催化裂化烟机振动原因分析及应对措施

催化裂化烟机振动原因分析及应对措施
方明
【摘要】通过对引起烟机振动值增加的因素进行分析,采取相应的措施,同时加强设备维护,减少工艺调整降低轴瓦振动,实现了机组长周期运行.
【期刊名称】《化工设备与管道》
【年(卷),期】2010(047)004
【总页数】4页(P41-44)
【关键词】烟气轮机;振动;不平衡;蒸汽带水;油膜涡动;二次尾燃;措施
【作者】方明
【作者单位】中石化安庆分公司炼油一部,安徽,安庆,246001
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051
某分公司炼油一部催化裂化装置三机组M101(烟机 -主风机 -电动机)于 1996年催化掺重改造时投用,流程见图 1。

其中烟气轮机为中石油兰州石油化工公司机械厂制造,型号为YLⅠ-8000ⅢB,在 2001年装置大修中进行了整体更换。

烟机性能参数如下:
入口压力 (绝)/MPa 0.26
入口温度/℃ 660
出口压力 (绝)/MPa 0.107
出口温度/℃ 556
烟气中催化剂浓度 <150
流量/(m3·min-1) 2 260
轴功率/kW 7 315
级数单级
静叶片 38
动叶片 52
上周期自 2006年元月 21日开机以来,连续运行了 950多天后 (是某公司催化装置烟机有史以来连续运行时间最长的一次),由于烟机运行到后期,自 2008年 7月以来前、后轴承振动值出现了上升趋势 (见表 1),烟机轴振动指标见表 2。

由表 1可以看出如果轴振动继续升高,将严重影响到机组平稳长周期运行,而在2002年为适应M IP改造对主风量增大的需要,对轴流风机转子进行了改造,增加了一级叶轮,风机轴功率年平均达到8 870 kW,因此当烟机出现故障后仅依靠电动 /发电机无法单独驱动风机运行,装置将被迫停工检修。

图2 为M101自 2008年 6月至 9月期间状态检测前轴承的振动瀑布图,由图中可以看出轴承振动频率单一,振动方向以径向为主。

在工频 (1X)处有一最大峰值且不含工频 (1X)的高次谐波 (2X、3X……)。

而以上特征则说明可能由于烟机转子不平衡导致振动加剧。

催化装置三级旋分分离器为 1996年装置掺重改造时投用,型号为卧管式 P IM型、规格为φ3 800 mm/φ5 800 mm ×18 855 mm ×30 mm/20 mm,运行20余年未进行更新。

表 3为 2008年 1月至 8月烟机入口催化剂粉尘的含量采样值,通过数据可以看出烟气中催化剂粉尘浓度连续超过 120 mg/m3(上周期为 80 mg/m3左右),三旋分离效率明显下降,粉尘浓度偏高。

而机组已连续运行达 950天,催化剂对转子部件长期冲刷必然造成了不平衡。

另一方面,催化剂细粉结构也会导致烟机转子不平衡:从流体力学角度讲,与常规催化
剂颗粒 A类粒子不同,小于10μm的催化剂细粉固体颗粒(属于 C类粒子)本身由于分子间范德华力作用,粘结性强,不易流动以及平衡催化剂上的钙、铁等离子,含量过高是催化剂细粉易结垢的成因。

此外,2005年底装置大修中进行了M IP-CGP改造,此后开始使用 CGP-C专用催化剂,查阅相关文献得知该催化剂上稀土含量较高 (大都大于 3%,甚至更高),而稀土元素恰恰最容易产生静电,从而强化了小颗粒的吸附作用。

其次大量钙、铁、磷元素的存在,又起到了粘结剂的作用,促进了催化剂细粉的
进一步结合。

在催化剂的制造过程中大量引入磷元素,尽管现在引入的目的是加强
催化剂骨架的水热稳定性,但在高温下形成的磷酸盐也会具有粘结性,使得催化剂在
烟机转子上的长期沉积到一定的时期,就会产生瞬间的不均匀,造成了转子的动不平衡。

由于2008年大修前催化裂化装置烟气系统未安装在线监测系统,因此烟机入
口烟气中催化剂筛分无分析手段。

表 4为催化三旋废剂的筛分分析数据,由此可以
看出 2008年 8月初为小于20μm的细粉含量最高的时候,达 50%,而此时烟机振
动也达到最高值。

随着振值增大后,振动加剧,部分催化剂积垢就会脱落,继而逐渐恢复了转子的动平衡,烟机运行恢复正常,这可以从图 2中看出,8月底至 9月初振动值有所下降。

2008年 12月催化装置停工大修,在检修中对烟机进行了解体检查,从检查情况看:
转子叶片顶部及根部冲刷严重,造成转子不平衡这是上周期后期机组振动的主要原
因之一;同时静叶片和动叶片上残留有一些瓦片状催化剂尘垢,但可能是由于停工期
间轮盘冷却蒸汽长时间使用将大部分尘垢吹掉,这些尘垢也或是造成烟机振动的原
因之一。

