催化裂化烟机振动异常的分析及处理

夏亚中

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362141）

烟气轮机是催化装置最主要的能量回收设备，其主要作用是利用再生烟气的热能和压力能膨胀做功以带动主风机运行。由于它是和主风机同轴连接运行，其运行平稳将直接影响到整个催化装置的长期稳定运行。因此，烟气轮机是催化裂化装置最关键的设备之一。但因烟机工作介质中含固体颗粒，且运行温度较高650～700℃，对气固分离技术、高温合金材料、耐磨涂层材料有很高的要求，也就造成烟机工作状况的不稳定性，使烟机故障频发。烟机非工艺性故障停车的原因大多是由于振动超标，引起振动超标的原因有很多。而这其中很多故障停机是因为烟机转子动平衡遭到破坏引起的。总结工作中遇到的故障实例，催化剂细粉堆积和结垢及催化剂颗粒对烟气轮机转子的冲刷是破坏烟气轮机转子动平衡的重要原因。

1 烟机的布置及性能参数

YL24000C型烟气轮机是为中化泉州石化有限公司340万吨/年重油催化裂化装置能量回收系统所设计的单级烟气轮机，用于同轴三机组。其主风机组配置为烟机-主风机-电动发电机三机同轴布置,烟机型号为YL-25000C、主风机AV80-13，齿轮箱型号GD-63，电动发电机YKS1120-4TH。其中烟气轮机为兰州石油化工机械厂设计生产，型号为YL-25000C，功率24900kW、流量5288NM3/Min，转速4200r/min。

2 烟气轮机振动情况分析和处理

2.1 烟机轮盘粉尘堆积

在烟机的使用中，一般采用过热蒸汽或饱和蒸汽冷却、吹扫烟机轮盘。高温的烟气混有较低温度的蒸汽时，或吹扫蒸汽本身就带有不饱和蒸汽时，在水分凝结的作用下，烟气中的粉尘会大量附着在烟机流道及叶片上，当大量粉尘堆积不均匀时将直接影响转子的动平衡，使烟机振动增加。我们请专业测振人员监测并未发现机组振动有实质性的性能改变，对烟气中粉尘含量的分析发现烟气中粉尘含量一般都在120mg/m3，经分析因该机组刚开机不足半年，而烟机叶轮材质都是耐高温合金并有耐磨涂层，不会短时间粉尘含量超标就导致叶轮磨损，因此判断是烟机叶片上沾有催化剂导致轮盘有轻微的不平衡引起的振动，而且运行时间越长烟机叶片上催化剂越多，平衡破坏越厉害，所以振动值一路上升。

2.2 烟机结垢理论及结垢后振动升高的处理措施

在烟机的使用中，一般采用过热蒸汽或饱和蒸汽冷却、吹扫烟机轮盘。高温的烟气混有较低温度的蒸汽时，或吹扫蒸汽本身就带有不饱和蒸汽时，在水分凝结的作用下，烟气中的粉尘会大量附着在烟机流道及叶片上，催化剂粉尘中含有的Ca、Fe、磷在500～640℃形成低熔点的硫酸钙、磷酸钙等化合物和催化剂粉尘堆积后高温烘烤形成坚硬结块，在高速旋转的烟机轮盘和叶片上如果部分结块脱落后将直接影响转子的动平衡，使烟机振动上升。在运行中处理烟机轮盘结垢的机理：因烟机轮盘上粉尘堆积结垢的热膨胀系数和烟机叶轮的热膨胀系数是不一样的，因此我理论上可以通过短时间降低烟机轮盘温度，使垢块和烟机叶轮因膨胀系数不同而剥离，从而达到清除烟机轮盘上的粉尘和垢块的目的。于是要求运行人员开大烟机轮盘冷却蒸汽用量，轮盘冷却蒸汽量由700kg/h增大至1000kg/h，大量蒸汽吹扫烟机轮盘，烟机轮盘温度从330℃左右迅速降至270℃左右，吹扫2个小时后再将蒸汽用量降至正常值。

