)嚴(yán)重。除此之外，在葉根冷卻蒸汽中摻雜煙氣，這會使葉根冷卻工作質(zhì)量和成效受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致葉片葉根間隙極易發(fā)生堵塞，而當(dāng)葉片葉根工作溫度過高的情況下，葉根自身強度裕度急劇降低，進(jìn)而對煙機運行的穩(wěn)定性、安全性以及高效性帶來嚴(yán)重威脅。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行翻閱和計算得出，2016 ～2020 年，此裝置煙機輪盤冷卻蒸汽消耗平均值為0.65t/h，而對于同行業(yè)煙機的平均消耗為0.4t/h，蒸汽消耗明顯過高。

2.3 裝置長周期運行需求充分滿足

結(jié)合工作現(xiàn)狀可以得出，煙機在日常工作中其檢修次數(shù)相對較高，據(jù)不完全統(tǒng)計，案例裝置煙機在2015～2022 年共檢驗維修3 次。結(jié)合檢修結(jié)構(gòu)發(fā)展，存在的主要問題在于煙機自身轉(zhuǎn)子動葉片存在不同程度的損傷，并且磨損部位主要集中在進(jìn)氣邊、出氣邊以及葉片根部等區(qū)域，例如，在2017 年開展檢修工作內(nèi)容來看，其中動葉片出氣邊頂部磨損程度減輕，2017 年動葉片進(jìn)氣邊背根部出現(xiàn)類似于“羽毛”的磨痕，而在2021 年，動葉片根部呈現(xiàn)榫齒狀裂紋，動葉片損壞程度的不斷加深致使相關(guān)機組運行的持續(xù)性、穩(wěn)定性以及高效性受到嚴(yán)重威脅和影響。除此之外，在實際運行工作過程中，煙機葉片結(jié)垢問題也較為嚴(yán)重、突出，進(jìn)而對煙機轉(zhuǎn)子動態(tài)平衡的有效維持造成嚴(yán)重影響和破壞。由于三旋分離器在開展煙機改進(jìn)完善工作前后一致，進(jìn)而可以視為其分離效果大致相同。在進(jìn)行煙機檢修工作過程中，發(fā)展動靜葉片表面凝聚一層催化劑垢，此種催化劑垢極為堅硬且具備極強的硬度和剛性，絕大多數(shù)情況下應(yīng)均勻分布在動靜葉片表面，但是當(dāng)發(fā)生異常波動或者劇烈變動的環(huán)境下，依附在動靜葉片表面的催化劑垢會產(chǎn)生部分脫落，致使煙機轉(zhuǎn)子動平衡受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而煙機在后期工作中呈現(xiàn)劇烈震動或者跳躍現(xiàn)象，從而對機組內(nèi)部造成嚴(yán)重破壞和損傷，讓設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性急劇降低。與此同時，煙機已持續(xù)工作運行長達(dá)8 年，葉片老化程度較為嚴(yán)重，此類部件在長時期高溫、高壓以及催化劑腐蝕和沖刷等因素作用下，其自身性能、強度、硬度以及耐腐蝕性等均受到嚴(yán)重影響，倘若繼續(xù)使用，安全事故發(fā)生概率將急劇上升。

3 催化裂解裝置煙機節(jié)能優(yōu)化有效措施

3.1 適時改進(jìn)創(chuàng)新煙機葉片

針對煉油裝置而言，可充分利用大修機會，將煙機葉片及時改進(jìn)升級為更具先進(jìn)性、科學(xué)性、高效性的馬刀葉型葉片。此極具科學(xué)性和合理性設(shè)計的動、靜葉型的依據(jù)在于，根據(jù)現(xiàn)下裝置具體運行狀況開展的極具針對性的匹配設(shè)計，同時在計算機CFD 技術(shù)輔助下完成了相關(guān)平臺模擬實驗。新葉型最突出的優(yōu)勢在于將傳統(tǒng)變截面扭轉(zhuǎn)葉型轉(zhuǎn)變?yōu)閺澟?fù)合葉型。此葉型是變截面、扭面以及彎面進(jìn)行有機結(jié)合后的產(chǎn)物，能夠?qū)Φ葔壕€分布狀況進(jìn)行適時調(diào)整，同時讓根部與頂部附面層出現(xiàn)分離問題得到有效控制和必要保障，從而讓能源消耗得到極大降低，為低能區(qū)流量向主流移動提供強勁助力，進(jìn)而讓葉片氣動效率得到進(jìn)一步提升和強化的同時，也讓葉片做功能力得到顯著增強，從而讓煙機通流效率的提升提供強有力保障。除此之外，馬刀葉型葉片還能有效控制相關(guān)催化劑超細(xì)粉由于在機械設(shè)備擾動作用下所產(chǎn)生的流線聚集于葉片背弧某一區(qū)域，致使煙機葉片自身結(jié)垢傾向受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而為有效控制煙機流通部件結(jié)垢提供極大便利。

