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摘 要：装置自2005年3月以来，三旋单管排尘口及烟机动、静叶片等部位结垢问题突显。为解决结垢问题对装置长周期运行的困扰，进行了长达12年两个阶段的探索和实践。目前通过不懈努力，烟机结垢问题得到了有效的扼制。本文主要针对第二阶段2007年至今采取预防措施进行了分析与探讨。

关键词：三旋单管排尘口;烟机;结垢;预防措施

从2007年开始至2013年，装置共停机检修烟机16台次，其中有12台次是由于烟机结垢造成的，烟机结垢问题突显。虽然各炼化企业烟机结垢或结焦的原因各有不同，但这一矛盾的日益突出，严重威胁催化装置的安全生产、能量回收及长周期运行工作。为此中石油炼油与销售分公司多次召开專门的研讨会进行认真分析和集思广益，并下发了《防止烟气轮机结垢指导意见》和《烟气轮机长周期运行管理技术导则》作为指导。通过2013年公司大检修的契机，我公司一套ARGG装置在防止烟机结垢方面已取得了实质性进展，烟机自2013年9月运行至今，烟气轮机检修台次为3台次，基本时限了烟机长周期运行。

1 三旋及烟机结垢的基本原理

降烯烃催化剂与常规催化剂的不同主要在于采用稀土和磷调变活性中心，提高选择性氢转移反应，高稀土含量使系统催化剂抗磨性有所下降，细粉量易增加，同时在正常生产中，催化剂还要保持较高活性，需要经常加新鲜剂进行补充，这也为细粉的增加创造了条件。细粉增多后，易在某些流速高的部位产生静电吸附作用，为结垢的形成提供了前提条件。加之硫酸根或磷酸根等阴离子与催化剂中富集的大量Fe、Ca、Ni等金属离子结合后，易生成低温熔融态的盐类。这些低熔点的盐类在特定条件下（500-640℃及蒸汽作用等）可能变成类似于“浆糊状”的粘结物质，通过静电吸附作用，会在某些部位析出并与催化剂中的细粉结合，形成附着和沉积，最后经高温烟气的烧结作用形成硬垢。

在此原理的指导下，单纯从催化剂配方改变和复杂状态下的熔融态研究解决烟机结垢问题难度极大，收效甚微，虽然退而求其次地进行了大量的适应性调整，但引起烟机结垢的根本原因并未消除，只是减缓了结垢堵塞的时间。因此从设备内部结构改进另辟蹊径，如何去适应外部条件的变化成为解决问题的关键。

主要的切入点：

再生器旋分及料腿内部无结垢;三旋单管排尘口出口结垢（其余通流部位无）;

三旋至烟机管线内无结垢;烟机动、静叶及围带结垢。

急需解决的问题：

与再生器旋分操作条件类似的三旋反而出现结垢问题？烟机流场中对结垢影响关键因素是什么？

2013年初一个偶然的机会，看到一种新型的三旋单管排尘口结垢，事情有了转机：

通过与WX，XA，YK三家设备制造商进行交流和对比，最终选择YK一家公司进行技术合作。

经流场实验测试表明排尘双锥有以下不足之处：

①在上下锥的结合部和排尘口处都存在着较多的涡流和偏流，易造成双锥内部的返混和排尘口处的返混。这对外层区域内颗粒的分离和夹带到中心区域内的细粉二次再分离是非常不利的;②上下锥体的结合部形成环形空间，在向心径向速度和较高切向速度下，环形空间形成了旋转气圈。该气圈在向心速度作用下形成短路流，夹带粉尘到中心上升气流中，从而降低了单管的分离效率，同时灰环对双锥接合部的冲刷破坏也非常严重;③双锥结构的两个锥体叠套在一起，若上下锥组对同轴偏差大，上述灰环形成的磨损和短路流现象会更加严重;④PT-II 250型双锥结构中，下锥直径小于上锥，不利于粉尘和垢块的排出。

通过对比，最终选择PHT-III 250型单锥进行替代研究工作。

2 三旋及烟机结垢特点

①从三旋结垢发生的部位来看，结垢总是产生于高流速及大焓降的排尘口出口，烟气和排尘口附近中过高的粉尘浓度及单管返混为结垢提供了物质基础;②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，底部下几排全部堵塞失去作用后，会造成上部单管负荷加大，甚至偏离性能曲线，分离效率下降，经常出现排尘口锥体磨穿问题，这与三旋集尘仓底部更高的粉尘浓度和恶劣的工作环境有直接关系;③三旋运行状态的好坏与烟机结垢紧密相关;④三旋出口粉尘浓度逐渐增加意味着三旋因单管开始严重结垢或堵塞，也是烟机动、静叶等通流部位开始结垢的先兆;⑤对卧式单管及其排尘口结构进行适应性改进势在必行。

综合考虑进行如下：

三旋壳体下部净空尺寸比较：

①净空尺寸：从三旋内部分离原理来看，经过高效分离的气相烟气经单管上部的出口排出进入烟机做功，固相催化剂细粉由单管下部排尘口排出后进入排尘仓回收。因单管为自上而下分层排布，因返混的存在，随着粉尘的向下排出，越往下单管排尘口周围粉尘浓度越高，工作状态更加恶劣，越不利于底部单管的排尘。这样设计较大的净空尺寸，最大限度的减少返混、窜流强度及不利影响，有利于减缓三旋单管的堵塞，从而使其始终保持高效运行。因受原有框架尺寸和基础的限制无法将壳体换大，也受限于主风机的做功能力，无法更换为旋分式三旋，最终决定对分离单元进行更换，为减少单管排尘口粉料遇排尘仓内壁反弹造成返混及串流，将单管倾度由20°提高至25°，从而部分抵消因内部空间较小，不利于排尘下落的弊病;②PHT-III 250型单锥排尘单管处理量1300 m3/h，原PT-II 250型双锥排尘单管处理量1000 m3/h。因PHT-III 250单管处理能力高，应用后分离单元单管数量由170根降至140根。按每层单管排布仍为10根分布，单管数量降低后减少2排单管变成15排。为进一步改善单管排尘效果，减少因间距过小造成的相互返混影响，将单管间距由原来的600mm提高至650mm，同时最底层单管入口中心高较原来提高500mm，更有利于底部单管避开高浓度区。

