李鳳宇　杜鑫

摘 要：裝置自2005年3月以來，三旋單管排塵口及煙機動、靜葉片等部位結(jié)垢問題突顯。為解決結(jié)垢問題對裝置長周期運行的困擾，進行了長達12年兩個階段的探索和實踐。目前通過不懈努力，煙機結(jié)垢問題得到了有效的扼制。本文主要針對第二階段2007年至今采取預(yù)防措施進行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：三旋單管排塵口;煙機;結(jié)垢;預(yù)防措施

從2007年開始至2013年，裝置共停機檢修煙機16臺次，其中有12臺次是由于煙機結(jié)垢造成的，煙機結(jié)垢問題突顯。雖然各煉化企業(yè)煙機結(jié)垢或結(jié)焦的原因各有不同，但這一矛盾的日益突出，嚴重威脅催化裝置的安全生產(chǎn)、能量回收及長周期運行工作。為此中石油煉油與銷售分公司多次召開專門的研討會進行認真分析和集思廣益，并下發(fā)了《防止煙氣輪機結(jié)垢指導(dǎo)意見》和《煙氣輪機長周期運行管理技術(shù)導(dǎo)則》作為指導(dǎo)。通過2013年公司大檢修的契機，我公司一套ARGG裝置在防止煙機結(jié)垢方面已取得了實質(zhì)性進展，煙機自2013年9月運行至今，煙氣輪機檢修臺次為3臺次，基本時限了煙機長周期運行。

1 三旋及煙機結(jié)垢的基本原理

降烯烴催化劑與常規(guī)催化劑的不同主要在于采用稀土和磷調(diào)變活性中心，提高選擇性氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，高稀土含量使系統(tǒng)催化劑抗磨性有所下降，細粉量易增加，同時在正常生產(chǎn)中，催化劑還要保持較高活性，需要經(jīng)常加新鮮劑進行補充，這也為細粉的增加創(chuàng)造了條件。細粉增多后，易在某些流速高的部位產(chǎn)生靜電吸附作用，為結(jié)垢的形成提供了前提條件。加之硫酸根或磷酸根等陰離子與催化劑中富集的大量Fe、Ca、Ni等金屬離子結(jié)合后，易生成低溫熔融態(tài)的鹽類。這些低熔點的鹽類在特定條件下（500-640℃及蒸汽作用等）可能變成類似于“漿糊狀”的粘結(jié)物質(zhì)，通過靜電吸附作用，會在某些部位析出并與催化劑中的細粉結(jié)合，形成附著和沉積，最后經(jīng)高溫?zé)煔獾臒Y(jié)作用形成硬垢。

在此原理的指導(dǎo)下，單純從催化劑配方改變和復(fù)雜狀態(tài)下的熔融態(tài)研究解決煙機結(jié)垢問題難度極大，收效甚微，雖然退而求其次地進行了大量的適應(yīng)性調(diào)整，但引起煙機結(jié)垢的根本原因并未消除，只是減緩了結(jié)垢堵塞的時間。因此從設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)改進另辟蹊徑，如何去適應(yīng)外部條件的變化成為解決問題的關(guān)鍵。

主要的切入點：

再生器旋分及料腿內(nèi)部無結(jié)垢;三旋單管排塵口出口結(jié)垢（其余通流部位無）;

三旋至煙機管線內(nèi)無結(jié)垢;煙機動、靜葉及圍帶結(jié)垢。

急需解決的問題：

與再生器旋分操作條件類似的三旋反而出現(xiàn)結(jié)垢問題？煙機流場中對結(jié)垢影響關(guān)鍵因素是什么？

2013年初一個偶然的機會，看到一種新型的三旋單管排塵口結(jié)垢，事情有了轉(zhuǎn)機：

通過與WX，XA，YK三家設(shè)備制造商進行交流和對比，最終選擇YK一家公司進行技術(shù)合作。

經(jīng)流場實驗測試表明排塵雙錐有以下不足之處：

①在上下錐的結(jié)合部和排塵口處都存在著較多的渦流和偏流，易造成雙錐內(nèi)部的返混和排塵口處的返混。這對外層區(qū)域內(nèi)顆粒的分離和夾帶到中心區(qū)域內(nèi)的細粉二次再分離是非常不利的;②上下錐體的結(jié)合部形成環(huán)形空間，在向心徑向速度和較高切向速度下，環(huán)形空間形成了旋轉(zhuǎn)氣圈。該氣圈在向心速度作用下形成短路流，夾帶粉塵到中心上升氣流中，從而降低了單管的分離效率，同時灰環(huán)對雙錐接合部的沖刷破壞也非常嚴重;③雙錐結(jié)構(gòu)的兩個錐體疊套在一起，若上下錐組對同軸偏差大，上述灰環(huán)形成的磨損和短路流現(xiàn)象會更加嚴重;④PT-II 250型雙錐結(jié)構(gòu)中，下錐直徑小于上錐，不利于粉塵和垢塊的排出。

