催化装置烟气轮机结垢原因分析及解决措施

Catalytic Cracking Unit Flue Gas Turbine Fouling Reasons and RemediesCHEN Shu-hua(Daqing Refining&Chemical Branch，PetroChina，Heilongjiang Daqing 1 634 1 1，China)Abstract：Flue gas turbine was the highest probability of failure of FCCU key equipment，including excessive fluegas turbine vibration FCCU long cycle running.The major issues afected the catalytic cracking of long cycle run for fluegas turbine fouling and vibration were analyzed，the hood operation was summed up，causes of three spin hood foulingwere analyzed and solutions were proposed。

Key words：flue gas turbine；scaling；three cyclone中石油大庆炼化公司炼油-厂-套 ARGG (双提升管灵活多效 FDFCC同轴催化裂化装置)装置的烟气轮机由兰州炼油机械厂生产制造，自2003年9月投入运行以来发生多起烟机结垢的生产故障，烟机的频繁结垢 (见图 1)，给装置的安全平稳生产带来严重隐患，同时严重制约装置的长周期运行及节能降耗等各项 日常管理工作。在目前按多产丙烯方案生产的大前提下，如何通过采取行之有效的措施来逐渐缓解直至最终消除结垢因素的产生，是当前的首要任务。通过长期摸索和不断努力调整，自2007年9月装置检修至今 ，烟气轮机累计平稳运行六十个多月，烟机前后振动值始终分别保持在 14.7 tzm和24.3 m左右的水平，在解决烟机结垢问题方面取得了突破性进展 。

图 1 结垢的烟机动叶片情况1 -套 ARGG装置烟机简介表 1 -套 ARGG装置烟气轮机主要技术参数2 烟机运行情况简介(1)自2003年 9月至 2004年 10月运行平稳 ，这段时间内，-套 ARGG装置按多产柴油方案生产 ，未发生结垢问题。

(2)自2004年 10月至 2007年 8月，因生产方案的调整，- 套 ARGG装置改为多产丙烯方案，同时催化剂也改为增产丙烯催化剂。此后，烟机结垢问题突显，先后因结垢等问题十余次停机处理。具体情况见表2。

表2 烟机结垢统计表作者简介：陈淑华 (1973-)，1995年毕业于西北大学有机化工专业，学士，工程师，主要从事炼油化工企业设备管理工作。

l38 2013年4月续表2按气 体方 案生 产，2004.10～2005.3 运行良好 未出现结垢 采用增产丙烯催化剂。05.32 共嚣 次 十主2005.11～2006.6 运行良好 未出现结垢 2005年11月检修2006年 8月装置停z006.6-2 s 警 篱盏堵塞2006.9～2007.4 运行 良好 未出现结垢 2006年9月检修2007年 4月，因内2007.4-2007.8 莫旋、烟机结垢2007.8-至今 运行良好 未出现结垢 2007年8月检修3 烟机结垢原因分析- 套 ARGG装置设计处理能力为 100万 t/a，采用卧式三旋 ，单管数量 170根，可以按多产柴油方案及多产丙烯方案生产。

(1) 自2003年9月首次开工投产至2004年 10月-直采用催化方案生产，使用 CC-20DF催化剂。受二次晃电的影响，再生器二级料腿堵塞2根，造成催化剂的严重跑损，平均每 日跑 5 t左右，时间长达-个月左右，这段期间主要靠不断补充平衡剂维持生产。2004年 4月 20 H装置停工检修时，对烟机解体检查未发现动、静叶及三旋结垢。因此 CC-20DF催化剂组成对烟机 、三旋结垢不会产生任何影响。

(2)从 2004 年 10月份开始，为保证聚丙烯装置开工的需要 ，-套 ARGG装置开始按多产丙烯方案生产，将 CC-20DF逐步置换为增产丙烯催化剂。

(2005年 2月 11日、17日两次因为主风机电缆接头崩烧造成装置停工，恢复生产后再生器催化剂跑损量增加。2005年2月底烟机振动从 30 m左右上升至 45 m左右，观察运行-周后，振动突然上升至80 m达到报警值下限。停机解体检查后发现，烟机动叶片、围带及导流锥结垢严重，动叶叶顶刮磨及出气边冲蚀磨损。