此次调整方案得到了洛阳设计院的大力支持和认可。

新三旋分离单元投用后，从2013年9月一直平稳运行至2015年9月。三旋压降在9-11 kPa之间波动。期间烟机一直运行平稳，2015年1月，烟机运行12000小时后打开，动静叶结垢轻微，只是在停机时围带脱落的垢片与动叶叶顶发生剐蹭。2015年8月，三旋打开后发现单管排尘口有少量的薄薄的软垢（可接受，不影响使用），轻轻触碰即掉。2016年8月三旋打开后，情况也是如此，因此解决三旋结垢取得了成功。

三旋单管结垢问题解决之后，原以为烟机结垢能够顺利解决，实际上从2015年1月烟机解体时发现动静叶仍然轻微结垢，而且是硬垢，对烟机运行安全仍然存在影响，说明烟机结垢还有其特殊性，对比三旋及烟机的运行工况，有一个因素浮出水面，那可能就是轮盘冷却蒸汽对烟机流场的干扰，这一猜测需进一步验证。

2015年初，通过与兰州机械厂进行新技术应用交流，我们决定进行烟机节能改造的同时，对烟机的抗结垢能力进行改进。

3 烟机结构改进

3.1 动、静叶围带流道内表面毫克能光整处理

毫克能金属表面加工技术是源自乌克兰的一项军工技术，其利用金属在常温状态下冷塑性的特点，运用毫克能对金属零部件进行无研磨剂的研磨、强化和微小形变处理，使金属零件表面达到更理想的表面粗糙度要求;提高零件表面顯微硬度的同时在零件表面产生压应力，增强零件的耐磨性、耐蚀性及疲劳强度和疲劳寿命。经过检测，表面粗糙度达到Ra0.02（达到镜面水平），硬度提高了20% 以上。

新制过渡衬环和衬环，过渡衬环流道表面进行毫克能光整处理，以提高表面光洁度，延缓催化剂结垢。

注：本次新制的衬环和过渡衬环内表面均不喷涂耐磨涂层。

3.2 采用轮盘冷却新结构

采用轮盘冷却新结构，转子前侧设置蜂窝密封，转子轮盘设导流孔。由于减少冷却蒸汽，改变了冷却蒸汽流向，能够消除冷却蒸汽引起的动叶片等部位催化剂结垢问题，消除动叶叶根部位的涡流造成的冲蚀，同时减少蒸汽对流场的干扰，提高烟机的效率。主要体现在以下几个方面：

进入到叶栅流道的冷却蒸汽量大幅减少，减少了烟机叶片结垢的条件，对烟机叶片结垢有缓解作用。

由于改变了蒸汽流向，能够杜绝蒸汽对流场的干扰，消除动叶叶根部位的涡流造成的冲蚀，同时能够提高回收效率。

轮盘冷却蒸汽用量大幅减少，节省了蒸汽，节能效果明显。

3.3 动、静叶型采用高效弯扭复合叶型

采用新开发的马刀叶型，该叶型具有更好的气动效率。 从传统的直叶型和扭曲叶型发展到高效的马刀叶型，马刀叶形是变截面，扭曲和弯曲三项技术的综合体，马刀型叶片能有效调整等压线的分布形状，控制径向压力梯度和横向压力梯度，抑制根部附面层分离现象，减少二次流损失。

通过叶片马刀式的弯曲，在叶片根部引入了较大的正斜置值，在顶部引入少量的副斜置值，可以使得根部附近的低压区位置上移，在根部产生负压力梯度，使根部低能区的流体向中部流动，并被主流带走，从而提高叶片的气动效率，增加叶片的做功能力，使烟机的通流效率得到较大的提高，同时由于流线的平行和顺滑，对缓解催化剂的结垢也起到了一定的作用。

3.4 采用带有导流板高效排气机壳

对于和烟气轮机类似的燃气轮机动力透平，一般都采用无导流板的长扩压段。但是烟机的悬臂结构限制，在轴向不方便采用长的轴向扩压段，且烟气轮机的级的焓降一般比燃气轮机大，为了减小排气机壳的扩压损失，我们开发了带有导流板高效排气机壳，减小排气机壳的扩压损失，用以提高烟机的效率。

通常扩压板的前缘与动叶出口留有一定的轴向距离，防止导流板前缘的气流对动叶出口产生不必要的扰动，抵消了采用导流板带来的好处。

重点通过前两项措施，解决了催化剂在围带结垢问题，及蒸汽对烟机流厂的干扰，2016年8月烟机解体检查发现，动叶及围带处无结垢，静叶处微量垢片，动叶叶根榫齿处和轮盘处无冲蚀，经过一年的调整解决烟机结垢问题取得突破，进一步印证蒸汽因素是催化剂结硬垢的主要原因。

4 结论

通过三旋及烟气轮机结构改造，装置YL-10000C型烟机，自2013年9月检修后投入运行一直保持平稳状态，经历三次检修为一次装置大检修两次是达到长周期运行导则时限强制定期检修。这样经过不懈地努力，探索三旋及烟机的结垢成因及应对措施取得了突破性进展，并认清了结垢的基理，为以后彻底解决烟机结垢问题迈出了至关重要的一步。