烟气轮机结垢分析与干预

王秋菊

大连职业技术学院 辽宁大连 116035

烟气轮机结垢分析与干预

王秋菊

大连职业技术学院 辽宁大连 116035

通过对重油催化裂化的能量回收机组长期的监测分析，总结了烟气轮机催化剂结垢的振动分析方法，并且把分析方法应用于烟机运行中，采取相应的干预措施，提高了烟机运行的周期。

烟气轮机；振动监测；故障诊断

炼油设备中，催化裂化(FCC)装置的能量回收机组因其独特的结构和运行工况条件，要想达到“安全、稳定、长周期、满负荷、优质”地运行，并非易事。特别是烟气轮机组的状态监测和故障诊断分析工作就显得尤为突出。怎样用振动监测的手段来实时掌握烟机内部的状况，是机械故障诊断学科一直研究的课题。究其原因，烟机作为热机又不同于汽轮机，其工作介质为气固两相流，对烟机的转子，轮盘和叶片冲蚀结垢等影响很大，冲蚀直接破坏叶片轮盘；结垢虽然不直接破坏转子，但结垢会破坏转子的动平衡，引起转子失稳。笔者对烟机进行全方位的长期监测分析，总结了烟机催化剂结垢的分析方法，并讨论了防治对策。

1 烟机简介

笔者以某厂350万吨／年重油催化裂化联合装置中的能量回收机组中的烟机为研究对象，该烟机为引自美国Dress-Rand公司36000kW的E-156型单级透平机组。E-156烟机为悬臂结构，工作介质为烟气(主要成分是焦炭微粒、催化剂粉尘及CO，CO2，O2，N2和H2O气体)的气固两相流。烟机主要工作过程是绝热过程完成膨胀，高温高压烟气焓降很大，能量转化为机械能以及发电机发电，其主要技术参数见表1：

表1 烟气轮机主要技术参数

2 烟机的监测方式

2.1 相对振动监测

烟气轮机(简称烟机)组相对监测方式如图1所示。在①到⑩轴承上安装了非接触式的电涡流传感器，实时采集转子的位移信号。轴承①处两径向通道互成90°角，与水平中分面成45°角，信号1V1X、信号1V1Y两个通道，其他轴承同理。在烟机的轴向有轴向位移信号1V2Z。

图1 FCC能量回收机组监测方式

2.2 绝对振动监测

烟机绝对振动监测方式，轴承箱体绝对振动测点分布如图2所示。

图2 烟机绝对振动监测

通常在做振动分析时要依据振动的大小绘制振动分布图即振型分析图，如图3所示。振型分析图是先按照测点的振动值大小和方向绘制有向线段，之后用平滑的虚线连接，根据振动的趋势，把虚线的收敛端延长交汇到一点，一般该点振动值最小(振动烈度值为0)称为振动铰节点。

图3 烟机绝对振动振型分析图

3 E-156烟机监测过程

笔者对某厂的350万吨/年重油催化装置的E-156烟机进行了长期的振动监测，中间2次解体进行处理，同时也印证了振动监测分析的结果。

烟机开机后大约半年之内,绝对振动不断增加,如图4所示,主要是工频的增长。绝对振动已达22mm/s,不得不停机进行检查。

图4 烟机1H测点绝对振动趋势图

与此相应的相对振动的趋势如图5所示，相对振动的趋势表现出一定的无规则性，但是其变化主要是工频变化引起的，有时出现了绝对振动很大，相对振动反而减小的情况。

图5 烟机1V1X信号相对振动趋势图

烟机大涡壳的绝对振动趋势如图6所示，表现得与1H测点的绝对振动趋势有很明显的一致性。

图6 烟机大涡壳绝对振动趋势图

因为绝对振动传感器的振动速度频响范围是10～1000Hz，而加速度频响范围可以达到10kHz，叶片通过频率是62.5Hz×63=3937.5Hz，所以测量1H测点的加速度，可以得到叶片通过频率的振动幅值，其趋势如图7所示。

图7 烟机1H测点绝对振动加速度叶片通过频率趋势图

对图7中的12/2(结垢严重时)测量值进行频谱分析如图8所示，叶片通过频率幅值比刚开机小了，通过频率两侧出现很大频率范围的谐波，因为结垢的不均衡性，振动能量也分散了。

图8 烟机1H测点频谱(结垢严重)

烟机停机解体后，发现在动叶片顶，导叶之间，动叶间结满了催化剂，且动叶顶与V带有明显的碰摩痕迹。催化剂结垢如图9所示。

图9 催化剂在烟机动叶间形成的结垢

对图7中12/4(清扫后重新开机)测量值进行频谱分析，结果如图10所示。叶片通过频率主要集中在叶片通过频率上。

图10 烟机1H测点频谱(清扫后重新开机)

对烟机振动画出振型图，发现振动铰节点在不断地、无规则地变化。对以上分析的总结见表2：

表2

4 催化剂结垢过程的干预

4.1 催化剂结垢过程的干预措施

(1)控制催化裂化原料和催化剂的金属含量。

(2)监测催化剂粒度,调整三旋效率不可过高也不可过低,过高导致微尘粒度过小,在10um以下,易结垢，但与水汽相结固、气(水气、烟气)相结而成结垢。

(3)优化烟机工况：烟机轮盘蒸汽要确保过热度，避免水蒸汽中含有Ca，Mg，Fe，Na等化合物杂质；提高再生效果，减少催化剂细粉中胶质的粘连。部分再生装置应优化再操作条件和催化剂进口位置，同时控制烟气中CO的含量，避免由于CO发生歧化反应形成黑垢或者灰垢。

(4)向烟机打入核桃皮，冲刷催化剂结块。

4.2 催化剂结垢过程的干预

将上述干预措施与振动监测相结合，取得最优的运行数据，确定个性化的正旋效率控制方案。通过长期的振动监测，基本上掌握了该E-156烟机的工况优化参数，使烟机的运行周期由半年提高到1年，目前运行基本稳定，振动也没有明显的上长趋势。

5 结束语

重油催化裂化时催化剂在烟气轮机内部结垢会严重影响烟机的运行,运用振动监测与故障分析的方法,对烟机内部催化剂结垢的情况进行分析,同时及时调整工况和其他干预措施,可以提高烟机运行的周期。

[1] 黄文虎.设备故障诊断原理、技术及应用[M].北京：科学出版社，1996

[2] 盛兆顺，尹琦岭.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2003

Analysis and intervention of scale formation in fl ue gas turbine

Wang Qiuju
Dalian vocational technical college, Dalian, 116035, China

Vibration analysis of catalyst scale formation in fl ue gas turbine is summarized by monitoring energy recovery sets in heavy oil FCC for a long time. The analytical method is used in the fl ue gas turbine. Some appropriate measures are taken and the running cycle of the turbine is improved.

fl ue gas turbine; vibration monitoring; fault diagnosis

2010-12-13

王秋菊，硕士，讲师。