烟机在线除垢实验对比分析

顾国威，杨程，王聪

（辽宁石化公司油化厂，辽宁 辽阳 111000）

YL23000B型单级烟气轮机是中国石油某公司 220万吨/年重油催化裂化装置项目中能量回收机组的关键设备，由中国石油渤海装备兰州石油化工机械厂设计制造。机组于2018年9月14日13:50首次开机，运行至今。

2019年，催化装置大检修后，随着运行时间的增加，烟机结垢趋势增加，烟机输出功率逐渐降低，主风机电机电流逐渐上升，电机功耗持续增加，电机电流上升最高达到500A、电机功率达到7000kW，且双动滑阀开度逐渐增大，最大开度24%，通过对比分析，判断烟机内部存在结垢现象，且大量烟气流失，能量未能进行回收，极大影响了催化装置的经济效益。同时，大量烟气长时间通过双动滑阀，导致双动滑阀衬里冲刷、磨损严重，双动滑阀阀体外壁出现过热点（超过500℃），不得不对阀体外壁进行贴护板处理，严重威胁装置长周期安全运行。2019年11月26日，烟机进行了第一次烟机在线除垢，取得了明显的效果，烟机做功效率有明显提升，主风机电流从354A下降至159A，主风机电机功率从4514kW下降至1144kW，但烟机振动最大值从40μm上升至50μm。

2020年2月11日，尝试进行了烟机第二次在线除垢，此次除垢重点是试验在装置不降低负荷、主备风机不切换的情况下，只通过关闭烟机入口调节蝶阀改变烟气流场的方式进行扰动除垢，检验能否达到除垢效果。试验过程中，蝶阀开度从70%关至28%,烟机温度从697℃下降至680℃，全过程历时3h，主风机电流从170A下降至157A，功率从1382kW下降至-1009kW，进入发电工况，双动滑阀开度从9%下降至4%。

2020年3月25日，YL23000B进行了第三次烟机在线除垢，全操作过程用时12h。25日凌晨5点整，催化装置开始降量运行，处理量从245t/h逐渐降低至200t/h，7点03分备机启动，8点整，主备风机完成切换，备用主风机开始提供风量，主风机切出系统，烟机入口调节蝶阀PV1103C开始逐渐关闭。按温度变化不超过80℃/h，烟机开始降温除垢。下午14点01分，烟机入口调节蝶阀阀位关闭至2%，烟机温度达到最低温度475℃，第一次成功达到500℃以下，烟机降温除垢完成，开始升温。16点30分，切换回主风机组运行，17点，备用主风机准时停机。通过除垢后，装置主风机组电机运行电流由315A下降至149A，电机功率由5000KW下降至284kW，双动滑阀开度由16%下降至5%，除垢效果显著。因电机功率贴近齿轮箱临界工况，故未安排烟机进行发电。烟机振动最大值从平均40μm上升至平均50μm，最高54μm。对比第一次烟机除垢前后数据，机组运行状态与当时相似，其振动增长及波动均在允许范围内。烟机猫爪上抬间隙值在烟机温度下降期间逐渐变大，最大间隙值达到3mm（除垢前最大2.7mm），于3月26日进行复测，最大间隙值下降至2.65mm。

2020年3月31日14点进行了烟机第四次在线除垢，这次烟机除垢与第二次试验过程相同，不切换主备机情况下开、关两次烟机入口调节蝶阀改变烟气流场的方式进行除垢，与第二次除垢的区别是除垢结束后固定了双动滑阀PV1103B的阀位为2.5%，PV1103A阀位投自动，通过对比除垢前后PV1103A的阀位大小来准确判断除垢效果。除垢前双动滑阀阀位为10%，主风机风量4250Nm3/min除垢后双动滑阀阀位为8.5%，主风机风量为4280Nm3/min，除垢取得了一定效果。

1 四次烟机在线除垢对比分析

1.1 烟机除垢前后参数对比（功率、电流、双动滑阀开度）

2020年3月31日进行的除垢试验可以看作第三次除垢的补充。2020年3月25日进行了烟机第三次在线除垢，本次烟机除垢过程与第一次除垢过程基本一致，不同点在于通过工艺调整本次烟机最低温度首次达到500℃以下，且没有反复开关蝶阀进行升温、降温，温度降低到475℃后直接开始升温至690℃。除垢后对各参数进行分析，第一次除垢效果最明显。另外，从目前双动滑阀的开度来看，可以判断烟机静叶部位也有结垢的情况出现，导致烟机的流通面积变小，因此，此次除垢效果不如第一次。四次烟机在线除垢关键参数对比如表1。