3.2 發(fā)揮新型葉根密封冷卻技術(shù)作用

新型葉根密封冷卻技術(shù)是以蜂窩密封技術(shù)作為主要依據(jù)和雛形形成的。對于煙機轉(zhuǎn)子葉片實現(xiàn)密封，關(guān)鍵在于由動葉片葉根副板延伸段完成相應(yīng)裝配工作后所形成的環(huán)面，及其與靜葉構(gòu)件上所配置的蜂窩進(jìn)行密封處理后所形成的腔體。一方面，讓輪盤冷卻蒸汽針對輪盤以及動葉葉根開展冷卻處理工作；另一方面，也能夠為實現(xiàn)蒸汽流場與煙氣流場分隔處理提供極大便利和支持，以此有效防止蒸汽影響煙機運行成效和質(zhì)量，進(jìn)而使煙機工作效率得到進(jìn)一步提升和強化。除此之外，也能夠讓催化劑附著條件得到有效控制，進(jìn)而使催化劑結(jié)垢問題發(fā)生概率得到極大降低，從而使蒸汽消耗量過大問題得到極大改善。

3.3 余熱鍋爐及時改進(jìn)完善

就某節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)工作來說，在進(jìn)行催化裂解裝置節(jié)能強化改進(jìn)工作過程中，其主要任務(wù)在于針對余熱鍋爐開展整體改進(jìn)完善工作。詳細(xì)改進(jìn)完善工作內(nèi)容如下。

第一，對于原有的余熱鍋爐進(jìn)行上新裝置處理，在原鍋爐的臨近位置，購進(jìn)一臺新的SCR 脫硝設(shè)備，并在規(guī)范、有效完成安裝工作的前提下，與SCR 模塊進(jìn)行有機結(jié)合，以此為有效防范正壓泄漏問題的產(chǎn)生提供強有力保障。

第二，對于新增鍋爐開展實際安裝設(shè)計規(guī)劃工作而言，應(yīng)充分利用豎井結(jié)構(gòu)模式，其鋼構(gòu)架主要采取6 根立柱形式，而整體采用全支撐結(jié)構(gòu)體系。與此同時，其壓力設(shè)計形式主要采用正壓設(shè)計，其中煙氣耐壓值應(yīng)時刻保持在15kPa 以上，憑借此種設(shè)計模式的規(guī)范構(gòu)建和有效發(fā)揮，進(jìn)而讓SCR 系統(tǒng)模塊對脫硝、尾部脫硫等要求和標(biāo)準(zhǔn)得到極大滿足，進(jìn)而極大地降低煙氣所產(chǎn)生阻力的影響，從而為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性、密封性以及完善性提供強有力保障的同時，也讓煙氣泄漏問題得到有效控制或者極大緩解、改善。

第三，在進(jìn)行改造創(chuàng)新工作過程中，箱體結(jié)構(gòu)模式在設(shè)備模塊設(shè)計中占據(jù)著極為重要的地位和作用，以此讓鍋爐制造質(zhì)量以及相關(guān)安裝工作成效得到進(jìn)一步提升，除此之外，也讓安裝施工時間成本得到有效控制。而在完成鍋爐改進(jìn)完善工作后，還應(yīng)將給水預(yù)熱裝置與之進(jìn)行有機融合，預(yù)熱裝置的有效發(fā)揮和充分施展能夠?qū)⑹∶浩魃系乃疁靥嵘?40℃左右，同時，加之防止露點腐蝕處理工作輔助，以此為余熱鍋爐持續(xù)、穩(wěn)定、高效運行提供強有力保障。

