烟机结垢、磨损原因分析1

重催烟机结垢分析烟机简介2005年8月份车间的3号主风机改造，烟机进行了整体更换，烟机由双级轮盘改造为单级轮盘，更换了进气导向锥、入口短接以及相应的密封冷却系统。更换后的烟机轮盘和动叶片采用GH864的材料，静叶片采用K213的材料，并且在叶片上涂抹了长城一号的耐磨材料。烟机的进气流量由原来的2234Nm3/min提高至目前的3280Nm3/min，回收功率也由原来的8800kW提高至目前的13300kW。由于2005年更换的烟机转子动叶片热处理采用1020℃＋水冷的方式，叶片内部存在较大的残余应力，同类型叶片在兄弟厂家已多次发生断裂影响生产的设备事故；为确保烟机安全运行，2006年8月份对烟机转子进行了更换（叶片采用１０８０℃＋空冷的热处理方式）。2007年3月由于烟机振动突变，将烟机解体进行了检查，解体后发现烟机结垢严重，并且转子动叶片的耐磨涂层磨损严重，故在2007年的7月份将修复后的转子重新回装，2007年9月烟机的振动再次出现大幅波动，解体后发现烟机结垢的现象依然突出。改造后的烟机的结构做了一些改进，具体参见下表（表中描红部分为改进内容）：项目改造前改造后型号YLⅡ－10000DYL-13000A转子两级悬臂式单级悬臂式进气机壳由进气机壳、进气锥及静叶组成由进气机壳、进气锥及静叶组成过渡机壳带防冲蚀台阶结构带防冲蚀台阶结构排气机壳整体型，由进出口法兰、扩压器及壳体组成整体型，由进出口法兰、扩压器及壳体组成轴承箱水平刨分结构水平刨分结构、带冷却水，设有轴承密封气径向轴承四油叶滑动轴承可倾瓦轴承止推轴承八块米契尔轴承八块米契尔轴承轴封迷宫密封(蒸汽和空气两段密封)蜂窝密封（蒸汽和空气两段密封）二、故障情况２.１第一次故障2007年3月6日22点42分，烟机前轴两支振动ＶＩ６０１Ａ／Ｂ在3秒钟内，分别由21μm／16μm上升至36μm／30μm，两支后轴振动ＶＩ６０２Ａ／Ｂ在6分钟内逐渐由17μm／14μm上升至31μm／32μm，烟机振动发生波动时入口蝶阀和轮盘冷却蒸汽、烟机入口压力、静叶角度、入口温度等没有进行任何调节，振动突变发生后烟机的轴位移和各轴承的温度没有发生变化。具体见下图上图为烟机在振动发生突变时烟机入口温度、轮盘冷却蒸汽量、烟机入口蝶阀、轮盘温度的历史趋势图，上述参数在基本保持平稳，没有发生大幅变化。上图为烟机前后轴振动突变后烟机的前后轴以及止推轴承的温度，没有发生大幅的变化。通过上述历史趋势可以判断：一、不是由于工艺的大幅调整造成烟机振动的突变。二、排除烟机机械故障造成振动突变的可能。上图为烟机振动异常时的后轴VI602A的波形图，通过波动图我们可以看出：1、后轴振动的一个周期的波形图为典型的正弦波动。2、正常情况下频谱图，一倍频最大，二倍频次之约小于一倍频的一半，但是上图的一倍频偏大。3、在每个波谷的顶部波形毛糙。通过上述图谱我们可以看出，烟机的振动波形为典型的正弦波，并且频谱以一倍频为主，所以判定烟机的转子存在动不平衡的现象。造成动不平衡的可能原因：一是由于烟机转子的催化剂块脱落，二是由于转子的损伤。在振动波形的波谷存在一定的毛糙，说明转子存在一定的摩擦，估计是转子的叶顶和围带之间有一定的摩擦存在。（2）第二次故障2007年9月15日，因为高温取热炉出现了落灰，造成取热量上升，最终导致烟机入口的温度大幅下降，在30个小时的时间内烟机入口温度由630℃最终降至了540℃，下降了90℃。具体见下图在其它参数未进行调整，烟机入口温度大幅下降的同时烟机前后轴振动在21个小时内发生了7次大幅的变化，具体见下图：上图为烟机前后轴振动一倍频振动趋势图。图中我们可以看出，同烟机前后轴承处两个测点的工频振幅及相位一直在同起同落、能上能下的变化，变化过程是由许多小的变化组成，其中既有渐变、又有小的突变，但总体上是缓慢的渐变，振幅值能回落到靠近原正常振动值附近，这是转子结垢的典型表现上图为烟机前轴振动的波形频谱图，此波形在一个周期内为典型的正弦波，所以判定为烟机转子存在一定动不平衡。通过上述的分析我们可以判断，此次烟机振动波动就是由于转子的垢块长时间堆积，在烟机入口温度大幅变化的过程中突然脱落，造成转子动不平衡，引起振动连续大幅波动。三、烟机检修情况1、2007年3月7日，车间将3号主风机切换至1号2号主风机，烟机进行了解体检查。从解体情况看，烟机静叶、动叶都有明显的结垢情况，垢块主要集中在静叶顶部之间的流道上、动叶片正面（自叶根至叶片中部）和动叶片底部流道，垢块厚度0.5mm～2.5mm不等，但相同部位的垢块厚度基本一致，说明结垢是均匀的；同时叶顶5～15mm处有明显的磨损。具体见下图2007年3月烟机转子图片2007年3月烟机静叶图片2、2007年9月16日，车间将3号主风机切换至1号2号主风机，烟机进行了解体检查。