重油催化裂化装置烟机常见故障原因分析

张 宇

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆 163000）

0 引言

烟气轮机简称烟机，是炼油化工企业重油催化裂化生产装置中的一种关键设备。它是一种典型的旋转机械设备，也是一种非常重要的节能降耗设备。烟机主要利用重油催化裂化生产装置产生的高温再生烟气的余热能量进行回收利用，通过烟气中的热能驱动压缩机做功或者通过提供动能驱动发电机进行发电，以达到回收烟气中能量、实现节能降耗的目的。在重油催化裂化生产装置中，烟机的运行状态直接影响着整个机组的平稳生产与安全运行，对保障整个装置的正常运行和降低能耗水平具有重大意义，影响着重油催化裂化生产装置的运行周期和经济效益。

1 烟机结垢原因分析及解决措施

1.1 结垢对烟机生产运行的严重危害后果

结垢对烟机的正常生产运行有一定影响。烟机表面污垢沉积到一定的厚度和尺寸时，结垢物就会阻塞静叶环与叶顶之间的间隙。间隙的变小会导致烟机在生产运行时发生后轴瓦双侧振动值同时增大，偏离标准值的故障现象，最终导致主风机振动值不断地呈现无规则变化、振动加剧。为了避免剧烈振动引发安全事故，烟机只能停机进行检修。

如果叶片表面结垢物增大累积到一定程度，烟机运行时可能会因为结垢物导致叶片被破坏，如果产生叶片破损现象，破损的烟机叶片在高速旋转过程中则会破坏其他叶片，导致其他叶片受到撞击跟着受到损坏，最终致使整个烟机的叶片全部出现无法修复的损伤现象，提高了烟机的维修成本。破损的叶片还容易导致发生安全事故，具有严重的危害后果。

1.2 烟机产生结垢的原因分析

烟机工作环境较为恶劣，处于高温、粉尘、高腐蚀性、高转速的环境下，使得烟气轮表面极易结垢，使得烟机出现转速不稳或者叶片损坏的现象，剧烈的振动故障还容易引发安全事故，造成巨大的经济损失。

1.2.1 催化剂细粉导致结垢

高浓度的催化剂细粉是引起烟机产生结垢的最主要原因之一。在炼油化工重油催化裂化装置生产过程中，装置中的催化剂是为了促进催化反应过程，催化剂颗粒的粒度普遍较小，相应地增大了反应面积。在正常生产过程中催化剂颗粒之间受到气体原料流动产生的力的作用，催化剂颗粒相互之间会产生剧烈的摩擦磨损，会在烟气中产生高浓度的细粉，而且在摩擦磨损过程中会产生一定的静电电荷，静电的吸引作用会致使催化剂被吸附在管壁或者烟机表面，发生结垢现象。

1.2.2 催化剂磨损引起的结垢

在重油催化裂化生产装置中催化剂经过长时间使用以后，受到流体力的推动作用使得催化剂颗粒表面会发生磨损，磨损会产生大量的细粉，相互之间的磨损使得催化剂颗粒的粒度也会相应地变小，粒度的变小也会加剧磨损过程，从而导致烟气中形成了高浓度的催化剂细粉。

1.2.3 重组分粘附引起的结垢

4）花芽分化。大樱桃花芽分化时间较早，一般从幼果期开始，确切的时间是落花后20～25天，至落花后80～90天基本结束，不同品种间稍有差异。由于花芽分化与果实生长同步进行，故此期对养分需求量很大。正常情况下，大樱桃每朵花只分化1个雌蕊，但在夏季高温干燥时，1朵花可以分化出2～4个雌蕊，第2年开花结果后，能结出2～4个果连在一起的畸形果。为了促进花芽分化，在樱桃花后就要及时补肥浇水，同时在夏季高温干燥时可采取搭遮阴棚、喷水、覆盖等措施，提高花芽分化质量，减少来年畸形果的数量。

在炼油化工生产装置中，重油催化裂化生产过程中存在的一些重组分因为难以裂解存在烟气中，这些难以分解的重组分在水蒸汽、粉尘、静电等外界因素的影响下，会吸附在管壁或者烟机叶片上，随着时间的累积，当结垢物尺寸成长到一定尺寸时就会导致机械设备的损坏。

1.2.4 设备原因引起的结垢

重油催化裂化装置中三级旋风分离器如果生产负荷过重，便会降低其工作效率，从而使得高浓度的粉尘导致增加结垢的速度。

影响三级旋风分离器效率降低的主要原因有以下两个方面。

（1）刚投入生产装置使用的再生剂或者催化剂浓度较高，颗粒粒度较大，加大了能量回收系统中三级旋风分离器的生产负荷，使得催化剂微粒没有完全与烟气分离，从而导致引起结垢。

（2）再生器旋风分离器的工作效率下降也是影响三级旋风分离器效率下降的主要原因。设备的低工作效率使得再生器排出来的烟气中含有一定量的催化剂，并导致流经烟机的烟气中含有大浓度的颗粒，颗粒的沉积与粘附加剧了烟机的结垢现象。

