催化裂化装置中烟气轮机长周期运行问题研究

催化裂化装置中烟气轮机长周期运行问题研究
发布时间：2022-07-27T03:55:30.474Z 来源：《中国建设信息化》2022年3月6期作者：朱尧
[导读] 催化裂化装置的烟气轮机利用生产过程中产生的高温再生烟气驱动空气压缩机做功或为发电机提供动能朱尧
抚顺石化公司石油二厂辽宁省抚顺市 113006
摘要：催化裂化装置的烟气轮机利用生产过程中产生的高温再生烟气驱动空气压缩机做功或为发电机提供动能。

它是烟气能量回收系统的关键设备，是非常重要的节能设施。

烟气轮机的长期稳定运行直接关系到机组的运行周期和能耗水平，对保证机组正常稳定运行和节能降耗具有重要意义。

然而，在炼化行业的关键设备中，烟气轮机的故障率是最高的，烟气轮机每年停机检修一次是普遍现象。

因此，保证烟气总工程师的长期安全运行已成为人们十分关注的问题。

关键词：催化裂化装置；烟气轮机长周期；运行问题
引言
液体催化裂化装置(FCCM)的能耗约占炼油总能耗的40%，而烟气轮机(烟机)可回收再生烟气的全部压力和大约25%；根据统计数据，2008年，《气候公约》建立了燃气轮机能量回收系统，近160台燃气轮机投入运行，大大有助于节能和减少排放，并带来了巨大的经济效益。

因此，燃气轮机作为催化装置能量回收系统的基本能源设备，安全稳定地运行，对该装置的有效生产至关重要。

1催化裂化装置运行情况
根据中国石化炼油事业部的统计，２０２０年中国石化所有催化裂化装置的平均运行负荷为９９％，总体处于高负荷运行状态，但受新冠肺炎疫情影响，也有少量装置运行负荷降低至７５％。

统计显示：催化裂化装置原料的平均密度（２０℃）为９１９．０ｋｇ／ｍ３，残炭平均为３．１％，平均转化率达到７５％左右；液化气＋汽油的总产率为６５％左右，最高可达７０％；丙烯平均产率为７．８％，液化气中丙烯体积分数达到３９％。

以上数据表明，随着催化裂化技术的进步以及装置设计和操作水平的提升，劣质原料转化、高价值产品生产和产品结构调整能力有了显著提高。

同时，催化裂化装置充分发挥其产品结构灵活、最大幅度增产丙烯的特性，保障了防疫物资生产原料的供应。

此外，在相同催化裂化工艺中，同一指标的平均值、最高值和最低值的差值较大；同类型、同规模催化裂化装置的干气、油浆和焦炭等产品的产率以及能耗变化较大。

说明对于催化裂化装置，其工艺改进、装置设计和操作等仍需在降低低价值产品产率和装置能耗等方面加强研发和优化，以实现节能减排。

2烟机长周期安全运行问题
2.1油膜涡动判定方法及消缺实践
油膜旋转发生在光滑轴承旋转设备中，载荷恒定、油膜稳定时，手柄上的载荷与油膜压力平衡，组运行稳定；如果轴的驱动力受到外部干扰，轴位置将发生偏移，当油膜压力与载荷不再平衡时，轴的范围将沿旋转方向推至轴转动，其转动速度约为被称为油膜转动的角速度的一半油膜叶轮生产后，其频率随着转速和幅度的增加而增加。

如果转速持续提高到一阶临界转速的两倍，其转速与一阶相同，振动随共振而急剧增加，如果转速持续提高，转速保持不变，等于转子一阶临界转速，则这种现象称为油膜振荡。

2.2烟机结垢的现象
经检查，发现烟机内有散装褐色硬块，主要分布于一级移动叶片的根部、一级移动叶片的圆周和二级静态叶片。

经实验室分析，样品主要是催化剂的积累和烧结形成的致密、坚硬、层状的棕色块，也有软质的一部分。

硬蛋糕由大约5μm的细粉制成，每层厚，里面非常坚硬。

一级移动叶根分布有少量催化剂污泥，一级移动叶周围携带大量硬污物，二级静态叶入口顶部存在大量硬污物。

烟机沉降的三个因素是催化剂细粉浓度、催化剂细粉粘度以及烟机高温高速环境，在离心力和分子间力作用下，催化剂细粉粘在烟机叶片粗糙表面质量在高温和水汽中油炸，二次结晶形成坚硬致密的结晶材料，硬度和密度进一步提高。

