催化劑堆積對催化裂化煙氣輪機效率影響分析

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(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

催化劑堆積對催化裂化煙氣輪機效率影響分析

李琳琳，陳洪巖

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

煙氣輪機是催化裂化裝置的關鍵設備之一，正常運行下可大幅度降低裝置能耗。分析了催化劑堆積對催化裂化煙氣輪機效率的影響以及催化劑堆積的原因，提出了相應切除煙機氣輪機降溫的處理方案，實施后效果良好。

催化裂化裝置； 煙氣輪機； 效率； 催化劑； 堆積

催化裂化裝置是石化行業主要的二次加工裝置之一，煙氣輪機(簡稱煙機)作為這一裝置的核心設備，其能否平穩高效運行，直接關系到整個裝置的“長、安、穩”生產，而且對降低生產成本作用巨大[1-5]。

某型號YL-4000D催化裂化單級煙機設計參數[6，7]：進/排氣溫度670 ℃/540 ℃，進/排氣壓力0.240 MPa/0.105 MPa，入口體積流量(標準狀況下)1 260 m3/min，輸出功率為4 367 kW。煙機于2013-06投入運行至2015-05使用效果良好。2015-06進行檢修后重新開機后不久，煙機效率逐漸下降，文中對此進行了詳細分析。

1 催化劑堆積對煙機影響及分析

1.1煙機效率影響

與原雙級煙機相比，在同樣標準風量下(8萬 m3/h)，電流從原280 A下降到160 A。運行數月后，煙機效率逐漸下降，主電機電流逐漸上升，部分測量數值見圖1、圖2。

圖1 電機與入口風量匹配圖

圖2 電機與雙閥開度匹配圖

從圖1和圖2中可以看出，從2015-07重新開機正常后至9月初，煙機效率較高，運行狀態比較平穩，當標準風量在(7～8)萬m3/h時，主機電流在160 A上下，隨風量略有波動，雙閥開度基本處于全關狀態。也就是說，煙氣全部通過煙機做功，沒有從雙閥直接排入煙囪。

從9月初開始，電流值微幅上升，至9月底開始有非常明顯的上升趨勢，而入口風量沒有發生變化，說明煙機效率下降明顯。與此同時觀察雙閥的開度，在電流上升的同時，雙閥開始逐漸打開，這也就說明煙氣開始逐漸走煙機旁路——雙閥，而沒有通過煙機做功。

1.2煙機效率下降原因分析[8-10]

單純分析煙機效率下降的原因最可能是動葉片吹損。如果是動葉片吹損，一般都會導致煙機轉子動平衡失衡，表征現象就是振動上升，而本特利監測系統顯示的振動值一直處于穩定的狀態，因此基本可以排除動葉片吹損因素。其他的操作參數也都沒有發生變化，再結合雙閥的情況，表明煙機流通面積在減小，導致煙氣流通量下降，致使煙機效率下降。

2015-12-29，裝置主風機電機與變速箱的聯軸節供油出現故障，被迫將裝置主風機切至備機，以處理聯軸節供油故障，處理時間約持續2 h。此時煙機入口溫度已降至350 ℃，重新切至主機，當主風機機組運行正常后，發現煙機效率上升，在風量較前期高的情況下，電流降到了180 A左右。這種狀態只維持了一個月左右，從2016-02-07開始電流再次有了逐漸上升的趨勢，同時，雙閥開度也產生了相應的變化。根據實際操作參數，煙機的運行工況，特別是煙機的軸位移和軸振動非常平穩，無論是在電流較低，還是在電流逐漸上升階段，都保持了很低且很平穩的狀態。

通過上述原因分析可以知道，煙機效率下降是由于催化劑堆積造成的。催化劑的堆積使得流通面積減小，從而導致進入煙機的煙氣量下降，致使煙機效率開始下降。

煙機入口催化劑堆積主要分為動葉片催化劑堆積和靜葉片催化劑堆積。但動葉片上的催化劑堆積會造成煙機振動明顯上升，而從機組的各個運行參數記錄可以看出，機組的運行工況沒有發生任何變化，特別是煙機振動和位移一直保持在穩定且較低狀態。由此說明催化劑應該是堆積在靜葉片上，不僅減小了煙氣流通面積，而且也改變了靜葉片角度，導致煙機效率下降。

2 催化劑堆積原因分析[11-15]

對煙機清理后得到的堆積催化劑樣品進行了化學成分分析，發現催化劑中含有大量的鈉、鉀等化學元素，可見形成了低熔點共晶體。

當煙氣通過煙機時，顆粒度小于5 μm的催化劑細粉會被帶入煙機中，煙氣中攜帶過來的鈉、鈣、鉀、氯化物及釩在低壓下形成低熔點共晶體，這些低熔點共晶體和降溫蒸汽將會使煙氣中的催化劑十分黏稠。當這樣的煙氣經過葉片時，在其端壁面上形成附面層。附面層氣流產生的離心力不足以平衡自葉片腹面至背面的橫向運動(即二次流)，使葉片背面端壁面的交角處形成渦區，催化劑在渦區內沉積下來，而且越是高氣速區，旋渦效應越明顯，催化劑沉積越容易。另外，氣流在拐彎或當氣流遇到筋板阻流時也會造成渦流而沉積，這種沉積隨時間的增長和細粉的增多會越發嚴重。

煙機催化劑的堆積過程有可能需要幾個月，或者幾天，甚至幾小時，此數值并不是一個定數，它與操作條件、堆積表面和催化劑等有著極大的關系。

3 處理方案及效果

3.1處理方案

根據煙機效率下降的原因分析和催化劑堆積的成因，可以知道要想解決煙機效率下降問題，必須去除煙機靜葉上堆積的催化劑以保證煙氣流通量。

鑒于催化劑與煙機靜葉片材質的膨脹系數不同，催化劑堆積物的熱膨脹系數大約為煙機靜葉片典型奧氏體不銹鋼的1/3。因此，采取了切除煙機降溫法，降溫冷卻時可使堆積的催化劑龜裂，從而自動脫落。需要說明的是，此過程應控制降溫速度不大于100 ℃/h，防止煙機整體變形。

3.2試運行效果

2016-05-25采取了上述處理方案，即將主風機切至備機，按照既定方案對煙機進行降溫，降溫至270 ℃，時間為10 h。降溫完畢后，主電機電流再次降至180 A左右，至今為止使用效果良好。

4 結語

催化劑堆積對煙機效率有著極大的影響，由于催化劑堆積而導致煙機出故障的案例也不在少數。雖然采取切除煙機降溫法能夠暫時解決煙機催化劑堆積的問題，但還沒有徹底解決催化劑堆積問題，有待深一步的探究。

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(許編)

EffectAnalysisofTurbineScalingEfficiencybyCatalystAccumulation

LILin-lin，CHENHong-yan

(Offshore Oil Engineering Co. Ltd., Tianjin 300452, China)

Gas turbine scaling is the key equipment of catalytic cracking unit, under the normal operation device can greatly reduce the energy consumption. The catalyst accumulation effect on the efficiency of the gas turbine scaling was analyzed concretely, and the corresponding treatment scheme was put forward, in order to achieve good operation effect.

catalytic cracking unit; gas turbine scaling; efficiency; catalyst; accumulation

TQ050.7； TE969

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.01.017

1000-7466(2017)01-0082-03

2016-08-16

李琳琳(1984-)，女，山東萊蕪人，工程師，學士，主要從事機械設計工作。