2 降低催化剂结垢过程的措施分析

（1）使用催化剂阻垢剂抑制金属表面结垢，或者采取冲刷催化剂结块的物理措施。

（2）对催化剂颗粒粒度进行监测，调整保持一定的三级旋风分离器工作效率，其效率不可过低、也不可过高，工作效率过高会导致催化剂微尘粒度过小，与烟气、水气相结合易发生结垢现象。

（3）控制重油催化裂化装置中催化剂与生产原料的金属含量在标准范围内，降低镁、钙、钠、铁等金属化合物杂质的含量。

（4）优化操作烟机工况，确保无过量或者多余蒸汽进入反应—再生系统，提高再生器旋风分离器的再生效果。通过优化反应条件减少催化剂微粒的产生，降低催化剂细粉中胶质的粘连，同时采取措施控制减少烟气中一氧化碳的含量，避免由于一氧化碳发生歧化反应在表面形成灰垢或黑垢。

3 烟机动不平衡故障原因分析及解决措施

该类故障的主要表象是烟机的转子动平衡被破坏，致使机组振动幅度超标，振动剧烈时会致使机组停机进行检修。

3.1 烟机动不平衡故障原因分析

例如，某年重油催化裂化装置烟机发生机组剧烈振动，造成停机检修。

对烟机进行现场检查，没有发现轴承箱支架等地脚螺栓等松动的现象，初步判断引起机组振动主要原因为动平衡被破坏。通过烟机振动的数据与三级旋风分离器出口处粉尘含量数据的对比分析，发现烟机的振动值是随着烟气中粉尘浓度的增加而逐步增加，通过分析判断为沉积的结垢物使得烟机旋转的动平衡被破坏。停机后检修拆出的转子，发现存在催化剂粉尘粘附的情况，并在转子两级动叶之间的静叶上存在不均匀分布的烧结的催化剂硬块，说明烟机在运转过程中存在有粉尘堆积引起的动不平衡状态，导致了烟机的剧烈振动故障。

最终得出的结论是，由于烟气中含有大量的催化剂粉尘，粉尘粘附并磨损叶片，从而破坏了烟机转子的动平衡状态，引起烟机振动过高发生机械故障。

3.2 烟机动不平衡故障解决措施

（1）为了降低烟机运行过程中烟机振动值，就要尽量减少烟气中催化剂细粉的含量，使其在转子上粘附的粉尘越少越好，这样在粘附物脱落过程中就会减少转子所受的不平衡力。

（2）采取其他措施减少从粉尘粘附到脱落这一周期的时间，使这些粉尘粘附物尽早地脱落下来，使烟机转子保持动平衡状态，从而有效地控制烟机振动值保持在允许的范围内。

（3）在烟机开机后，可以调整轮盘冷却蒸汽量和烟气量，优化操作工况。比如在开机时选择控制轮盘冷却蒸汽量，就是提高轮盘冷却蒸汽量在一定范围内，可以起到降低烟机振动值的作用。

（4）安装使用催化剂颗粒激光在线监测系统，可以及时有效地掌握烟气中所含催化剂颗粒粒度的浓度、粒度分布情况，通过实时检测数据判断三级旋风分离器的分离效果，以减少催化剂粉尘的含量，保证烟气的质量。

3.3 磨损及叶片断裂故障原因分析

炼油化工重油催化裂化装置中的再生烟气，主要是以含有催化剂粉尘为主的烟气。催化剂粉尘随着烟气一起通过烟机的高速旋转叶片，一直以很高的速度冲刷着烟机流道，在高温的条件下，烟气粉尘对烟机转子的磨损更加剧烈，榫槽、台肩、叶片等通常是磨损最为严重的部位，随着时间的累积经常会出现刀刃状的划痕，在冲蚀严重时甚至会呈现出蜂窝状，磨损严重影响着烟机的动平衡状态。

当烟机叶片被烟气均匀冲刷时，粉尘磨损对烟机转子的平衡影响不大，而当烟机叶片出现不均匀磨损时，转子的动平衡状态遭到破坏，机组振动幅度呈上升状态。叶片冲蚀状况随着时间日益加剧，导致叶片受损更加严重，伴随着机组振动幅度逐渐增加，在长时间振动产生的交变应力作用下受损的叶片极为容易发生断裂故障，叶片的突然断裂又会使烟机的转子动平衡状态遭到严重破坏，使得机组振动值大幅增加，致使机组不能正常运行，此现象发生时必须停机进行检修。

4 结束语

烟机是重油催化裂化装置能量回收系统的核心设备，也是炼油化工生产装置节能效果最明显的大型机组，其能否正常运行不仅影响到装置的生产能力和长周期运行，而且直接关系着整个重油催化裂化装置的能耗水平。因此，应采取各种措施减少机组的振动、提高烟机的工作效率，这对于降低装置能耗起着重要作用。