烟气中催化剂细粉是烟机蓄积的根本原因。

烟气中催化剂细粉的沉积和粘接为沉降创造了条件，而颗粒较大的催化剂则受较大的离心力的作用，更容易粘接和蓄积。

催化剂细粉粘度是造成粉碎的必要条件。

在更大的力作用下，催化剂中的铝气溶胶被粘附并沉积在烟雾机中，而金属元素(如ca、Fe)和稀土元素(如La)则在催化剂的细粉中形成SOx大气中的硫酸盐，很容易形成高温共溶性晶体烟机烟气流速慢、温度高是烟机破坏的必要因素。

当晶粒与壁间碰撞速度超过临界速度时，晶粒碰撞后可获得新的速度；当粒子以低于临界速度与壁碰撞时，它们降落在壁上。

3催化裂化装置中烟气轮机长周期运行问题对策
3.1催化裂化柴油转化增产汽油
催化裂化柴油定向加氢－选择性开环裂化（ＬＴＡＧ）关键技术，可以将劣质催化裂化柴油高效转化为高辛烷值汽油。

目前，该技术已在中国石化２９套装置上成功应用，有效解决了催化裂化柴油转化和高辛烷值汽油生产之间的矛盾。

ＬＴＡＧ技术已在福建联合石油化工有限公司２．３Ｍｔ／ａ催化裂化装置上应用，不同进料模式下的产物分布情况如表４所示。

由表４可以看到，以加氢柴油和蜡油为原料，采用混合进料或分层进料两种进料模式均能大幅降低柴油产率，显著提高汽油和液化气的产率。

以加氢柴油单独进料作为基准进料模式，与其产物分布相比，采用加氢柴油和蜡油混合进料或分层进料时柴油产率分别降低１０．５１百分点和１１．１８百分点，汽油产率分别提高４．５５百分点和６．２０百分点，液化气产率分别提高４．９８百分点和４．２５百分点，说明采用加氢柴油和蜡油混合进料或分层进料时的产物分布明显改善。

然而，当ＬＴＡＧ工艺采用分层进料模式时，剂油比和反应温度均较高，致使产品汽油中苯体积分数增加０．２～０．４百分点。

3.2轮盘冷却蒸汽控制
烟机车轮冷却蒸汽的温度和流量对叶片冷凝影响较大，温度越低，流速越高，添加起来就越容易。

研究表明，刀片压力表面的烟气含水量高于其他位置，特别是在车轮冷却蒸汽喷射后，刀片环境的湿度提高，烟气颗粒对刀片的聚集和积累效应是提高烟气湿度是造成回转板冷汽量和汽温的重要因素，改善烟气湿度环境，减小湍流面积，降低燃烧板蒸汽量增长趋势。

中国某石油化工公司烟厂开始检修后，73d 运行后振动值持续上升，烟厂前轴振动值达到113μm，危及运行安全。

烟机停机维护后，拆卸和检查发现烟机叶片有污点。

烟机用高速车轮冷却蒸汽，吹走了附在车轮上的催化剂。

但是，在大约200 c的情况下，大量的车轮冷却蒸汽不仅会导致局部地区温度较低(例如，催化剂存放量较大的车轮后部)，而且还会增加烟气的湿度，从而可能导致叶片凝结，从而导致公司技术人员通过改变恒控自动控制轮冷却汽量，
有效减少转子动平衡断裂现象，提高振动值。

优化措施:第三催化装置烟机原设计轮温度控制在320 ~ 350 ℃，烟机冷却蒸汽采用100万mp过热蒸汽(温度大于230℃)，冷却蒸汽量为800kg/h，以减小影响结合上述企业烟机故障分析处理经验，提高操作过程中车轮温度控制精度范围，使车轮温度恒定在340 ~ 345℃；此外，检查冷却蒸汽的质量，定期脱水冷却蒸汽，防止蒸汽带来水。

结束语
催化剂整流队长的可靠运行是一个系统，是一项复杂的任务，其中每个环节的问题都可能影响烟气的运行。

其中有些措施只有在机器得到顺利、详细的措施、坚固的维修和加强保证集团的日常检查维护和管理的情况下才有意义。

参考文献
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[3]罗刚.催化裂化装置长周期运行的研究[D].东北石油大学,2018.
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