通過對比，最終選擇PHT-III 250型單錐進行替代研究工作。

2 三旋及煙機結(jié)垢特點

①從三旋結(jié)垢發(fā)生的部位來看，結(jié)垢總是產(chǎn)生于高流速及大焓降的排塵口出口，煙氣和排塵口附近中過高的粉塵濃度及單管返混為結(jié)垢提供了物質(zhì)基礎(chǔ);②從三旋單管的結(jié)垢趨勢來看，其結(jié)垢順序是自下而上逐漸形成的，尤以下部單管堵塞最為嚴重，底部下幾排全部堵塞失去作用后，會造成上部單管負荷加大，甚至偏離性能曲線，分離效率下降，經(jīng)常出現(xiàn)排塵口錐體磨穿問題，這與三旋集塵倉底部更高的粉塵濃度和惡劣的工作環(huán)境有直接關(guān)系;③三旋運行狀態(tài)的好壞與煙機結(jié)垢緊密相關(guān);④三旋出口粉塵濃度逐漸增加意味著三旋因單管開始嚴重結(jié)垢或堵塞，也是煙機動、靜葉等通流部位開始結(jié)垢的先兆;⑤對臥式單管及其排塵口結(jié)構(gòu)進行適應(yīng)性改進勢在必行。

綜合考慮進行如下：

三旋殼體下部凈空尺寸比較：

①凈空尺寸：從三旋內(nèi)部分離原理來看，經(jīng)過高效分離的氣相煙氣經(jīng)單管上部的出口排出進入煙機做功，固相催化劑細粉由單管下部排塵口排出后進入排塵倉回收。因單管為自上而下分層排布，因返混的存在，隨著粉塵的向下排出，越往下單管排塵口周圍粉塵濃度越高，工作狀態(tài)更加惡劣，越不利于底部單管的排塵。這樣設(shè)計較大的凈空尺寸，最大限度的減少返混、竄流強度及不利影響，有利于減緩三旋單管的堵塞，從而使其始終保持高效運行。因受原有框架尺寸和基礎(chǔ)的限制無法將殼體換大，也受限于主風(fēng)機的做功能力，無法更換為旋分式三旋，最終決定對分離單元進行更換，為減少單管排塵口粉料遇排塵倉內(nèi)壁反彈造成返混及串流，將單管傾度由20°提高至25°，從而部分抵消因內(nèi)部空間較小，不利于排塵下落的弊病;②PHT-III 250型單錐排塵單管處理量1300 m3/h，原PT-II 250型雙錐排塵單管處理量1000 m3/h。因PHT-III 250單管處理能力高，應(yīng)用后分離單元單管數(shù)量由170根降至140根。按每層單管排布仍為10根分布，單管數(shù)量降低后減少2排單管變成15排。為進一步改善單管排塵效果，減少因間距過小造成的相互返混影響，將單管間距由原來的600mm提高至650mm，同時最底層單管入口中心高較原來提高500mm，更有利于底部單管避開高濃度區(qū)。

此次調(diào)整方案得到了洛陽設(shè)計院的大力支持和認可。

新三旋分離單元投用后，從2013年9月一直平穩(wěn)運行至2015年9月。三旋壓降在9-11 kPa之間波動。期間煙機一直運行平穩(wěn)，2015年1月，煙機運行12000小時后打開，動靜葉結(jié)垢輕微，只是在停機時圍帶脫落的垢片與動葉葉頂發(fā)生剮蹭。2015年8月，三旋打開后發(fā)現(xiàn)單管排塵口有少量的薄薄的軟垢（可接受，不影響使用），輕輕觸碰即掉。2016年8月三旋打開后，情況也是如此，因此解決三旋結(jié)垢取得了成功。

三旋單管結(jié)垢問題解決之后，原以為煙機結(jié)垢能夠順利解決，實際上從2015年1月煙機解體時發(fā)現(xiàn)動靜葉仍然輕微結(jié)垢，而且是硬垢，對煙機運行安全仍然存在影響，說明煙機結(jié)垢還有其特殊性，對比三旋及煙機的運行工況，有一個因素浮出水面，那可能就是輪盤冷卻蒸汽對煙機流場的干擾，這一猜測需進一步驗證。

