催化裂解裝置煙機長周期運行實踐策略及效果

劉曉成，劉欣宇

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315800）

0 引言

在國內(nèi)石油煉化企業(yè)中，催化裂解裝置是石油煉化生產(chǎn)工藝流程的龍頭，其中煙氣輪機（簡稱 “煙機” ）作為DCC 裝置長周期運行能量回收三機組中的最大節(jié)能設(shè)備（三機組工作原理為利用煙氣的壓力能和熱能膨脹做功，轉(zhuǎn)化動能驅(qū)動主風(fēng)機運行，來降低電機所消耗的電能），只有煙機運行時間越長、能量回收率越高，裝置節(jié)能效果才能越顯著。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)同行業(yè)DCC 裝置煙機平均運行時長約為182 天，能量回收轉(zhuǎn)換率在70%左右。因此，如何實現(xiàn)煙機長周期運行成為行業(yè)內(nèi)一直研究攻關(guān)的課題。

1 背景介紹

該裝置煙機自2016 年6 月首次開工投入運行，2016 年10 月開始出現(xiàn)較為明顯的振動，最大幅值48.00 μm，12 月最大幅值已上升至55.56 μm，2017 年2 月最大幅值高達68.00 μm，超過設(shè)計的高報值（65.00 μm）。每次振動從開始上升到下降再到正常值持續(xù)約20 min，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 機組運行參數(shù)

該裝置煙機運行僅半年時間，已經(jīng)頻繁出現(xiàn)振動幅值升高，峰值高達68.00 μm，給煙機的長周期運行帶來了極大的挑戰(zhàn)。

2 處理措施

2.1 降低煙機入口粉塵濃度

根據(jù)煙機實際運行工況，深刻認(rèn)識到維持煙機長周期運行才是最有效的節(jié)能方式之一 ，而煙機結(jié)垢是制約長周期運行最重要因素之一，高濃度的催化劑細(xì)粉又是結(jié)垢的最主要因素[1]。因此，降低煙氣中的粉塵濃度是減少結(jié)垢的有效措施。

結(jié)合煙機入口粉塵濃度的變化趨勢，經(jīng)過對影響粉塵濃度的各個工藝參數(shù)進行分析得知，每次進行油漿泵切換后的48 h 內(nèi)，粉塵濃度都會有逐步升高后又下降的波動，趨勢如圖1 所示。油漿泵在停機預(yù)熱時，大量粉塵積聚在入口管線，機泵切換時通過回?zé)捰蜐{進入反再系統(tǒng)，導(dǎo)致煙機入口濃度升高。經(jīng)過理論分析，結(jié)合反復(fù)實踐總結(jié)，進行如下調(diào)整：

圖1 油漿泵切換頻次調(diào)整前后煙機入口粉塵濃度變化趨勢

（1）將油漿泵切換頻率提高（每月1 次更改至每月2 次），且適當(dāng)降低預(yù)熱溫度（由300 ℃降為290 ℃），從而減少在備泵入口催化劑細(xì)粉堆積量。

（2）降低油漿回?zé)捔?，增加油漿外甩量，減少催化劑粉塵進入反再系統(tǒng)的量。

（3）提高再生器壓力，將雙動滑閥開度由3%調(diào)整至0.5%，為防止閥板卡塞，定期開關(guān)活動。

（4）充分密封旋風(fēng)器料腿，提高再生器藏量；控制一級、二級旋風(fēng)分離器入口線速分別在17～19 m/s、22 m/s，確保粉塵濃度≤200 mg/m3。

