D800主风机组增设烟机改造实践与效果分析

李来君

（1.西安石油大学材料科学与工程学院，陕西 西安710065；2.中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，洛阳471012）

D800主风机组增设烟机改造实践与效果分析

李来君1，2

（1.西安石油大学材料科学与工程学院，陕西 西安710065；2.中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，洛阳471012）

文章对催化裂化装置D800主风机组新增烟机的改造项目进行了具体陈述，对机组改造效果进行评定。同时结合运行记录对改造效果进行分析计算，基于试运所得数据对整个机组进行了功率复核，并评述节能效果。

节能降耗；改造效果；功率复核

1 概述

中国石化股份有限公司洛阳分公司催化裂化装置主风机组的布置情况为：一套从美国引进的I-R主风机－烟气轮机机组做主机，一套凝汽式汽轮机驱动的D1800主风机作备机。为配合装置处理量的需要，该公司于2000年增设了一台D800风机，基本上满足了装置满负荷操作时的供风需求。在D800风机并入后，装置所产生的烟气量随之增加，原引进的I-R烟气轮机不能完全消化，装置的双动滑阀开度较大，致使一部分烟气的压力能和热能没有较好利用，装置的能耗较大。为增加经济效益，该公司经过多方论证，决定为D800风机增设烟气轮机回收这部分能量，达到降低装置能耗的目的。

2 改造方案

2.1 基本情况

为了降低成本和合理利用资源，本次增设的烟气轮机为以前替换下来的YL-3000B型烟气轮机。增设的原则是：充分依托现有的生产装置和公用工程配套设施，利用现有基础及管道设施，节约投资，在确保平稳运行的基础上，最大限度地回收烟气能量。

2.2 工程设计

根据现场实际情况，工程设计内容主要有：

2.2.1 更换烟机底座及损坏部件，增设烟机－风机膜片式背齿保安型联轴器。

2.2.2 配齐所缺烟机轴系仪表及调节阀组仪表。

2.2.3 配套改造润滑油系统。D800风机增加烟机后，原有的油站供油量不够，拟采用D1800主风机组（编号：1311/1）的油站向D800主风机－烟机机组（编号：1311/2）供油。原D800主风机组的油站停运，并用盲板将其与系统油路隔离。如D800主风机－烟机机组需与D1800主风机组并联运行，则两油站联合运行。

2.2.4 改造烟机烟气进排气管道和烟机的冷却、密封等管线。烟机进气管道的水平段重新设计、更新，高温闸阀、蝶阀利旧；烟机排气管道改为上排气，重新设计，相应的水封罐也移位。烟机的轮盘冷却蒸汽、密封蒸汽、密封空气以及支座冷却水等配套系统也重新设计、配管。

2.3 工程实施

在多方论证、现场考察的基础上，开展了增设烟机项目施工并于2012年2月17日进行了试运，机组运行工况良好，表明本次改造工作顺利完成。

3 机组改造效果分析

3.1 机组主要设计参数及试运行参数，如表1。

表1 D800主风机组设计参数及试运行参数

3.2 电机功率计算：

根据电机说明书电机额定效率η为0.96，取η为0.96，电机输出功率可用如下公式表示：

式中：P1N为电机输入功率；U为电机电压；I为电机电流；cosφ为电机功率因数；PN为电机输出功率，η为电机效率。

根据表1中已知参数，可依次求得电机输出功率，如表1中所示。

3.3 烟机功率计算：

由于流经烟机的烟气压力和流量存在一定关系，当烟机入口温度变化不大时，其入口压力和流量可以用如下公式表示：

式中：G为烟气质量流量；P1为烟机入口压力；A，C为常数。

取烟机平均分子量为29（烟机设计值），则烟机质量流量计算公式如下：

将已知参数代入式4中，可求得相应条件下的烟机质量流量。根据设计参数和实际测定参数求得A＝0.0369，C＝1396，代入式3和式4，根据已知参数依次求得烟机入口质量流量数值（单位为kg/s）和烟机入口标准体积流量（单位为Nm3/min）。其相应烟气体积流量如表1中所示。

