煙機安全執行與節能增效
摘要：通過對煙機的結構、歷年運**況以及煙機存在的問題的分析，對煙機節能的因素與途徑以及如何提高煙機壽命進行了**。
關鍵詞：煙氣輪機；三旋；節能增效；軸功率
1、前言
煙氣輪機是重油催化裂化裝置中的核心裝置。它是催化裂化裝置中能量**的關鍵裝置之一，也是節能增效最為顯著的大型機組。其主要作用是以催化劑再生燒焦過程中產生的高溫煙氣為介質，通過煙氣輪機對外做功，用於驅動催化裂化裝置中的主風機，達到能量**和降低裝置能耗的目的。
該機是否長週期、是否安全可靠的執行對裝置本身經濟效益是舉足輕重的。
2、機組概況
2.1、技術引數
（1）製造廠蘭煉機械廠
（2）型號ylⅱ-10000b
（3）進口流量1760-2006）nm3/min
（4）進口壓力0.3138mpa （絕）
（5）進口溫度700℃
（6）出口壓力0.1078mpa （絕）
（7）出口溫度539
（8）額定轉速5703
（9）臨界轉速7500
（10）總效率不少於85%
（11）功率8795kw
（12）葉輪級數兩極
（13）軸密封形式多階迷宮密封；蒸汽注入和淨化風注入隔離
（14）徑向軸承四油葉滑動軸承
（15）止推軸承金氏伯里軸承
2.2、主要結構
ylⅱ-10000型煙氣輪機為軸向進氣，徑向排氣，懸臂式轉子結構。它主要由轉子元件、進氣機殼、過渡機殼、排氣機殼、軸承箱及軸承、機座、軸封等部分組成。
(1) 轉子元件由
一、二級輪盤，一、二級動葉片和主軸等組成。一、二級輪盤為實心結構，採用gh864(waspaloy)材料模鍛並加工而成，輪緣開縱樹形葉根槽，一、二級動葉片縱樹形葉根裝入其中，二者精密配合，並用鎖緊片鎖緊定位，一、二級動葉片由高溫合金gh864(waspaloy)材料模鍛成型，葉型部位噴塗耐磨塗層。
(2) 進氣機殼由進氣機殼、進氣錐及靜葉元件組成，進氣機殼為不鏽鋼焊接件，進氣錐為不鏽鋼鑄件，靜葉元件由靜葉片和固定鑲套組成乙個組合件。
(3) 過渡機殼導向葉環固定套、導向葉環體和導向葉片等組成，為減少催化劑固體顆粒對通流部分的沖蝕磨損，導向葉環體上設定防沖蝕台階，並噴塗耐磨層。
(4) 排氣機殼為整體機殼，由不鏽鋼焊接而成。它由進、出口法蘭擴壓器及排氣通道組成。
(5) 軸承部件由兩個徑向軸承和乙個止推軸承組成，徑向
軸承為四油葉滑動軸承，止推軸承為八瓦塊的金氏伯里軸承。
(6) 軸密封由兩段迷宮密封組成，氣封片固定在氣封體上，蒸汽從靠進迷宮密封前端注入，使其沿著輪盤徑向流動進入機殼，與煙機排出煙氣混合後排出，密封空氣由中間軸封注入，密封空氣的壓力略高於蒸汽壓力，以防止蒸汽從軸端洩出。軸封空氣一部分流入抽氣空腔，與少量蒸汽一起由抽氣口排出機外，另一部分經迷宮密封洩入大氣。
(7) 輪盤蒸汽冷卻系統：煙機輪盤設有蒸汽冷卻，冷卻蒸汽分兩路進入機殼，一路進入一級輪盤中心，沿輪盤表面作徑向流動，其中一部分冷卻蒸汽通過平衡孔進入
一、二級輪盤之間的空腔，冷卻一級輪盤的後側面和二級輪盤的前側面，並經導向葉氣封進入流道；另一路是二級輪盤後的軸端密封蒸汽進入機殼後，沿二級輪盤的後側面，作徑向流動冷卻並流入流道。
3、近年煙機運**況
2023年 3月，風機部位突然發生異常響動，風機與煙機振動超程，實施緊急停機。檢查發現風機一級動葉片從根部斷裂，煙機轉子與
一、二級靜葉環都有不同程度的磨損，一級輪盤上的固定螺栓止動墊片少了三片，二級靜葉葉片之間夾有兩片不名**的小鋼塊。經分析，風機葉片斷裂屬於疲勞斷裂，其根部產生疲勞源後，由於煙機先引起的異常振動，導致葉片的徹底斷裂。而煙機的異常振動是有不名**的異物引起，異物可能來自煙機本身，也極可能來自煙機入口蝶閥閥板表面的護板。
2023年6月，四機組停機，重新開機時，煙機尚未併入系統，振動就突然增大，用聽針檢查，輪盤內部有摩擦響聲。停機檢查發現，二級靜葉環發生變形，一級動葉葉頂與靜葉環間隙區域性過小，甚至接觸，造成旋轉時動靜部分摩擦。經分析，二級靜葉環的導向葉環與固定套上下固定，導向葉環四周由螺栓拉緊，由於導向葉環的固定套是兩個半環結構，上下剛度大，兩側剛度不夠，所以在溫度發生較大變化時引起變形，造成較大的橢圓度。
所以，在以後的製造中進行了改造，對固定套內側沿軸向銑出凹槽，使其在溫度變化較大時，由一定的裕度減小環的整體變形，從根本上減小了溫度變化引起的靜葉環變形。
2023年4月，四機組開機，轉速剛公升至1250rpm時，煙機軸承振動就明顯增大至80μm，停機拆開煙機檢查發現：（1）、一級動葉迎氣流側輕度磨損；（2）、一級動葉鎖緊片大部分已經沖掉；（3）、一級輪盤輪轂整圈有大量沖刷凹坑，凹坑部位有金屬光澤；（4）、二級靜葉迎氣流側磨損嚴重，葉根部位大量沖刷；（5）、二級靜葉後有大量硬塊垢物，分析主要為催化劑形成。
2023年7月5日，煙機振動達到75μm，停機拆檢發現煙機
一、二級動葉片磨損嚴重，尤其根部更甚，靜葉片尾部也有輕微磨損。
經分析，2023年煙機的磨損主要是因為2023年更換的三旋的工作效果不好以及後來再生料腿磨損，致使較多催化劑顆粒帶入煙機，造成了較大磨損，使轉子不平衡，減短煙機的使用壽命；其中有一部分在靜葉環葉根處逐漸堆積，也導致了不平衡度的增加。
5、煙機入口蝶閥和閘閥的問題
5.1煙機入口蝶閥的問題
當機組出現緊急情況，例如停電，需要迅速全關煙機入口蝶閥時，入口蝶閥能不能夠迅速全關是保證機組能否安全執行的關鍵。如果停電或飛車，煙機做的功不能夠通過電動/發電機以電的形式輸出就只有供給機組來加速，如果入口蝶閥不能夠迅速全關，機組就會超速跳閘停機或造成事故。所以要求煙機入口蝶閥全關時間要小於2秒。
而實際上，我們裝置的adams入口蝶閥存在諸多問題。(1)自動不能投用，只能靠現場手搖來操作蝶閥開度，導致三分程自動控制也不能投用。靠現場手搖來操作蝶閥開度，動作太慢，蝶閥全關需要時間太長，起不到保護機組的目的。
(2)在正常執行的過程中，蝶閥開度會自動漂移，導致反應崗位控制再生壓力困難。（3）控制機構停電或閃電時，閥位不能自動鎖位，全開→全關乙個來回再回到原閥位，對安全生產極為不利。2023年裝置對此執行機構進行了改造，基本上克服了上述問題。
5.2煙機入口閘閥的問題
煙機入口的煙氣切斷閥門為氣動高溫平板閘閥。這種閘閥動作過慢，易卡澀，達不到設計要求，煙機入口閘閥設計全開或全關時間為3-5秒，但實際根本達不到，甚至經常發生卡澀，無法全開或全關，手搖機構一直不敢取消。手搖機構因高溫也會發生變形，造成難以切換。
隨著重油催化裂化的發展，操作溫度的公升高、處理能力的增大，氣動高溫平板閘閥越來越難以滿足生產的需要，主要有以下幾個問題：
(1) 由於結構上的問題以及加工上的限制，閥體形狀採用了中間小（￠800）,兩頭大（￠1000）類似文氏管的形狀，介質通過該閥時有一定的壓降，減少了煙氣輪機對能量的**。
(2) 該閥聯接法蘭多，由於高溫下長週期執行及煙機開停工過程中巨大溫差，閥體易變形，致使這些法蘭聯結處容易產生洩露，在使用中因無法解決洩露而被迫「包盒子」，給生產帶來極大不便。
(3) 檢修量大，密封調整要求高。由於該閥的密封付為柔性石墨，雖然它有耐高溫及具有一定的彈性，但強度及耐沖刷能力差。另外，該閥的密封是通過調整柔性石墨密封付的預壓量來實現的，預壓量小，洩露量大；預壓量大使磨擦力大，開關困難，容易損壞閥板。
而調整預壓量的大小在裝置現場檢修時是很難做好的。
(4) 該閥閥體由於採用的是奧氏體鋼鍛鑄而成， 閥長期在高溫下執行時，鑄造體內鐵素體組織增多，閥體易產生裂紋或砂眼。
6、如何提高煙機壽命
目前，新鮮催化劑中細粉含量較大，又由於加工**性質較差，催化活性失效塊，導致加、卸劑比較頻繁，因此煙機入口催化劑濃度一直維持在較高水平。
(1) 降低煙機人口催化劑濃度，減少二次流沖蝕。
據有關資料分析認為當催化劑粒度基本上小於10μm，而濃度不大於150mg/m3時，催化劑顆粒對煙機的
一、二次流磨損十分輕微，可以用上數個週期。當催化劑粒度基本上小於10μm，而濃度大於250mg/m3時，催化劑顆粒對煙機的一次流磨損不大，但二次流磨損嚴重。因此要嚴格進行操作，發現入口介質超標時要及時處理，必要時切出煙機。
(2)嚴格工藝操作，避免超溫和超速公升溫及降溫。
在開停機操作上，嚴格控制公升降溫速度不大於100℃/h，防止熱部件驟熱驟冷，發生變形。同時減少意外停機事件也是提高執行時間的乙個關鍵因素，這也是煙機能長時間執行的乙個原因。
(3)控制好輪盤冷卻蒸汽
開停機時嚴格控制輪盤冷卻蒸汽，開機前輪盤冷卻蒸汽一定要脫完水。當機組開起，煙機未投用時，煙機處於鼓風狀態，給予適當的輪盤冷卻蒸汽進行冷卻，投用煙機後加大蒸汽，並嚴格控制輪盤冷卻蒸汽量。
(4)嚴格控制蒸汽品質，根據實際執行經驗，適當加大輪盤冷卻蒸汽，能較好的防止催化劑在一二級輪盤間堆積。
（5）煙機入口管線是否合格，對煙機的安全執行極為重要。因此，要求每次大、小修都要對煙機入口管線進行調整，使其在設計範圍內。
（6）煙氣管道聯接法蘭密封墊片應採用高溫橡膠石棉墊，可避免因採用金屬墊片鬆脫進入煙道，以致損壞煙機。
7節能增效的途徑
7.1影響機組效率的主要因素
(1)主風的供、需失調，機組功耗增加。
機組執行過程中，裝置的生產用風量一般不是常量，但是在調整裝置處理量時，往往忽視風機風量的調整，使主風機始終處於最大風量狀態下運轉，出現供大於求的現象，造成主風過剩，使電能無效消耗。
(2)若已知煙氣出、入口壓力，可由下式計算煙機的軸功率：
式中：n—軸功率，kw;
p1—入口壓力，mpa;
p2—出口壓力，mpa;
v1—煙氣入口流量，m3/min;
k—絕熱係數，一般取1.3;
n—總效率，% 。
從上式可知，煙機的**功率與煙氣的入口壓力、出口壓力、煙氣量、煙氣出、入口溫度有關。一般來說煙氣出入口溫度變化不大，但煙氣壓力、煙氣量受多種因素制約，對機組影響較大。
(3)由於煙機通流面積過大，而煙氣實際流量遠離設計值時，煙機出口壓力受到很大影響。
(4)通常，再生壓力由大小旁路和煙機入口蝶閥分程控制。煙氣從再生器頂部出來，一路進入煙機做功後經餘熱鍋爐排入煙囪，另外兩路通過大小旁路蝶閥直接進入餘熱鍋爐後，排入煙囪。
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