催化裂化烟机振动原因分析及对策

分类号： QB 密 级： 一般

科 题 单 姓 技 论 文

目：催化裂化烟机振动原因

分析及对策

位： 榆林炼油厂联合Ⅱ车间 名： 艾 克 利

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催化裂化烟机振动原因分析及对策

艾克利1艾小兵1李宏1任谏峰1郭保宏1 杨东元2

(1. 陕西延长石油集团榆林炼油厂 陕西靖边 718500；2.陕西省石油化工研究设计院)

[摘 要] 烟气轮机是原料油催化裂化过程中重要的能量回收装置，其运行状况不仅关系到装置整体能耗水平、而且还对整套机组的安全运行有着重要的影响。本文介绍了烟机的原理和功能，并对催化裂化装置运行中引起烟机振动常见原因进行分析。通过控制工艺参数等措施，使榆炼催化裂化装置配套烟机启动初始振动值控制在3μm。

[关键词] 烟机功能; 振动; 原因; 对策 中图分类号：TK17 文献标识码：B

FCC machine vibration for analysis and countermeasures

AiKeli1 AiXiaobing1 Lihong1 RengJianfeng1 GuoBaohong1 Yang Dongyuan2

(1.Yulin Refinery of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group)Co.Ltd., Jingbian 718500, China; 2.Shaanxi Provincial

Research and Design Institute of Petroleum and Chemical Engineering, Xi’an 710054 China)

Abstract: Smoke turbo-generator is raw material oil FCC process important energy recovery equipment, smoke turbo-generator operation condition quality, relates to energy level, but also related to set of unit operation, catalytic cracking unit set, is the important guarantee of the stable production. This article simply introduces the principle and function of machine of cigarette machine, and the simple common reasons vibration analysis and countermeasures are introduced. The vibration of smoke turbo-generator is 3μm.

Keywords: Machine function ; Vibration ; Reason ; Countermeasures

延长石油集团榆林炼油厂0.5Mt/a重油催化裂化装置于2002年10月建成投产，经过技术改造，现加工能力已达0.6Mt/a。该装置配烟气轮机能量回收机组，同期投入使用，向再生器供风，并把再生烟气中所具有的热能和动能通过热膨胀做功转变为机械能的高速旋转机械,它发出的功用来驱动主风机给装置再生系统供风或驱动发电机发电,达到烟气能量回收的目的，是催化裂化装置主要的节能设备。因此，烟机的平稳运行对催化裂化装置的安全、高效生产至关重要。

烟机常见的故障，例如磨损、叶片断裂、粉尘堆积、动静摩擦、动平衡破坏、同心度偏移、油膜失稳、壳体变形及管线应力影响都是直接或间接与高温和粉尘这两者密不可分。其中对安全生产影响较大的故障为烟机轴振动。造成烟机轴振动的原因除了设计、制造、装配方面的原因外，主要是受烟机在工作过程中受到结垢造成的转子不平衡等的影响。下面对可

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能产生烟机轴振动的原因做出分析，并提出合理的改进措施。

1烟机振动的成因

1.1转子不平衡

在叶片制造过程中由于技术质量问题，不能确保叶片质量完全相同，所以在转动过程中很难使转子达到完全平衡。烟气高速通过烟机叶片，对烟机流道产生冲刷，在高温的作用下（通常烟机入口温度在660～675℃之间），烟气粉尘对转子的磨损加剧，磨损较为严重的情况常发生在叶片、台肩、榫槽等部位，会出现刀刃状或拇指状的划痕，冲蚀严重时会出现蜂窝状。1.2叶片断裂

当叶片均匀冲刷时，磨损对烟机转子平衡的影响不大，而当出现不均匀磨损时，转子动平衡遭到破坏，机组振动值上升。随着叶片冲蚀的日益加剧，叶片受损严重，同时机组振动逐渐加大，受损叶片在长期振动产生的交变应力的破坏下极易发生断裂，因为叶片突然断裂又会使烟机转子动平衡严重破坏，振动值巨幅上升。 1.3 粉尘堆积

