1、烟机结垢及磨损原因分析和预防措施沈丹 郑爱国（中国石化股份有限公司齐鲁分公司胜利炼油厂 山东淄博 255434）摘要：烟机内部结垢及动、静叶片的磨损一直是困扰烟机长周期运行的主要因素，本文针对目前烟机的普遍结垢及磨损原因进行了初步分析，结合多年操作经和装置的一次大检修中检查到的问题对如何减小烟机结垢及磨损总结了自己的防范措施，希望对大家有所帮助关键词：烟机 结垢 催化剂 磨损 颗粒浓度一、概述在催化裂化装置中烟机不仅是关键设备，也是重要的节能设施，其运行情况直接影响到装置的运行周期和能耗水平，烟机由于催化剂粉尘结垢及叶片磨损断裂，影响其正常运行或造成设备损坏事故的事例很多很多。齐鲁石化公司炼油
2、厂重油催化车间烟机连续运转 3 年未出现一起非计划停车事故，烟机运转状态一直保持在良好状态，为了保证烟机的长周期运行，车间做了一些技术性的工作，在这里总结出来，大家共勉。1烟机概况该烟机三机组是 2002 年配合重油催化裂化改造新上设备，型号：YLII-8000I，由兰炼机械厂制造，二级悬臂式烟机，总体布置图如下。机组到目前为止共经历了 3 个周期的运转，其中最长连续运转周期为 2005 年 3 月2008 年 3 月，连续运转 3 年。按照公司安排 2008 年 3 月机组进行计划检修烟机 轴流式风机 齿轮箱 电动机 2烟机解体检查情况2008 年 3 月烟机解体检查发现，二级静叶及静叶围带
3、积存催化剂较多，一级静叶入口处局部有催化剂堆积，最大厚度 5mm 以上，一级轮盘及一、二级轮盘之间催化剂很少，二级轮盘背面没有催化剂堆积，二级动叶背面有少量催化剂结垢，厚度约1mm，其他叶片表面只有薄薄的一层催化剂，整体来说烟机内比较干净，催化剂积存较少。磨损情况：二级动叶根部磨损严重，最深处约 6mm 以上，一级轮盘背部局部冲刷磨损，一二级轮盘蜂窝密封磨损严重，一级静叶根部局部存在裂纹，动静叶表面的长城一号耐磨涂层部分脱落磨损二级动叶根部磨损严重 一级静叶围带结垢二、结垢与磨损的原因分析本次检修发现烟机内结垢虽不是十分厉害，但是三旋旋风单管结垢比较严重，这是以前几个周期没有发生过的事情，三旋
4、结垢，分离效果不好直接导致烟机入口催化剂粉尘颗粒浓度增加，大颗粒度比例增加，加剧了烟机的磨损，烟机结垢及磨损的主要原因可以分为以下几个方面：1、 烟机结垢的根本原因是烟气中含有大量催化剂细粉颗粒，即烟气中催化剂颗粒浓度大2、 细粉催化剂颗粒存在静电吸附作用，由于经过三旋后烟气中催化剂细粉颗粒度已经很小，细粉颗粒平均直径基本在 5m 以下，颗粒本身由于范德华力作用，粘性强，互相吸附，不易流动，由于大量钙、铁、磷、硫酸根的存在起到了粘结剂的作用，促进了催化剂细粉的进一步结合3、 从 2006 年车间开始使用丙稀助剂和 RICC-1 新型催化剂，本身这种助剂的颗粒度就比较小，强度也比普通催化剂弱，经
5、过提升管喷嘴高速喷出撞击后，很容易破碎，而且该种助剂中稀土等成分含量较高（高于 3） ，稀土本身很容易产生静电作用，加剧了静电吸附4、 由于三旋下部去细粉收集罐的阀门经常开关很容易引起泄漏，而且一旦泄漏，由于细粉催化剂的作用，漏点发展迅速且难以处理，车间因为泄漏险些停工（目前各催化装置普遍均采取这种操作方法） ，所以自 2005 年后三旋下部细粉收集罐一直实行满罐操作，即细粉收集罐中的催化剂不再进行定期排放，只单独靠从临界喷嘴去烟道，临界流速喷嘴本身只有 DN80 的孔径，由于所有细粉催化剂要从这里排去烟道，造成临界流速喷嘴流速降低或拥挤堵塞，导致三旋泄气量不够（正常情况不小于3） ，三旋底部
6、压力上升，旋风单管下料不畅，细粉催化剂停留时间延长，影响了三旋的分离效果，甚至直接造成三旋单管结垢堵塞，三旋的分离效果不好直接导致了进入烟机的烟气质量下降，加剧了烟机内结垢，附本次检修三旋结垢情况图：5、 催化剂磨损造成细粉催化剂数量增加：由于目前催化装置大部分已实现长周期运行，系统内催化剂经过长时间的使用，由于撞击、磨损等等原因，催化剂颗粒已经大部分破损，平均颗粒直径降低，催化剂细粉量逐步增加，车间曾对各个时期的催化剂颗粒度进行分析比较（见下表） ，发现 040m 范围内的催化剂颗粒质量百分比是在逐渐增加的。虽然系统内催化剂定期进行置换，但是效果不是很理想。由于细粉的增加，进入烟机的细粉浓度
7、越来越大也是造成烟机结垢的原因之一范围m 时间 020 m 040 m 080 m 0105m 0149m20050727 2.4 23.4 73 88.8 98.120060817 4.8 27 74.4 90 99.420060914 3.1 26.7 76.1 90.7 99.320070416 6.9 31.9 76.8 90.7 99.420070518 7.5 33.3 77.6 90.9 99.420070630 8.4 35.9 79.4 91.8 99.420070731 12.1 40.2 79.1 90.8 99.26、 沉降器内结焦加剧催化剂磨损：由于是重油催化，掺炼渣