2005年 10月、2006年8月、2007年 8月装置检修期间，对三旋检查时均发现三旋单管堵塞，尤以下部 30%最为严重，结垢厚度在 20 mm左右，三旋效率显著降低，运行状态恶化(见图2)。在以上时间内，烟机平均平稳运行七个月左右后便开始频繁结垢。从烟机结垢开始，同时伴随着分馏油浆固含量的上升，油浆外甩量的提高及再生器催化剂的大量跑损。期间2007年4月 12日、2007年6月20日再生器中压内取热 、低压内取热管束分别泄漏-根，造成催化剂大量破损 ，跑剂加剧，大量细粉进入二三旋及烟机等流能部位 ，因当时问题查找相对较长，造成了三旋、烟机等部位结垢在短时间内快速形成 。

4月19日烟机轴振动突然升高，烟机壳体振动达 18 mm/s，解体检查发现烟机围带结垢，动叶叶顶刮磨。

###2007年9月至2009年7月，烟气轮机连续平稳运行，2009年7月装置检修期间，通过对烟机解体检修发现，动静叶均未发生结垢问题 ，只是动叶进气边局部涂层磨损，露 出基体，轮盘背面榫齿根部轻微冲蚀。对三旋单管检查时发现 ，旋单管轻微结垢，但与前几次检修的共同点是下部单管较严重，结垢厚度大约 5 mm左右，结垢倾向与前几个周期 比较明显减轻 (见图3)。此次单管的结垢情况与2008年 3月 31日中压内取热的泄漏及快速发现、判断和及时切除有关∩见三旋运行状态的好坏与烟机结垢紧密相关。

图2 2005年三旋单管结垢情况图3 2009年三旋单管结垢情况(3)针对-套 ARGG装置几年来烟机结垢与运行的实际情况看，可以初步得出如下结论：①从历次检修情况看，尽管三旋、烟机结垢，但再生器内-、 二级旋分及所属的灰斗、料腿、升气管等流通部位均未发现结垢问题。

②从检修结束 ，装置正常运行算起，烟机平均运行七个月左右开始出现结垢。主要原因为装置在这段期间内，因公用T程系统问题，发生了非计划停工，在闷床后恢复生产过程中，因再生器主风分布管设计不合理，压降偏低，催化剂流化状态不稳定，床层极易出现偏流、沟流甚至局部死床 ，造成再生器旋分工作状态的不稳定 ，分离效率大大降低。每次停吨复过程中均出现大量跑剂的问题 ，需反复多次调整，在这-过程中大量细粉被带到后路，进-步恶化了三旋运行工况，而且每次非计划停工后催化剂单耗及三旋压降均不断上升∩以说再生器催化剂跑损量的逐渐上升是三旋及烟机运行工况不断恶化的开始。因此从源头上扼制再生器大量细粉产生的各种因素尤为重要。我公司下-周期准备对再生器主风分布管进行更换改造，彻底解决这-问题 。

③从三旋及烟机结垢发生的部位来看，结垢总是产生于高流速及大焓降的部位，烟气中过高的粉尘浓度为三旋单管、烟机等部位结垢提供了物质基矗④从三旋单管的结垢趋势来看，其结垢顺序是自下而上逐渐形成的，尤以下部单管堵塞最为严重 ，顶部最为轻微♂垢部位-直位于单管排尘口附近，这与三旋集尘仓底部相对更高的粉尘浓度、单管排尘口的返混及过高的线速 (20 m/s)有直接关系。

第 41卷第7期 陈淑华 ：催化装置烟气轮机结垢原因分析及解决措施 139⑤从结构上对卧式单管及其排尘口等进行适应性改进势在必行 ，控制住直至消除三旋单管结垢的速度就能从根本上解决烟机结垢的问题。此外 ，由于目前正在采用的旋分式三旋在增产丙烯工艺条件下使用情况不详，但从其工作原理分析，有可能是解决结垢问题的另-途径。