在烟机使用中，一般采用过热蒸汽或饱和蒸汽冷却、吹扫烟机轮盘。高温的烟气通过混有较低温度的蒸汽时，或吹扫蒸汽本身带有不饱和蒸汽时，在水分凝结作用下，烟气粉尘会大量附着在烟机流道及叶片上。这些结焦物有时是均匀分布的、有时是不均匀的，将直接影响转子的动平衡。当这种沉积在围带上发展到一定的厚度时就会与动叶片产生摩擦,而这种摩擦的研磨作用所产生的高温(1090℃以上)和高压将使催化剂沉积进而烧结。特别是烟机运转过程中烟气条件不断变化或结焦物增多、增重后，附着在叶片某部位的结焦物因局部膨胀受离心力作用被甩脱，这样就严重破坏了转子的动平衡；更为严重的是脱落的催化剂在通过动叶时，使叶片受到额外的冲击力，致使叶片在叶根处产生裂纹而断裂，引起机组振动突发性升高；而当结焦物大部分被甩掉后，烟机的振动随之减弱。

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2 烟机振动的影响因素及处理方法

轴是烟机的关键部件，其是否能良好运转直接关系到了烟机的工作状况。图1为榆炼0.6Mt/a催化烟气流程图，由图1可知，如果烟机轴振动值逐渐升高，影响烟机安全平稳长期运行，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,必须另启一台风机运行，这样增加了装置的能耗。

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图1 烟气流向图 Fig1. Flue gas flow chart

2.1烟气质量控制

烟气轮机的工作介质是携带催化剂颗粒的高温烟气，轮盘和叶片的冲刷是导致烟气轮机故障的主要问题。根据烟机长期运行分析，烟气质量是导致烟机振动大幅波动及叶片冲刷的最主要原因之一。根据烟气粒度激光分析仪所采集的数据：正常平稳运行时烟机入口浓度为580～660 mg/m之间，出口浓度为77～100 mg/m之间。

为了保护烟机振动处于最佳运行状态，必须严格控制烟气颗粒指标，要求进入烟机入口烟气催化剂浓度≤0.2g/m3，烟气中10μm以上催化剂颗粒≤3%。颗粒指标见表：

表1 烟气粒度指标

Table 1 Flue gas granularity index

粒度 质量W%

＞10μm 3～5

4-10μm 6～17

2-4μm 15～40

0-2μm 40～80

3

3

烟气和不同粒度催化剂在静叶与旋转叶列槽道内，除极细小微粒基本上随气流一起运动，造成比单纯气流有较大的粘性作用与粘性损失外，一些较大的颗粒由于惯性较大，在叶片槽道内有自己特定的三元运动轨迹,见图2，同时通过动量以至热量交换，影响气流做功能力，在槽道内碰撞弹跳，将对烟气轮机叶片和流道进行冲蚀磨损。

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图2 烟气和催化剂微粒通过叶片的轨迹

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Fig. 2 Smoke and catalyst particles through blades of the track

由于新催化工艺技术的成熟，新型催化剂的应用,使得催化剂细粉含量偏高,容易产生催化剂物理或化学的沉积和烧结现象。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、钠、钾和钒等离子在低流动区,当温度为500℃～650℃时生成低熔点共晶，粘附在烟机叶片及流道内，使烟机动平衡遭到破坏。 2.2 操作控制措施

2.2.1 反应-再生系统的平稳操作

为使催化裂化装置反应-再生系统平稳操作，可对装置中三台主风机入口分别增加了旁路调节控制阀，主风出口总管增加放空调节阀。在正常操作中，主风出口总管控制阀根据再生器的烧焦需风量进行自动调节；入口旁路阀根据主风入口流量变化进行微调。风量在100～200m/h范围波动，避免了主风大幅度波动而引起床层催化剂线速突涨突降导致烟气固含量超标。

2.2.2催化剂物料平衡的控制

通过日常对平衡催化剂粒度进行分析，根据其活性和单耗，控制新鲜催化剂的补入量，以使催化剂的单耗与补入量达到平衡。榆炼催化装置催化剂微反应活性设计要求控制在64～67，新鲜催化剂正常补入量为40～60kg/h，平衡催化剂具体分析见表。

表2 2010年60万吨/年催化平衡剂（LVR-60R）粒度分析

Table 2 2010 60 tons/year catalytic balance agent (LVR - 60R) grain size analysis

粒度分析% 取样日期 1月11日 2月22日 3月22日 4月19日 5月17日 6月28日 7月19日 8月16日 9月6日 10月25日 11月8日

活性 63 64 63 64 65 64 63 68 67 65 65

含碳 0.14 0.16 0.14 0.14 0.15 0.17 0.13 0.14 0.13 0.16

<20μm 2.79 3.21 3.20 3.64 3.75 4.28 5.50 5.70 5.94 5.64 5.59

20-40μm 18.90 20.70 17.70 19.60 19.50 21.10 22.70 24.90 24.60 24.15 23.90

40-80μm 50.40 50.80 48.80 48.20 46.40 45.70 43.70 44.30 43.10 44.40 43.50

80-110μm 17.50 16.30 18.10 17.40 18.10 17.30 16.70 15.40 16.20 15.70 16.70

>110μm 10.30 9.17 12.40 11.20 12.40 11.60 11.40 9.70 10.10 10.10 10.30

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12月20日 64 0.17 5.50 21.10 45.60 17.40 11.00

2.2.3 轮盘冷却蒸汽品质控制

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，烟气中含有大量催化剂粉末，在饱和蒸汽的作用下，易造成催化剂的沉积；同时烟气中硫化物在烟机内低温蒸汽的作用下形成稀酸，极易造成动静部件的低温腐蚀，大大缩短烟机的使用寿命短，导致维修频次高，检修费用高。在实际生产中，通过对轮盘冷却蒸汽进机前的脱水,尽量避免蒸汽带水, 以保证蒸汽的品质，同时烟机轮盘温度控制在330～350℃，在控制好烟机密封蒸汽的前提下,减少蒸汽注入量。

2.2.4 进入再生及烟气系统蒸汽量控制

降低进入再生器的主风事故蒸汽、套筒事故蒸汽、燃烧油雾化蒸汽以及再生斜管的松动蒸汽等，减小催化剂“热崩”。2008、2009年再生器粗旋料腿各有一根堵塞，都是靠近燃烧油喷嘴，分析在装置异常时，因床温低喷燃烧油时，因蒸汽质量差、蒸汽带水，导致粗旋料腿挂催化剂，随着时间的延长，催化剂在此部位逐渐烧结，以至堵死。为此，在2011年4月检修时，将燃烧油雾化蒸汽改为过热蒸汽，并连一条非净化风线，正常运行时改为非净化风，同时，将稀相降温蒸汽配非净化风线。

通过改变再生器的烧焦方式，尽量避免采用稀相喷水、喷蒸汽的办法来解决稀相“二燃”。严格执行操作规程、工艺指标，严防再生器后部发生“二燃”。榆炼重油催化裂化装置自2008年开始，再生器的烧焦由完全再生改为常规再生后，再生器稀相温度由原来700~720℃降为690~710℃，通过外取热很容易平稳控制。同时在实际操作中还采取烟机入口高温闸阀吹扫及冷却蒸汽改为非净化风，以减少蒸汽的带入。

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3总结

2008年榆炼催化裂化装置大修过程中通过更换烟机轴承箱、瓦块，并进行找正，使烟机运行各项技术指标处于较佳状态。通过检测烟机的启动初始振动值只有7μm，这在全国范围内也是非常少有的。其次针对2008年大修前三旋存在的问题进行了彻底的排查与解决，更换了再生器旋风分离器、三旋内部构件，增强了催化剂回收效果，进而降低了烟机入口催化剂浓度，减慢叶片磨损；2009年对反应器进行MIP技改后，装置运行状况达到装置开车以来的最佳状态，烟机启动初始振动值仅为3μm，为烟机长周期运行、节能降耗奠定了基础。 参考文献

[1] 董腾. 催化裂化能量回收系统烟机常见故障原因分析[J]. 设备管理与可靠性，24(2),12~15，2009

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[2 ]冀江. 烟机机组安全运行可靠性的技术分析.中国催化裂化能量回收系统技术发展研讨会论文集[C]，2002

[3] 卢鹏飞.主风机和动力回收机组.FCC硫化催化裂化培训教学片参考教材，1992

[4] 李鹏. 催化裂化装置三旋、烟机结构原因分析及对策[J].炼油技术与工程，12(3),34~36，2005 [5] 屠锡泉. 重油催化裂化烟机故障原因分析及对策措施[J].石油化工设备维护检修技术,6(1),56~61，2009

作者简介：艾克利（1971-）男（汉族），陕西，陕西延长石油榆林炼油厂联合二车间副主任，助理工程师，安全工程师。主要从事重油催化裂化炼油工艺及能源综合利用方面的管理和研究工作。延安大学， 电话：13891236108 E-mail:ycsyakl@163.com 详细地址：陕西延长石油（集团）榆林炼油厂联合二车间 艾克利 邮编：718500

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