8、油比例大，装置运行一段时间后，沉降器、提升管系统结焦不断加重，使得催化剂在提升管和沉降器内高速移动时加剧了催化剂的磨损。自 2007 年 4 月以来各合格证中磨损指数维持在 2.4左右，高于原来的 1.5，催化剂机械强度降低。2007 年 8 月底北京石化科学院对车间催化剂做了电镜分析，从中可以看出，催化剂颗粒形状大部分已经不规则而且破碎严重，催化剂细粉含量高的主要原因应该是提升管内结焦严重，造成催化剂因撞击破损严重。电镜附图如下：7、 当操作中出现波动，处理不及时或工艺参数不合理时也会导致烟机结垢，例如轮盘冷却蒸汽品质下降、带水等8、 尘浓度高是磨损的直接原因如果对烟气的粉尘浓度没有检测手段
9、或检测手段不完善不可靠，当烟气粉尘浓度较高，且粉尘粒度较大时，因不能及时发现，烟机将长时间工作在恶劣的工况下运行，最终导致故障发生，通常当烟气中催化剂颗粒浓度小于 10m，浓度不大于150mg/m3 时（标准状态） ，对烟机的一次和二次磨损均十分轻微，可以保证长周期运行。当催化剂粒度基本为细粉（小于 10m ） ，而浓度超标时，一次磨损不大，但二次磨损相当严重，当催化剂颗粒超标时，大于 10m 颗粒含量增加，一次磨损严重，因此必须严格控制烟气轮机入口烟气中粉尘的浓度和粒度。9、 二级动叶根部磨损是因为烟气的二次流场造成的，二级烟机目前普遍存在这种现象，目前还没有很好的办法克服二级烟机的二次流三
10、、 防范措施1、 控制烟气粉尘浓度、粒度，完善烟气检测手段首先在工艺操作上保持再生器密相床流化正常，并选用机械强度高和耐温性能较好的催化剂，降低再生器稀相密度。定期测算再生器稀、密相线速，及时调整主风量、再生器料位等参数，使再生器稀、密相线速满足设计要求。其次及时控制旋分压降等操作参数，修复或更换效率差的旋分器，保证旋分器的分离效率，并根据新催化剂的性质和工艺参数，对三旋和相应的管道系统进行核算或改造。完善再现烟气粉尘浓度的检测措施，当烟气粉尘浓度（标准状态）超过200mg/m3 时，要及时调整参数，浓度持续较高时，要考虑将烟机切除系统要坚持在线颗粒分析仪加定期采样分析相结合的烟气颗粒浓度分析
11、方法，防止在线颗粒分析仪不准确造成判断上的失误2、 提高轮盘冷却蒸汽品质，及时调整冷却蒸汽流量确保轮盘冷却蒸汽品质，严防冷却蒸汽带水。冷却蒸汽要保持必要的过热度，要保证轮盘冷却蒸汽压力、流量的稳定，不易大幅度调整轮盘冷却蒸汽流量，对于二级烟机，轮盘冷却蒸汽流量一般不易过小，因为冷却蒸汽即可以冷却轮盘温度也可以减小一二级轮盘之间的催化剂堆积3、 加强系统内催化剂细粉量的监控，坚持定期置换催化剂，尽量选用机械强度高的催化剂。采用工艺手段或其他手段增产丙稀，避免大量使用丙稀助剂，以免引入结垢金属成分。4、 优化生产操作，防止提升管及沉降器内结焦，降低催化剂磨损率。平时注意摸索调整各原料喷嘴的雾化蒸汽
12、流量，防止线速过高原料击穿催化剂喷射到提升管器壁而引起结焦。及时调整沉降器各松动蒸汽和防焦蒸汽流量，减少沉降器内死区的存在，关于如何减少沉降器及提升管结焦措施请参考相关资料，这里不再赘述5、 按照催化剂细粉收集罐满罐操作的条件，重新核算临界流速喷嘴尺寸，更换新喷嘴或增加跨线，保证三旋泄气量达到设计要求6、 控制好烟机密封蒸汽差压。及时调整密封蒸汽和密封风的流量，保证密封风压力始终高于密封蒸汽在 10Kpa 左右，防止烟气从轴向泄漏可以有效防止烟机二级轮盘背面结垢，保证轴端迷宫和蜂窝密封的清洁不结垢，延长使用寿命7、 密切关注催化剂的性质及向反再系统中添加的各种添加剂，如复活剂、金属钝化剂、硫转
13、移剂等性质及组成的变化情况，在更换一种不熟悉的添加剂后，要着重关注烟机振动等情况变化四、结束语烟机结垢及磨损问题一直以来是一个影响烟机长周期运行的难题，目前催化装置大部分已经实现长周期 2 年以上运行，可是烟机由于磨损和结垢造成振动大叶片断裂等事故时有发生，要减少或减轻该类事故发生，做到提前预警，提早处理，我们即要不断完善各种催化剂性质的监控手段，不要盲目添加各种性质不明的添加剂，还要控制好蒸汽品质，及时调节吹扫蒸汽流量，同时还要注意烟机平时的启停机操作，要做到精细操作，尤其在烟机升降温过程中，一定要缓慢操作，严格按要求控制升降温速度，烟机的操作不同于其他种类气轮机，一个微小的振动上升都可能预示着一个大的事故酝酿之中。作者简介：沈丹（1975） ，辽宁锦州人，2000 年毕业于抚顺石油学院机械专业，现任齐鲁石化公司胜利炼油厂第二催化车间设备副主任，工程师，从事设备技术管理工作。已发表论文 6 篇，联系电话：05337574411，13869311064E-mail:
