催化烟气轮机长周期运行技术分析

李哲儒

（中国石油广东石化公司，广东揭阳 522000）

0 引言

中国石油哈尔滨石化公司Ⅰ催化装置处理能力为120 Mt/a，主风机为常规三机组配置。烟气轮机制造厂商为渤海装备兰州石油化工机械厂，型号为YL-8000I 单级悬臂烟气轮机，轴功率为8400 kW，于2018 年3 月23 日完成检修工作,运行时长为14 520 h，机组振动符合标准，运行参数稳定，各项指标均在设计范围内。

1 检修情况

问题1：转子拆卸后发现在密封排气梳齿之间有宽约25 mm、深约为5 mm 的坑蚀（图1），经判断此处磨损非机械磨损。

图1 密封排气梳齿磨损

原因分析：由于密封排气管线为朝上方排空，管线低点存在部分蒸汽冷凝水无法排出，当冷凝水遇到高温旋转轴时，含有微溶于水的硫酸钙会由于水的蒸发而析出，水中的碳酸根会与钙、镁离子结合，生产不溶于水的碳酸钙、碳酸镁在排气梳齿间，周而复始，对轴造成不规则磨损导致坑蚀产生。

解决方法：①将排气管线低点处加一个导淋阀门，并保持打开状态，保证产生蒸汽冷凝水后能及时在低点排出；②加强对空气封管线的检查，保证蒸汽少量外泄，避免产生大量蒸汽冷凝水。

问题2：动叶片流通面以及叶顶有磨损（图2）

图2 动叶片叶顶磨损

原因分析：①由于轮盘冷却蒸汽作用于轮盘上，随着轮盘转动产生泵送效应，蒸汽随烟气被甩到叶顶高速低压区，当少量蒸汽中液体与动叶片接触处的压力低于它的蒸汽压时，将在叶顶附近形成气泡。当中压超过气泡压力时，气泡破裂并产生很大的冲击力和高温，从而在叶片顶部产生小凹坑；②烟道气包含催化剂固体颗粒。气固两相流影响烟机叶片循环表面的磨损。同时，小于3 μm 的催化剂颗粒与叶片根部高速碰撞，并在多种因素共同作用下形成结垢。

解决方法：①在保证轮盘温度不超温的前提下，尽量降低冷却蒸汽量，控制轮盘冷却蒸汽的过热度在250 ℃，既能降低气蚀对叶顶的冲击，同时可以提高烟机效率，降低能耗；②掌握气-固两相流动对叶片磨损的规律和影响因素，调整最佳的动叶片角度，同时保证三旋分离效率，降低烟机入口＞10 μm和＜3 μm 的催化剂颗粒含量，定期关注烟气粉尘浓度分析。

2 针对烟机长周期运行的管理措施

2.1 烟机结垢原因

（1）高浓度的催化剂细粉是烟机催化剂结垢的主要原因。（2）旋风分离器的故障是导致催化剂细粉浓度超过标准的主要原因之一。

（3）催化剂细粉浓度高，三旋过载操作设计不合理而造成催化剂磨损。

（4）重金属Ni、V、Fe 的污染可能会增加催化剂细粉的附着趋势。富含重金属的细粉具有很强的吸收SOx 和CO2的能力，并且易于形成低熔点的低共熔物。加上静电作用，催化剂倾向于粘附结垢。在较高浓度和较快速度的情况下，它将形成坚硬而密集的垢。

2.2 控制措施

2.2.1 催化剂控制

（1）优化催化剂品种，提高质量标准，减少磷的添加，控制新鲜催化剂中磷的含量下限，并考虑研究低磷催化剂的配方。

（2）合理减少催化剂的置换量，缓解催化汽油中烯烃还原的条件，减少细粉的产生量。

（3）改良催化剂筛分组成和耐磨性能，新鲜剂中的细粉含量降低，新鲜剂指标中小于20 μm 组分不大于3%(w)、小于40 μm 组分不大于18%，磨损指数控制不大于2.5。