第四，除了上述改進(jìn)完善環(huán)節(jié)外，還應(yīng)積極引進(jìn)和有效發(fā)揮具有高效性的激波吹灰器設(shè)備與耙式吹灰器設(shè)備，進(jìn)而使堆灰所產(chǎn)生的安全隱患得到有效控制。此外，還應(yīng)將DCS 測量點與系統(tǒng)進(jìn)行有機結(jié)合，以此為實現(xiàn)對系統(tǒng)開展實時監(jiān)控工作目的提供極大便利和支持，從而使運行工作質(zhì)量、工作效率以及維修成效的提升、強化提供強有力保障。

3.4 更換新型余熱鍋爐入口煙道水封罐

要想進(jìn)一步加快催化裂解裝置煙機節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)工作進(jìn)程，就應(yīng)進(jìn)一步提升對新型余熱鍋爐入口煙道水封罐創(chuàng)新、完善工作的關(guān)注力度和重視程度的同時，充分發(fā)揮輔助燃燒室作用，以此讓系統(tǒng)降壓得到有效控制，其中，余熱鍋爐入口所應(yīng)用的回轉(zhuǎn)式水封罐詳情，如圖1 所示。

圖1 余熱鍋爐入口回轉(zhuǎn)式水封罐

結(jié)合圖1 可以得出，針對余熱鍋爐入口處而言，此區(qū)域科學(xué)合理構(gòu)建了一種回轉(zhuǎn)式水封罐，此種設(shè)備的最突出優(yōu)勢在于，此密封裝置主要設(shè)置于水密封罐內(nèi)部的同時，也設(shè)置了開啟與關(guān)閉開關(guān)，密封裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在開啟與關(guān)閉位置間自由移動。當(dāng)水封罐處于開啟狀態(tài)的情況下，煙氣在水罐中主要呈平滑流動的表現(xiàn)形式，此種表現(xiàn)形式的核心作用在于，能夠有效防止煙氣折流、小角度漩渦等問題的形成和發(fā)生，從而讓系統(tǒng)內(nèi)存在的壓力得到極大降低和緩解，進(jìn)而為構(gòu)建低壓降輔助燃燒室提供必要保障和支持。結(jié)合實際工作狀況而言，燃燒室存在較大差異，詳細(xì)內(nèi)容主要包括以下幾點：其一，進(jìn)風(fēng)口形狀的變化和創(chuàng)新，余熱鍋爐的主進(jìn)風(fēng)口由傳統(tǒng)圓形逐漸轉(zhuǎn)變成邊緣性錐狀擴展口，以此讓通風(fēng)面積得到進(jìn)一步擴大，從而讓風(fēng)口壓降過高現(xiàn)象的發(fā)生概率得到有效控制。其二，將可調(diào)節(jié)的擋板與之進(jìn)行充分結(jié)合，此種擋板的主要作用在于，針對二次風(fēng)展開有效調(diào)節(jié)和隔離工作，其中擋板多采用軸對稱模式，從而為實現(xiàn)獲取可靠風(fēng)力提供必要支持。其三，二次風(fēng)空氣流道逐漸趨于橫向發(fā)展，此種風(fēng)的流道面積與主流道面積基本一致。通過上述方案的實施和改進(jìn)設(shè)計，能夠為系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化提供強勁助力和必要保障。

4 結(jié)語

在時代以及科學(xué)技術(shù)不斷推進(jìn)發(fā)展的帶動和影響下，人們對“節(jié)能環(huán)?！崩砟畹年P(guān)注力度和重視程度逐漸提升，致使現(xiàn)代機械設(shè)備以及相關(guān)技術(shù)節(jié)能化發(fā)展腳步得到進(jìn)一步加快。但是，作為化工裝置核心成分的催化裂解裝置，從實際角度出發(fā)，仍存在少量裝置缺乏節(jié)能性能，相關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步提升對其節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)工作力度，以此讓其自身能源消耗得到有效控制，進(jìn)而讓整體運行效率以及經(jīng)濟效益得到顯著增長。故此，本文主要針對某一催化裂解裝置節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)工作展開分析和探討，簡要闡述和說明其存在的弊端和不足，結(jié)合對煙機葉片、密封冷卻技術(shù)以及余熱鍋爐改進(jìn)等方面為切入點，以此為裝置設(shè)備節(jié)能成效的改善提供強有力的保障。