通過以上一系列措施后，煙機入口粉塵濃度有了較為明顯的降低，峰值從初始215 mg/m3下降至171 mg/m3，如圖1 所示。

2.2 平穩(wěn)煙機輪盤溫度

煙機輪盤溫度控制指標(biāo)范圍一般為320 ～350 ℃，但是該裝置輪盤冷卻蒸汽波動幅度高達50 ℃，如圖2所示，嚴(yán)重影響煙機的運行穩(wěn)定[2]。結(jié)合改造前流程分析，主要原因是受280 ℃、1.0 MPa 管網(wǎng)蒸汽影響。正常情況下，輪盤冷卻蒸汽和煙機密封蒸汽均為減溫減壓后330 ℃、1.0 MPa 蒸汽提供，當(dāng)除氧器用汽量增大時，減溫減壓后330 ℃、1.0 MPa 蒸汽減少，輪盤冷卻蒸汽將混合部分280 ℃、1.0 MPa 蒸汽進入輪盤系統(tǒng)，導(dǎo)致輪盤溫度迅速下降；反之，煙機輪盤溫度快速上升。采用提高減溫減壓后330 ℃、1.0 MPa蒸汽量，來應(yīng)對除氧器用汽量變化帶來的沖擊。但是，由于1.0 MPa 蒸汽管線管徑DN600，導(dǎo)致減溫減壓蒸汽量增加較慢，并且會增大裝置能耗，不易控制。針對工藝流程進行改造，如圖3 所示，新增一臺減溫減壓器M-504，輪盤冷卻蒸汽單獨由經(jīng)過減溫減壓器后的蒸汽提供，除氧器用蒸汽和煙機密封用蒸汽均由1.0 MPa 蒸汽管網(wǎng)提供。這樣既降低了3.5 MPa 蒸汽的消耗，同時也保證了煙機用蒸汽的溫度平穩(wěn)可控，為煙機的平穩(wěn)運行創(chuàng)造了良好的條件。

圖2 蒸汽流程改造前輪盤冷卻蒸汽溫度變化趨勢

圖3 改造后蒸汽流程示意圖

在保證煙機輪盤溫度的同時，減少輪盤冷卻蒸汽量，控制輪盤冷卻蒸汽量由1 100 kg/h 減少到800 kg/h（根據(jù)煙機設(shè)計文件中輪盤冷卻蒸汽用量最小控制量）。在檢修煙機的解體檢查中，未發(fā)現(xiàn)輪盤葉根部位和一、二級輪盤之間的死區(qū)有明顯垢層。改造后輪盤溫度變化更平穩(wěn)，易于控制，并且低控輪盤冷卻蒸汽用量，減少粉塵沉積。通過以上措施后輪盤溫度控制較穩(wěn)定，如圖4 所示。

圖4 蒸汽流程改造后輪盤冷卻蒸汽溫度變化趨勢

2.3 定期吹掃煙機密封面

隨著運行時長的推移，會導(dǎo)致催化劑細(xì)粉在蜂窩密封處堆積，達到一定厚度后就會造成轉(zhuǎn)子與堆積的垢層擦碰，導(dǎo)致振動間歇升高。通過數(shù)據(jù)分析對比，結(jié)合在線狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)和操作實踐效果得出：間斷提高煙機氣封密封蒸汽的壓力和流量，能有效減緩煙機振動。每運行8 h 進行一次，每次持續(xù)半小時將煙機密封蒸汽壓力提高至68 kPa，對蜂窩密封處進行吹掃，防止煙氣中的催化劑在蜂窩密封處堆積，造成轉(zhuǎn)子的摩擦振動；同時煙機底部排空采取煙氣長排的方式，防止催化劑粉塵在機殼底部沉積引起的動靜部件的摩擦振動。在調(diào)整過程中需要注意，密封蒸汽壓力不能高于密封風(fēng)壓力（80 kPa），防止出現(xiàn)密封失效；且吹掃時間不宜太長，以免長時間大流量的蒸汽對密封面造成沖蝕。

2.4 嚴(yán)控?zé)煓C入口溫度

為保證煙機安全運行，嚴(yán)格控制入口溫度≤700 ℃。DCC 煙機因其操作特點，易造成高溫運行，主要表現(xiàn)為煙氣溫度高、負(fù)荷大、使用富氧再生模式會增加控溫難度。因此，實施了以下措施控制入口溫度：

（1）通過DCS 系統(tǒng)設(shè)置溫度報警預(yù)警，當(dāng)溫度接近上限時發(fā)出警報；

（2）當(dāng)出現(xiàn)高溫跡象時立即采取措施，加注CO 助燃劑，減少尾燃；適當(dāng)增加主風(fēng)量，改善燒焦效果；

通過以上控制措施，未出現(xiàn)尾燃超溫現(xiàn)象，煙機入口溫度均控制在690 ℃以下。

2.5 優(yōu)化機組日常管理工作

潤滑系統(tǒng)的良好運行是設(shè)備長周期穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。操作應(yīng)嚴(yán)格控制潤滑油溫度在37～39 ℃，確保油膜保護的最佳效果；嚴(yán)格執(zhí)行三級過濾，定期分析潤滑油質(zhì)量，實行 “按質(zhì)換油”[3]。

機組的聯(lián)鎖系統(tǒng)是裝置非正常工況下保護機組的關(guān)鍵，而機組特閥又是執(zhí)行聯(lián)鎖動作的關(guān)鍵。因此在開機前一定要對機組特殊閥門進行反復(fù)調(diào)試，確保閥門靈活好用，同時要按照聯(lián)鎖調(diào)校方案對機組聯(lián)鎖逐一進行模擬調(diào)試，確保聯(lián)鎖動作準(zhǔn)確到位。

2.6 細(xì)化檢修工作

煙機在計劃停工檢修時，檢修質(zhì)量高低是決定煙機能否長周期平穩(wěn)運行的關(guān)鍵，為此，必須進行全面細(xì)致的檢修并更換磨損件[4]，主要包括以下方面：

（1）檢修轉(zhuǎn)子和輪盤。徹底清潔轉(zhuǎn)子葉片和輪盤，去除積累的粉塵垢層；使用專用工具檢查轉(zhuǎn)子葉片和輪盤，發(fā)現(xiàn)磨損或開裂部位后，必要時替換磨損嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子葉片和輪盤部件；做動力平衡試驗，確保轉(zhuǎn)子在運行時處于良好的動力平衡狀態(tài)。

（2）檢修密封設(shè)備。檢查密封葉片和密封帶是否出現(xiàn)裂紋；清洗密封設(shè)備，去除積聚物；及時更換磨損或老化的密封部件；測試密封能力，確保滿足運行要求。

（3）檢修靜、動部件。徹底清洗靜、動所有部件，除去污垢；仔細(xì)查看每一個部件，發(fā)現(xiàn)裂紋、擦傷和老化跡象后，更換磨損嚴(yán)重的軸承、齒輪箱和齒輪組件；補充潤滑劑，確保各部位潤滑充分。

（4）全面除塵。使用專業(yè)工具徹底吸盡煙機內(nèi)所有的粉塵；拆卸煙機部件徹底除塵清潔。

3 工作成效

3.1 實現(xiàn)了煙機的長周期運行

通過上述操作調(diào)整，煙機平穩(wěn)運行兩個周期未出現(xiàn)振動升高，也未發(fā)生故障停機，創(chuàng)造了DCC煙機連續(xù)運行912 天。同時，避免了煙氣中攜帶的催化劑細(xì)粉使煙機振動增大且無法正常運行、需要切換備機情況的發(fā)生，經(jīng)濟效益顯著，節(jié)省電費125.0 萬元、減少停產(chǎn)損失937.5 萬元，節(jié)約維修費用50.0 萬元，共計節(jié)省費用1 112.5 萬元。

3.2 改善了機組的運行環(huán)境

通過流程改造，提高了煙機輪盤冷卻蒸汽質(zhì)量，保證了煙機輪盤溫度穩(wěn)定，有效降低了煙機結(jié)垢的可能，為煙機的平穩(wěn)長周期運行創(chuàng)造了條件，取得了巨大經(jīng)濟效益，僅煙機切除一次檢修，即可節(jié)約檢修費1 112.5 萬元。同時，此科技項目的研究實施不僅延長了裝置的平穩(wěn)運行周期，而且從中取得了寶貴的煙機操作經(jīng)驗。

3.3 在同行業(yè)中可進行大規(guī)模推廣

綜上所述，催化裂解裝置煙機長周期運行策略的成功實踐表明，該策略并不局限于某一過程，而是從煙機生命全周期進行考慮。經(jīng)過系統(tǒng)性分析影響煙機長周期運行各因素，全面分析研判可操作性和安全性后，有針對性地提出了可有效抑制煙機結(jié)垢、磨損的各項操作方法，從而延長煙機運行生命周期和提高做功效率，達到節(jié)能效果。

上述DCC 工藝中煙機長周期運行的操作技術(shù)和經(jīng)驗，可在國內(nèi)在用或在建的所有催化裂解裝置中推廣應(yīng)用，并適用于同行業(yè)中大型催化裂解裝置能量回收三機組。

4 結(jié)語

煙汽輪機是DCC 裝置的核心機組，本文通過不斷摸索、探究、總結(jié)出一套有助于煙機長周期平穩(wěn)運行的有效措施，創(chuàng)新性地提出了采用煙機密封差壓升高、降低來反吹蜂窩密封的新操作方法。另外，降低輪盤蒸汽流量控制輪盤溫度和優(yōu)化操作控制煙氣質(zhì)量措施，對抑制煙機葉片結(jié)垢、葉頂磨損均有較好效果，進一步提高了煙機做功效率，突破原先只顧追求節(jié)能，而忽視煙機長周期運行的思維定式，為裝置長周期運行提供了保障。