催化剂对烟气轮机动叶片冲蚀破坏原因分析及解决措施

催化剂对烟气轮机动叶片冲蚀破坏原 因分析及解决措施
白 云， 米鹏锋 ， 邱艳芳 ， 任旭 阳
（ 中国石油 兰州石 油化工机械厂 ， 甘肃 兰州 ７ ０ ６ ） ３０ ０
摘 要： 烟气轮机动叶片在烟气中催化荆的粒度和浓度超标时会被严重冲蚀破坏。分析 了冲蚀 破坏 受催 化 剂颗 粒 的流动速 度 、 粒度 、 浓度 、 击 角度及 叶 片涂层 性 能等 因素 的 影 冲
响， 从而在烟气轮机结构设计上采取 了有效 的防冲蚀设计。 关键词 ： 气轮 机 ； 叶 片 ； 化 剂颗粒 ； 烟 动 催 冲蚀
中图分 类号 ：Ｅ ８ Ｔ ９０ 文献标 识码 ：Ｂ
烟气轮机 （ 简称 烟机 ） 是炼厂催 化裂化装置 能
量 回收机组的重要设备之一 ， 其平稳运行直接关系 到整个机组乃至整个装置安稳长周期运行。作为机
２ 在流道 内设 立固体颗粒折 转台 阶。图 ５为 ） 折转台阶示意图。由于离心力的作用 ， 固体颗 粒往
０ ２ ４ ６ ８ １ ｌ０ ４ １０ ８ ２ｏ ０ ０ ０ ０ Ｏ ２ １ ０ ０ ６ １Ｏ ｏ
往向流道外侧偏移 ， 立这样 的折转台阶可以有效 设
微粒粒度 （ｕ ） ｏｎ
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兰 州 石 化 职 业 技 术 学 院 学 报
２０ ０ ６血
的一半焓降在静叶 中利用， 另一 半在动 叶中利用 。 与其它反动度叶片 比较 ，０ ５ ％反动度叶片的优点 在 于它的介质流速最低 ， 叶、 静 动叶的出口流速仅高于
圆周转速 ３％， ０ 这样就有效的减少 了介质对 叶片的
冲击 速度 。
线 的偏 移量 越大 。
收 稿 日期 ：０６— ２—１ ２０ ０ ８
作者简介 ： 云 （９ ２ ， ， 白 １７ 一） 男 甘肃榆中人 ， 工程师
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兰州石化职业技 术学院学报
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文章编号 ：６ １－ ０７ ２ ０ ） １ ００ ０ １７ ４ ６ （ ０６ ０ — ０ ５— ２
２ ３ ４
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圈 ３ 介质 在动叶叶栅 中的流动轨迹
根据气动模拟不 同粒度的催化剂在叶栅 内的轨 迹 图（ ４ ， 图 ） 参照叶片被冲蚀现象 ， 造成叶片被 冲蚀
破坏的主要介质判断是直径为 １ ４ １ 的大颗粒 ５— ０ ｍ ｘ 催化剂 。
２ 冲蚀机理及原 因分析
冲蚀破坏主要受催化剂颗粒的流动速度、 粒度、 浓度、 冲击角度及 叶片涂层性能几方面因素的影响。
重的磨损 ； 而在颗粒粒度超过 ５ １ 以后 ， ０， ａ ｍ 实际上不
再增加冲蚀。
图３ 所示 为气体、 小粉尘颗粒及 大粉尘颗粒通
过动叶片时的流动轨迹。由于粉尘颗粒质量惯性 的 缘故 ， 在流动过程 中， 直径越大的微粒相对气流中心
图 ２ 粉尘粒度与 冲蚀 量关 系
的防止动叶片上部 冲蚀破坏严重 的现象 ， 使得 叶片
的冲蚀在整个叶身上比较均匀 。 ３ 在叶片及 流道表面喷涂高性 能的防冲蚀 涂 ） 层。 目前 Ｙ Ｌ型 烟气 轮机 采 用 的涂层 为 “ 城 一 长 号”２ 高效耐磨 涂层 ， 该涂层实 验室数据及使用 经 验都证 明： 该涂层无论 与母体 的结合强度还是耐冲 蚀性能都完全可以满足 目前烟气轮机的使用要求 。
型烟气轮机防冲蚀设计由于烟气轮机通过介质为含有固体催化剂颗粒的高温烟气两相介质因此在气动设计上一方面要从机组总体设计考虑在满足装置匹配要求的通流量的条件下优化选择合理的流道尺寸轮盘直径叶型及安装角度使之效率达到优化值
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第 ６卷 第 １ 期 ２０ ０ ６年 ３月
接导致叶片失重 、 型线破坏甚至叶片断裂 ， ｌ 图 为动
叶片冲蚀破坏后 的实物照片。可 以看 出， 动叶片冲 蚀部位主要集中在叶片的迎风面及 内弧接近出气端 面处， 尤其是内弧接近出气端面处 冲蚀现象特别严 重， 有些地方甚至出现了蚀透的现象。
式 中
ｏ６ 、 一为 常数 。
关于粉尘颗粒粒度大小与冲蚀量 的关系 ， 根据 国外专业厂家试验Ｌ （ ｌ 如图 ２ 及 经验数据表 明： ） 颗 粒粒度在 ５ ｍ以下时可以造成较小 的冲蚀 ； ５— 在 ２ １ 时将造成严重的冲蚀；０～ ０ ， ０， ａ ｍ ２ ４１ ａ ｍ时将造成严
图 １ 动叶片冲蚀破坏情 况
ｌ 动叶片冲蚀破坏 的基本情 况
烟气中催化剂颗粒对烟机过流部件的冲蚀会直
根据经验公式， 粉尘颗粒对金属 的冲蚀量可简 单表示为 ：
＝
后
为叶片冲蚀量
一
（） １
冲蚀数， 与粒子的硬度、 冲击角度等参数有关 ； 为粒 子流动的速度 ； ｄ 一为粒子的直径 ；
置的工艺条件及催化剂颗粒的硬度 、 流动速度、 直径 及其对叶片的冲击角度相对稳定 的情况下 ， 烟气轮 机防冲蚀设计 上采取的这些措施很好的防止了催化 剂颗粒对叶片和流道的冲蚀破坏。但导致烟机损坏 的主要因素还是 叶片被冲蚀 的问题 ， 同时注意在装
组设备之一， 烟机的平稳运行受到很 多外界因素的 干扰： 如机组找正、 管道 的附加力干扰、 烟气中催化 剂颗粒对烟机叶片及流道冲蚀等因素。本文主要结 合目 前国内催化裂化装置能量 回收机组大量使用的
Ｙ Ｌ型烟气轮机 ， 就烟气轮机动叶片被催化剂冲蚀及 附着破坏的原因及机理进行分析并提出解决方法。
图 ５ 固体颗粒折转 台阶
气流 小粉尘颗 粒 大粉 尘颗
图 介在 叶栅 的 动 迹 照 ４ 质动 叶 中 流 轨 对
４ 结语
在叶片型线系列成熟 、 完善 ， 涂层质量保证 ， 装
３ Ｙ Ｌ型烟气轮机防冲蚀设计
由于烟气轮机通过介质为含有 固体催化剂颗粒 的高温烟气两相介质 ， 因此在气动设计 上一方面要 从机组总体设计考虑， 在满足装置 匹配要求的通 流 量的条件下， 优化选择合理 的流道尺寸、 轮盘直径 、