（4）有效磁分离金属含量过多的催化剂颗粒，降低烟机进口烟气携带的催化剂颗粒的金属含量，严格控制烟气中钙、铁、镍等金属的含量。

2.2.2 优化烟机运行状态

（1）保证轮盘蒸汽过热，避免蒸汽中含有钙、镁、铁、钠等复合杂质。控制轮盘的蒸汽质量和温度。轮盘冷却蒸汽的过热度控制在250 ℃以上。

（2）调整轮盘冷却蒸汽量，按高限控制轮盘冷却温度，在确保轮盘蒸汽过热度的同时，减小蒸汽使用量，减少对动叶片的冲蚀磨损。

（3）加强对烟气催化剂颗粒在线监测系统运行数据的监测，控制指标不得超过150 mg/m3。

2.2.3 旋风系统

（1）合理控制主风量，应根据设计负荷进行三旋操作，避免超过设计负荷运行和分离的单管负荷分布不均，可能导致某些单管因过度使用而结垢。

（2）严格控制再生器温度，防止再生器内一、二级旋风因超温引起设备内部发生变形而开裂，造成跑剂使三旋入口催化剂粉尘浓度和粒度超标。

（3）应定期卸空细粉储罐中的催化剂，避免因储罐中的催化剂料位过高，影响旋分器分离效果。

2.2.4 加强烟气粉尘监测

（1）烟气轮机进、出口催化剂粉尘浓度采用在线监测和定期取样的方式进行监测，并采取措施保证催化剂粉尘浓度不超过150 mg/m3。

（2）监测三级旋风分离器进、出口处催化剂粉尘的浓度和粒度分布，分析第一、第二阶段旋转的工作状态，及时处理故障。

（3）定期测算稀密相线速，按设计要求及时调整主风量和再生器料位。

（4）观察三旋压降是否上升，如压降上升较大，说明三旋内催化剂结垢严重，结合催化剂粉尘浓度和烟机运行状况和效率，考虑择机清理。

3 机组长周期安全运行

3.1 三机组的速度控制

当3 个单元处于正常运行状态（发电或发电条件）时，速度由电动机/发电机的同步速度控制。如果电动机/发电机处于电动状态机组转速会下降，当转速下降低于机组额定转速的90%时，将引起风机防喘振控制动作，操作上应及时采取措施，维护机组正常转速。

电动机/发电机处于发电状态，电动机断开连接将提高机组的转速。此时，机组的控制器将工作。通过烟气轮机入口蝶阀，分程控制机组以额定速度的103%运行。

3.2 密封冷却蒸汽控制

烟机密封蒸汽控制由差压变送器测得密封一侧烟气压力和另一侧蒸汽压力，使其始终保持进入密封处的蒸汽压力高于烟气压力0.05 MPa 达到密封效果。现机组运行差压为0.07 MPa自动控制运行平稳。

轮盘的温度由控制器控制。通过温度变送器测量轮盘表面的辐射温度。控制器设定值为300～350 ℃，控制轮盘冷却蒸汽室盘面辐射温度在300～350℃之间。

3.3 运行管理

在启动烟气涡轮机之前，应对入口管线和烟气轮机壳体进行升温。速率不大于100 ℃/h，烟气轮机的预热时间不小于4 h。

暖机过程中，应保证轮盘冷却蒸汽量；对于带有轮盘辐射温度指示的烟气透平，可以通过及时调节轮盘却蒸汽量来控制温度，温度应保持在300～350 ℃。对于压力控制的轮盘冷却蒸汽，请确保蒸汽的压力和温度符合规定要求。

当烟气轮机入口温度达到400 ℃基本稳定后，可使烟气轮机缓慢升速。

缓慢打开入口控制蝶阀进行升速，升速至1000 r/min 停留，对机组运行状况全面检查，一切运行正常20 min 后，继续开大烟机入口调节阀以每次升速500 r/min，停留20 min 检查的方法升速，将转速升至低于额定转速500～1000 r/min 的速度，检查运行状况正常后，准备投用电机。在增加速度的过程中，请注意机组的临界转速，并在增加速度时迅速越过临界转速。

烟气轮机升速升温过程中，按照设计要求的热紧程序，对烟气轮机、烟气管线法兰进行热紧。

3.4 机组运行图谱监测

加强烟气发电机组状态监测，建立状态监测分析档案。通过监控设备的振动状态，分析设备的振动状态，及时掌握设备的异常情况。当振动频谱中出现相变或反进动时，应立即进行分析和检查，并在必要时停机。

3.5 机组润滑油管理

良好的润滑为设备安全、稳定、长期、满负荷和高质量运行提供了可靠的保证。严格执行“三过滤”要求，并定期检查润滑油的质量。按要求每月进行润滑油化验分析。采用科学的润滑油管理方法，根据油品化验分析的结果视情形换油。

4 总结

能量回收装置的运行情况直接影响回收的经济效益和催化装置的安全、稳定、长期运行。为保证能量回收装置的长期运行，必须加强技术改造，选择好控制系统，严格控制烟气轮机入口催化剂的浓度和粒度，严防入口过热，保证轮盘冷却蒸汽的品质和流量，严格执行对机组的“五位一体”管理，提高检修质量，平稳开停工。同时，研发、升级烟机中过流部件的耐磨涂层材质，增加过流部件耐磨强度。