4 烟机结垢的应对措施及效果通过不断的总结和摸索，-套 ARGG装置 自2006年以来采取了更有针对性的调整措施并取得了显著效果。

首先对装置自产蒸汽进行取样分析，合格率在 97.5%以上，排除了蒸汽品质原因。原设计烟机冷却蒸汽引汽点离减温减压器出口过近，因混合不均、操作调整等原因易造成冷却蒸汽瞬间带水。为了保证蒸汽过热度，将引汽点移至低压蒸汽出装置控制阀处 ，远离减温减压器出口，温度控制在 240-250 oC左右。

经过改进解决 了蒸汽带水问题，同时冷却蒸汽流量降至 220～500 kg/h(设计正常 800 kg/h，最大 3000 kg/h)，既节约冷却蒸汽用量，又减小催化剂细粉及过量的蒸汽对动叶片的冲蚀磨损 ，保证了烟机的平稳运行、减少了烟机停机检修次数 。

(2)对四旋灰斗下料不畅问题进行整改。2004年 、2005年检修期间虽然对四旋料腿进行疏通 ，但在开工后不久均再次发生堵塞，导致三旋集尘仓出口至临界喷嘴阻力降相对增加，影响了三旋效率及排尘效果。在 2006年检修 中将 四旋灰斗出口及料腿加粗，由原来 DN80改至 DN200并取消了四旋料腿下部翼阀，彻底解决了因三旋集尘仓内虚衬里脱落或事故状态下湿催化剂堵塞灰斗，影响细粉回收的问题。此外为保证效果 ，细粉回收罐要定期卸剂。

(3)通过核算，对再生器二级旋分料腿进行加粗改造，以增强旋分抗事故能力，防止二级料腿发生堵塞。

①严格控制再生器温度 ，保证三旋入 口温度控制在 700～703℃，防止因三旋超温引起设备内部发生开裂及变形。同时要严格控制中、低压内取热、外取热的操作温度，避免其长期超温运行 ，造成管束焊道开裂及母材蠕变。

②严格控制从沉降器串人再生器的蒸汽量，减少催化剂的(上接第109页)[2] 杨勇.Fe-Mn催化剂的制备、表征及其 F-T合成反应性能研究[D].太原：中国科学院山西煤炭化学研究所博士学位论文，2005。

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[6] Lv Y J，Zhang Z X，Zhou J L.Leaching kinetics of the preparation of热崩和破损因素，尤其在事故状态下重点防止套筒流化事故蒸汽大量进入再生器、三旋等设备内，导致催化剂粘结或堵塞再生器二级旋分料腿、灰斗、三旋单管等，进而影响烟机入 口颗粒浓度，加剧叶片结垢因素的形成。

③在保证再生器正常流化，烟气中氧含量大于 3%的同时 ，摸索合理的主风用量。由于增产丙烯催化剂中某些稀土元素及磷元素含量远高于普通催化裂化催化剂，催化剂偏 粘”，主风量过高后将导致旋分器因线速过高而偏离工作性能曲线，形成二次夹带，导致其效率下降，同时线速过高也易造成催化剂的快速磨损而产生大量细粉 J。细粉含量增加后又将导致三旋回收效率的下降，进而影响烟机人 口颗粒浓度。此外细粉含量增加后，高流速状态下易产生静电，导致细粉极易在三旋单管和烟机叶片等部位吸附，经与烟气中的水蒸汽、盐类等结合后，经高温烧结形成硬垢。因此在保证工艺生产的前提下，主风量从原来的 150000 Nm /h降至 136000 Nm /h左右，同比下降 14000 Nm /h以上，再生器催化剂跑损情况与历史同期相比明显改善。

④严格按操作规程中工艺操作参数控制指标要求 ，控制烟机运行，严禁超参数运行。对烟机人口颗粒浓度、三旋压降认真做好监控，对异常状态要及时发现和调整，避免三旋单管结垢在短时间内迅速形成。

⑤加强仪表三率的控制与管理，努力使生产保持平稳运行，减少各类操作波动因素的发生。