表1 四次烟机在线除垢关键参数对比

1.2 烟机振动值对比

第三次烟机除垢过程中，由趋势图可以看出，烟机振动值整体呈上升趋势，机组除垢前振动值范围为38～45μm，除垢后随生产调整，振动值上升，3月26日22点左右稳定于44～50μm。烟机分时工频分量峰值 12.3～ 12.8μm，分频分量峰值 9.8μm，倍频分量峰值约4.5μm。对比除垢前，全频值变化主要体现在工频及分频分量上。工频分量变化表明转子结垢脱落不均匀，平衡精度有所变化。分频分量增大主要由生产波动导致。与2019年11月26日除垢前后数据进行比对，11月26日工频分量为12.4～13.6μm，分频分量峰值为8.4μm。因此，通过频谱分析两次烟机除垢变化基本一致。第四次烟机除垢过程中振动值有较明显下降，振动值范围在40～45μm，除垢后17点41分开始振动值稍有回升，19点稳定在45～52μm。

1.3 烟机猫爪翘起间隙对比

烟机猫爪翘起一方面原因是冷态时出口膨胀间隙预留过大，另一方面，由于烟机入口管线热膨胀力增大，膨胀节不能完全吸收，造成管线力作用在烟机进气锥上。由此可见，烟机出、入口管线热膨胀量的变化是影响烟机猫爪间隙值和稳定运行的关键因素。

2019年11月26日，第一次烟机在线除垢后，猫爪最大间隙值从除垢前2.55mm上升至2.7mm，11月27日下降至2.55mmm，之后逐渐上升并稳定在2.7mm。2020年3月25日烟机在线除垢后，猫爪最大间隙值从2.7mm上升至3.0mm，3月26日下降至2.65mm，之后逐渐上升并在3月30日稳定在2.8mm，3月31日猫爪间隙下降至2.7mm。通过这两次在线在线除垢对比说明，烟机猫爪间隙在每次除垢后都会有所上升，小幅度回落后将在一段时间内保持稳定。

1.4 烟机低点排凝水中垢样对比

第一次在线除垢烟机低点排凝水内垢片体积更大，呈片、块状，颜色为暗红色。而第三次在线除垢低点排凝水内垢以粉末形式存在，几乎没有成块的垢片。分析认为这是由于在第一次除垢和第三次除垢期间，第二次除垢除掉了部分烟机内部表面浮灰，因此，没有形成致密的硬垢片层。对比可以看出第一次烟机在线除垢效果更彻底一些，但增大的振动值也可以看出硬垢脱落时对转子动平衡的影响。为了避免过大过多的硬垢脱落对转子动平衡影响过大，定期通过烟机入口蝶阀及双动滑阀协调开关模式在线除垢是必须的。

2 烟机除垢过程需改进部分

（1）在线除垢操作开始就对烟机各猫爪间隙值进行高频次的测量记录，至少每1小时进行一次，除垢操作结束后，将各猫爪间隙值制作趋势图，便于分析猫爪间隙变化的规律及变化加快部分的影响因素。

（2）除垢前，应对烟机入口管线滑动支撑、摆动支架、出口膨胀节等部位进行详细标记，并详细记录烟机除垢过程中因温度变化引起管线热膨胀量变化的趋势，并进行分析。

3 结语

建议采用两种结合方式进行烟机在线除垢。方式一是根据双动滑阀开度、烟机功率综合评价，进行主机切除模式进行除垢，且结合四次除垢的成功经验，将升、降温时间延长，在温度600～700℃内增加开、关烟机入口蝶阀次数的方法进行除垢。方式二是在切除烟机进行除垢的间隔七建，定期（暂定每月一次）通过调节烟机入口蝶阀及双动滑阀协调开关模式来改变烟机烟气流场，达到去除烟机内部浮灰的效果。通过在线除垢期间的烟机振动值变化，可以看出烟机在线除垢存在风险，一是无法判断垢层脱落时间，二是无法判断垢层脱落是否均匀；在不启动备机进行切换运行时，烟机若突然脱落较大垢片，烟机振动值可能会突升，烟机存在振动联锁停机、装置停车的风险，因此，在使用烟机在线除垢技术时，一定要做好风险分析和预防措施。