2015年初，通過與蘭州機械廠進行新技術(shù)應(yīng)用交流，我們決定進行煙機節(jié)能改造的同時，對煙機的抗結(jié)垢能力進行改進。

3 煙機結(jié)構(gòu)改進

3.1 動、靜葉圍帶流道內(nèi)表面毫克能光整處理

毫克能金屬表面加工技術(shù)是源自烏克蘭的一項軍工技術(shù)，其利用金屬在常溫狀態(tài)下冷塑性的特點，運用毫克能對金屬零部件進行無研磨劑的研磨、強化和微小形變處理，使金屬零件表面達到更理想的表面粗糙度要求;提高零件表面顯微硬度的同時在零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，增強零件的耐磨性、耐蝕性及疲勞強度和疲勞壽命。經(jīng)過檢測，表面粗糙度達到Ra0.02（達到鏡面水平），硬度提高了20% 以上。

新制過渡襯環(huán)和襯環(huán)，過渡襯環(huán)流道表面進行毫克能光整處理，以提高表面光潔度，延緩催化劑結(jié)垢。

注：本次新制的襯環(huán)和過渡襯環(huán)內(nèi)表面均不噴涂耐磨涂層。

3.2 采用輪盤冷卻新結(jié)構(gòu)

采用輪盤冷卻新結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子前側(cè)設(shè)置蜂窩密封，轉(zhuǎn)子輪盤設(shè)導(dǎo)流孔。由于減少冷卻蒸汽，改變了冷卻蒸汽流向，能夠消除冷卻蒸汽引起的動葉片等部位催化劑結(jié)垢問題，消除動葉葉根部位的渦流造成的沖蝕，同時減少蒸汽對流場的干擾，提高煙機的效率。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

進入到葉柵流道的冷卻蒸汽量大幅減少，減少了煙機葉片結(jié)垢的條件，對煙機葉片結(jié)垢有緩解作用。

由于改變了蒸汽流向，能夠杜絕蒸汽對流場的干擾，消除動葉葉根部位的渦流造成的沖蝕，同時能夠提高回收效率。

輪盤冷卻蒸汽用量大幅減少，節(jié)省了蒸汽，節(jié)能效果明顯。

3.3 動、靜葉型采用高效彎扭復(fù)合葉型

采用新開發(fā)的馬刀葉型，該葉型具有更好的氣動效率。 從傳統(tǒng)的直葉型和扭曲葉型發(fā)展到高效的馬刀葉型，馬刀葉形是變截面，扭曲和彎曲三項技術(shù)的綜合體，馬刀型葉片能有效調(diào)整等壓線的分布形狀，控制徑向壓力梯度和橫向壓力梯度，抑制根部附面層分離現(xiàn)象，減少二次流損失。

通過葉片馬刀式的彎曲，在葉片根部引入了較大的正斜置值，在頂部引入少量的副斜置值，可以使得根部附近的低壓區(qū)位置上移，在根部產(chǎn)生負壓力梯度，使根部低能區(qū)的流體向中部流動，并被主流帶走，從而提高葉片的氣動效率，增加葉片的做功能力，使煙機的通流效率得到較大的提高，同時由于流線的平行和順滑，對緩解催化劑的結(jié)垢也起到了一定的作用。

3.4 采用帶有導(dǎo)流板高效排氣機殼

對于和煙氣輪機類似的燃氣輪機動力透平，一般都采用無導(dǎo)流板的長擴壓段。但是煙機的懸臂結(jié)構(gòu)限制，在軸向不方便采用長的軸向擴壓段，且煙氣輪機的級的焓降一般比燃氣輪機大，為了減小排氣機殼的擴壓損失，我們開發(fā)了帶有導(dǎo)流板高效排氣機殼，減小排氣機殼的擴壓損失，用以提高煙機的效率。

通常擴壓板的前緣與動葉出口留有一定的軸向距離，防止導(dǎo)流板前緣的氣流對動葉出口產(chǎn)生不必要的擾動，抵消了采用導(dǎo)流板帶來的好處。

重點通過前兩項措施，解決了催化劑在圍帶結(jié)垢問題，及蒸汽對煙機流廠的干擾，2016年8月煙機解體檢查發(fā)現(xiàn)，動葉及圍帶處無結(jié)垢，靜葉處微量垢片，動葉葉根榫齒處和輪盤處無沖蝕，經(jīng)過一年的調(diào)整解決煙機結(jié)垢問題取得突破，進一步印證蒸汽因素是催化劑結(jié)硬垢的主要原因。

4 結(jié)論

通過三旋及煙氣輪機結(jié)構(gòu)改造，裝置YL-10000C型煙機，自2013年9月檢修后投入運行一直保持平穩(wěn)狀態(tài)，經(jīng)歷三次檢修為一次裝置大檢修兩次是達到長周期運行導(dǎo)則時限強制定期檢修。這樣經(jīng)過不懈地努力，探索三旋及煙機的結(jié)垢成因及應(yīng)對措施取得了突破性進展，并認清了結(jié)垢的基理，為以后徹底解決煙機結(jié)垢問題邁出了至關(guān)重要的一步。