3 结垢原因分析

3.1 调研中石化11家17套催化烟机结垢情况及原因，分析对比（如表1）

（1）泉州石化烟机入口粉尘含量120mg/m3，催化剂各项指标都在规定范围内，性能非常稳定良好。

表1

（2）平衡催化剂中Fe、Ni、Ca等金属元素含量。Fe、Ni、Ca等金属含量越高，催化剂细粉越易粘连结垢,表2为泉州石化和其它烟机结垢厂家平衡剂金属含量对比，从表上清楚发现我司催化剂金属含量不高。

表2

3.2 蒸汽带水的影响

当烟机轮盘冷却蒸汽温度低或带水时，由于直接与烟机转子接触，很容易造成水击，而且易造成烟机轮盘局部温度变化过大，使各部位膨胀不均匀，造成叶片松动和催化剂堆积等，由此影响机组的动平衡，导致机组振动增大。在6月4号早晨8点左右烟机振动最大值VE11211X由44μm快速上升至59μm左右，而且振动呈现波浪形式带有周期性，经过多方面检查分析发现烟机轮盘温度大幅下降，1.0MPa蒸汽现场温度表指示180℃，这就非常明显是因蒸汽温度偏低带水使烟机轮盘动平衡破坏，从而使烟机振动快速升高。找到问题的根源后立即要求蒸汽脱水并提高1.0MPa蒸汽温度至260℃以上，并且将烟机轮盘冷却蒸汽量增大，由正常的700kg/h提升到1000kg/h，将沾在烟机轮盘上的催化剂细粉吹扫下来。在轮盘冷却蒸汽温度提高并增加冷却蒸汽量吹扫后，烟机振动最大值迅速由59μm左右下降至45μm左右（3线为烟机振动值），一直运行至今仍然维持在44～47μm左右且非常平稳。

4 改进措施

4.1 严格控制烟机入口粉尘含量

烟机入口细粉浓度高是烟机结垢的根本原因，所以在工艺操作上要求控制再生系统操作压力平稳及旋风分离入口线速稳定，在改变烧焦风量时多次小幅度调整，避免主风量大幅度波动引起催化剂床层线速突涨突降导致烟气粉尘含量超标。对于频繁结垢的烟机来说需建立烟机入口催化剂浓度和筛分分析台账，对涉及降低催化剂细粉含量的工艺调整，催化剂配方调整等，都应对烟机入口粉尘含量和筛分成分进行分析，摸清烟气轮机结垢机理，开展烟机结垢预防工作。

4.2 提高烟机轮盘冷却蒸汽品质

在烟机轮盘冷却蒸汽管线上增设汽水分离装置，加强蒸汽排凝点的脱水工作，同时控制好轮盘冷却蒸汽温度，目前本装置是用过热中压蒸汽通过减压器后引入1.0MPa系统，使烟机轮盘冷却蒸汽温度控制在260℃以上，没有中压蒸汽减低压蒸汽的装置可以直接引一条中压蒸汽线进入轮盘冷却1.0MPa蒸汽线混合使用，烟机轮盘温度控制在325～340℃左右。

4.3 提高烟机轮盘温度

将烟机轮盘温度由325℃提高至345℃左右，进一步减少蒸汽进入烟机的量，减少烟气中的水汽含量，在减缓了烟机轮盘积垢以外还节约了大量的冷却蒸汽用量，约400kg/h。

5 效果和结论

通过以上多种措施的实施，机组振动有了明显的好转，自2014年3月开机至2017年12月份连续运行3年8个月，且非常平稳，为公司每年节省的费用超过3000万以上。多次烟机振动处理的实例说明，日常生产中烟机振动很多时候都是因烟机轮盘上催化剂结垢不均匀和垢块脱落所形成的动不平衡引起的，而催化剂结垢明显与烟气中粉尘含量以及烟机轮盘冷却蒸汽的品质有关，所以需在日常生产和设备管理中做好预防工作，解决好烟气中粉尘含量及烟机轮盘冷却蒸汽的品质控制等问题，把烟机故障消灭在萌芽状态，为今后的大机组设备的管理积累了经验，是保证设备连续、安全、可靠、高效和经济运行的重要技术手段。