立式三旋分离单元升级改造的探讨

彭健敏，杨庆伟

（西安市三桥机电设备有限公司，陕西 西安 710065）

第三级旋风分离器（简称“三旋”） 是催化裂化装置能量回收系统的关键设备，其运行过程中分离效率的高低直接影响烟气轮机的使用。中国石化洛阳分公司——联合车间——催化装置两套并联的三级旋风分离单元2008年投入运行。到2015年6月止，分离效率明显降低，三旋出口烟气＜10.48μm，粉尘粒径含量虽能满足≥90%的要求，但烟气粉尘含量已由投用初期的 50mg/m3n增大至 110mg/m3，最高时到达267mg/m3，已严重影响3＃烟气轮机使用寿命和运行周期。在近期检修中发现，临界流速磨损严重，三旋泄气率增大，烟机回收能量减少，发电效率降低。为此，作为有多年三旋设计制造的专业厂家，提出了三旋分离单元升级改造的可行性技术方案[1-3]。

1 三旋分离单元升级改造工艺操作参数情况

三旋分离单元升级改造工艺参数详见表1。

表1 三旋分离单元升级改造工艺参数

2 VAS-Ⅱ型高效单管数量

2.1 进入三旋的烟气体积流量Q

①操作参数波动上限时

②操作参数为正常时

2.2 旋风管根数的确定

VAS-Ⅱ型单管的额定风量q=3000（m3/h），三旋正常操作范围烟气总量均值Q=255044.47m3/h，则n＝Q/q=255044.47/3000=85.01（根），取84根（考虑到两套并联三旋各取等量单管为宜）[4-5]。

这样单管正常操作实际工作风量范围为（下限 247258.46/84～上限 263597.32/84） 2943.55～3138.06（m3/h）。VAS-Ⅱ型单管操作弹性范围为额定风量 3000（m3/h） 的±15% （2550～3450 m3/h），选84根VAS-Ⅱ型单管合理，兼顾到正常操作状况下、波动下限量及上限量。

正常操作量（下限） 时: 线速 υ0=24.85 m/s合理

正常操作量（上限）时:线速υmax=26.49 m/s合理

VAS-Ⅱ型单管入口线速最佳范围:21.5～29.1 m/s

3 三旋设计有关参数的核算

3.1 三旋压降

单管设计工作风量范围为2943.55～3138.06（m3/h）

以冷态标定结果可回归压力降公式:

式中:V0—单管表观截面气速，m/s;

ξ0-阻力系数，VAS-Ⅱ型单管为68;

3.2 下泄料气汇合口的喉管直径

3.3 三旋灰斗压力

根据三旋进口压力和三旋压力降可计算灰斗压力为:

P灰斗=0.167-0.0065=0.1605 MPa

三旋灰斗到临界喷嘴前，估算管路压力损失为0.02 MPa，由此可计算出临界喷嘴前的压力为:P嘴咀前=0.1605-0.02=0.1405 MPa

根据喷嘴前后温度参数，嘴前烟气温度650℃，喷嘴后烟气温度545°C，可计算出临界喷嘴后的压力:

3.4 临界喷嘴出口流速

式中:K—绝热指数，空气K=1.4;

R—气体常数，空气 R=278J/（kg·K）；

T—热力学温度。

结论:由以上计算可知，临界喷嘴出口的流速不大于当地音速，符合要求。

3.5 临界喷嘴烟气体积流量

a)临界喷嘴喉口直径Φ101.9mm，临界喷嘴后的烟气体积流量为:

换算成喷嘴前的体积流量为:

三旋底部下泄气率为:

b)临界喷嘴喉口直径 (用户已在用的)Φ76mm，临界喷嘴后的烟气体积流量为:

换算成喷嘴前的体积流量为:

三旋底部下泄气率为:

常规操作要求三旋泄气率在0.03～0.05，从上述a)条计算结果看，三旋底部下泄气率3.9%，满足泄气率 ≮3.5%操作要求（核算后:泄气率3.9%，嘴喉口直径Φ101.9 mm）。

4 结论

1)专利产品VAS-Ⅱ型高效分离单管84根，完全能满足该装置三旋分离单管升级改造工艺操作参数的要求；

2)两套三旋分离单元，单管总数量84根（单套42根）；每套三旋分离单元内吊筒单管分布，外圈Φ4030布管22根（另有5根单管备用孔）、内圈Φ2950布管20根。

3)上球封头内，不锈钢大链接锥（原老图纸中件号14，材质 1Cr18Ni9Ti厚度 δ14） 尺寸要进行变更改造设计，将原尺寸Φ4600（考虑到此尺寸过热影响区）调大到Φ4720为妥，可去除原两次（原制造吊筒1次，更换吊筒1次）组焊吊筒时，在直径尺寸Φ4600处（原件号14连接板，母材的金相组织已发生很大变化），存在着复杂的叠加应力（有很大危害），以防止新改造的吊筒在此处正常操作运行中（高温）发生断裂掉下来，而造成大事故。