另外从再生器检修情况来看:旋风分离系统内构件损坏也是较为严重的,辅助装卸孔
靠人孔口处的二级旋分料腿有一根断裂,且翼阀阀板脱落,辅助装卸孔处右数第四组
二级料腿有一小处冲刷磨损。

辅助装卸孔靠人孔口处的左数第三根的二级旋分料腿翼阀阀板脱落;大装卸孔右第三组一级旋分料腿有一根焊缝开裂,料腿上下尚未脱开。

由此可以看出由于再生器内部旋分系统受损,导致催化剂分离效率明显下降,三旋工作负荷增加,烟气中粉尘浓度超标,这些都是造成机组振动增大的原因。

当轮盘冷却蒸汽温度低或带水时,由于直接与烟机转子接触,易造成烟机轮盘温度变化过大,造成烟机“翘头”,振动急剧增大;另一方面在离心力的作用下沿轮盘径向运动,在静叶的出口与动叶进口之间的高温烟气混合,在混合过程中,有两种情况,一部分水滴在进入动叶流道前被完全汽化,而一部分没有完全汽化的水滴则进入动叶流道内进行汽化,在汽化过程中冷却蒸汽的体积将发生巨大变化,汽化体积膨胀在烟机动叶的后部出口处产生了很大的阻力,造成烟机逆流,加剧了烟机的振动。

由于机组长周期连续运行,轴颈与轴瓦必然存在不同程度的磨损,两者间隙增大;同时7,8月正处于夏季高温阶段,润滑油冷后温上升导致润滑油黏度下降,导致油楔刚度降低极易导致油膜涡动的产生。

油膜涡动频率特征是有较大的径向振动,频谱图中有明显而稳定的涡动频率分量(42%～48%),可能有高次谐波分量,从图 3的频谱图可以看出油膜涡动亦是造成机组振动值升高的另一主要原因。

由于再生器温度和风量控制得不好,致使烟气在三旋前的烟道中二次燃烧,使烟气的温度升高,可由原来的640℃升至 680～690℃,过高的烟气入口温度将可能造成催化剂颗粒的“热崩”,恶化了进口烟气的品质,也可能引起烟机的不平稳运行。

但通过查阅近几个月的操作记录可以得知,在烟道中未出现二次燃烧的情况。

考虑到催化装置将于 2008年 12月停工大修,为了保证烟机能够平稳运行到大修前,我们根据分析出振动增大的原因,有针对性地采取了以下措施进行处理。

工艺操作上双动滑阀门开度按不大于 2%控制;反应岗位需要调节烟机入口蝶阀开度时,尽可能缓慢调节,避免大起大落。

为了避免二次尾燃的发生,操作上严禁入口烟气超过680℃。

由于某公司催化装置的烟气粉尘经三旋分离后,进入四旋再进行分离,分离出的催化
剂进入废剂罐。

一旦四旋料腿发生堵塞,烟气粉尘无法分离便随烟气带入烟机造成叶片磨损。

为此加强对四旋料腿温度的监控以保证四旋料腿畅通,确保三旋系统工作正常、烟气中催化剂含量不超标。

要求操作工定期对四旋料腿进行检查及温度测量,如果发现四旋料腿温度低于正常值,则料腿出现了堵塞,必须进行疏通处理。

同时为了方便疏通处理,在四旋料腿上、中、下部位各开了若干个带阀门的排空口,在排空口上接一条卸料线至废催化剂罐,得以将堵塞料腿的催化剂及脱落的衬里经卸料线卸出。

加强机组岗位对轮盘蒸汽进机前的脱水工作,尽量避免蒸汽带水,同时烟机轮盘温度控制在 290～340℃。

在控制好烟机密封蒸汽的前提下,减少蒸汽注入量。

上述提到了油膜涡动亦是造成机组振动增大的原因之一,为此我们将润滑油冷后油温由原来的42℃降低至38℃,以期加大油品黏度使得油楔厚度增加,改善转子润滑状况。

同时,根据环境温度的变化,将冷后油温控制在(40±2)℃。

建议催化装置安装烟气粉尘在线监测系统,实现对烟气粉尘浓度、筛分组成进行实时监控,来应对烟气突发变化时对烟机运行工况产生的影响。

在轮盘冷却蒸汽管线上增设汽水分离装置,同时控制好蒸汽温度、加强蒸汽排凝点的脱水工作,尽量避免由于蒸汽带水而造成机组波动。

通过以上多种措施的实施,机组振动有了明显的好转,前瓦振值最高点由52μm,最低下降至34 μm,且至今一直稳定在40μm以内。

通过这次烟机振动处理的过程来看,为了保障机组安全、平稳、长周期运行,主要解决好烟气中催化剂粉尘浓度、机组润滑油温以及轮盘蒸汽控制等问题,才能确保催化裂化装置能够实现“三年一修”乃至“四年一修”的目标。