烟机轴功率计算如下公式表示：

式中：Ne为烟机轴功率，kW；G为烟机入口烟气质量流量，kg/s；M为烟气分子量；T1为烟机入口烟气温度，K；T2为烟机出口烟气温度，K；k为烟气绝热指数。

对于烟气，取k=1.304，M=29，根据已知参数代入式5中，可求得烟机轴功率，如表1中所示。

3.4 风机功率计算：

式中：G为空气的质量流量，kg/s；Qa为空气的体积流量，Nm3/min；Pa为空气入口压力，MPa；R为气体常数，J/（kg·K）；Ta为风机入口温度，K。

风机多变效率的计算如下公式所示：

式中：m为多变指数，无量纲；k为绝热指数，无量纲；ηpol为风机做功的多变效率。

若将风机的做功过程看作气体的多变压缩过程，因此多变能量头的计算公式如下所示：

式中：Hpol为多变能量头，kJ/kg；R为气体常数，J/（kg·K）；T1为入口温度，K；m为多变指数，无量纲；P1为风机入口压力，MPa；P2为风机出口压力，MPa。

风机的总耗功率（即输出功率）计算公式如下所示：

式中：Ptot为多变压缩过程的总耗功率（即输出功率），kW；G为风机的入口质量流量，kg/s；ηpol为风机做功的多变效率。

风机的总耗功率可以用比功率进行计算，其公式如下：

考虑到风机出口测量压力仪表距离风机出口较远，有大约10KPa的管线压降。因此实际风机出口压力应为测量仪表读数加上10KPa的管线压降。即及时出口压力与设计值近似相等。将式7代入式8中，然后将式8和式9代入式10后，取ηpol实际＝ηpol设计，则经过简化后的计算公式为：

将表1中的已知参数代入式11，可求得风机总耗功率。

由于压缩机在实际运行过程中存在能量损失，故压缩机输出气体的有效功率Ptot与压缩机轴功率Psh之间存在一个压缩机机械效率ηm的相对关系。对于齿轮传动的压缩机，根据经验值估取其压缩机机械效率ηm为0.97，则根据以下公式：

将式11求得的风机总耗功率代入式12可求得风机的轴功率，如表1中所示。

3.5 机组功率复核：

根据经验值，烟机效率一般为≥95%，齿轮箱功耗为100～150kW，我们取烟机效率为95%，齿轮箱功耗为130kW，根据所求得的（表1）中的数据，代入如下公式：

可核算出式13中“其他损耗”的数值，其数据如表2：

表2 D800主风机组试运行过程中其他损耗的计算结果

3.6 数据误差分析：

从表2数据来看，记录1的其他损耗为279kW，比其他记录偏大。

具体分析：在机组实际试运行过程中，当风机入口流量逐渐下降至630Nm3/min左右时风机噪声开始明显变大，我们认为在此流量下机组开始进入喘振敏感区域，这时风机的多变效率一般会明显降低。而“记录1”的风机轴功率数值在核算时仍取设计多变效率值导致风机轴功率计算偏小。

同时为了简化计算，我们部分参数取设计值，烟机和风机的效率是采用参考资料中的经验值。所以导致计算结果有一定偏差。但从核算结果来看，“其他损耗”在90～180kW，若按照参考资料中的经验值，其他损耗一般为≤5%的风机轴功率来估算，其计算数值偏差较小，故计算数据基本准确，计算的数据符合实际情况，能够作为我们评定改造效果的理论依据。

4 结论

4.1 改造效果

此次改造后，D800机组在操作难度上虽有一定增加，但不存在任何技术问题。同时机组运行1年多以来，烟机运行情况良好，整个机组的振动、位移、瓦温等指标都很正常，没有出现过异常情况。因此从以上数据来看，本次改造项目的实施达到了预期的目的。

4.2 节能效果

结合往年生产负荷的调整，在夏季负荷较低的情况下，D800机组将停运。因此我们按D800烟机每年运行250天，平均每小时节电1500kW·h来计算，则全年节电达900万度。若按电网电价每度0.45元来计算，全年创效达405万元。而本次改造一次性投入费用约350万元，而每年的维护成本平均不足10万元，故本次改造项目的实施，在一年内就能收回成本，经济效益非常显著，同时也大大改善了装置能耗高的问题。

[1]高慎琴.化工机器[M].北京：化学工业出版社，1992.

[2]张玉龙.提高烟气能量回收机组能量回收率的措施[D].催化裂化协作组第十一届年会报告论文选集.2007.

[3]黄钟岳等.透平式压缩机[M].北京：化学工业出版社，2004.

S379

A

1671-0037（2014）01-58-2

2013年12月6日。

李来君（1984.6-），男，在职研究生，政工师，研究方向：材料工程。