从解体情况看，烟机静叶、动叶都有轻微的结垢情况，垢块主要集中在静叶顶部之间的流道上、烟机的围带处，垢块厚度最厚达到了6.5mm，同时叶顶5～15mm处有轻微的磨损。具体见下图2007年9月烟机转子图片2007年9月烟机静叶图片2007年9月烟机围带结垢图片如下就烟机不同位置不同时期结垢的程度进行了对比：时间位置2007年3月2007年9月静叶无无静叶流道中度中度动叶严重轻微围带无严重入口导流锥严重严重四、原因分析结合其它炼油厂催化装置的结垢分析和车间内部的讨论分析，认为造成烟机结垢的主要影响因素如下：1、烟气粉尘含量2、烟机入口温度3、催化剂跑损4、平衡催化剂的粒度性质5、平衡剂和原料的重金属含量6、烟气中水蒸汽的含量四、原因分析1、烟气粉尘含量。烟机入口催化剂粉尘浓度不是影响烟机结垢的决定性因素，即催化剂粉尘浓度低并不表示不结垢，当从外厂的经验来看，如果催化剂入口粉尘浓度高，必然加剧催化剂结垢的速度和几率。0501001502002502006.3.142006.3.302006.4.252006.9.272007.1.302007.3.302007.4.242007.5.292007.7.192007.8.17系列1丛上图我们可以看出上周期烟机运行过程中，烟机入口粉尘含量比较低，平均最高在75mg/m3，但是在2006年再次开工至2007年3月初，烟机的入口粉尘含量基本在100mg/m3以上，最高达到了205mg/m3，严重超出了烟机的允许运行工况（烟气粉尘含量≯200mg/m3），故在3月份检修烟机时发现烟机的结垢严重。3月份以后车间通过调整操作，使烟机入口粉尘含量大幅下降，虽有偶尔超标，但整体都在70mg/m3以下，所以在7月份烟机解体检查时结垢现象稍轻（具体见下图）。2、烟机入口温度根据上图的统计，2006年开工以后一直到2007年元月份烟机入口温度长时间在600℃附近，进入2月份以后，烟机的入口温度一直保持在600℃以上。01002003004005006007002006.9.242006.10.102006.10.262006.11.102006.11.262006.12.112006.12.282007.1.112007.1.282007.2.122007.2.282007.3.292007.4.152007.4.302007.8.6系列13、催化剂跑损。催化剂2006年9月开工以来与2006年3-8月相比催化剂自然跑损单耗有所增加，具体数值如下：时间催化剂单耗kg/t催化剂自然跑损单耗kg/t2006年3-8月0.930.632006年9月-2007年9月0.960.772006年1月至今催化剂单耗变化趋势图催化剂单耗（kg/t）00.511.52006年1月2006年2月2006年3月2006年4月2006年5月2006年6月2006年7月2006年8月2006年9月2006年10月2006年11月2006年12月2007年1月2007年2月2007年3月2007年4月2007年5月2007年6月2007年7月2007年8月2006年1月至今催化剂自然跑损单耗变化趋势图自然跑损单耗（kg/t）00.20.40.60.811.22006年1月2006年2月2006年3月2006年4月2006年5月2006年6月2006年7月2006年8月2006年9月2006年10月2006年11月2006年12月2007年1月2007年2月2007年3月2007年4月2007年5月2007年6月2007年7月2007年8月催化剂跑损增加，烟机入口粉尘含量有所上升，下面就催化剂跑损的原因做出了分析具体如下：项目单位2006.62007.22007.1－2007.22007.5处理量t/h170140150160173173沉降器料位%48±248±248±248±248±248±2一再料位%60-7560-7560-7560-7560-7560-75二再料位%57-7257-7257-7257-7257-7257-72反应压力kPa180-190150-160160-170170-180180-190180-190一再压力kPa190-200175-185180-190185-195190-200190-200二再压力kPa180-190155-165165-175170-180180-190180-190一再主风量m3/h937587760282171840278920388725二再主风量m3/h443213934442736432314723246275对比工艺参数基本正常，无明显差异。在170t/h的处理量下，一再旋风分离器入口线速在20～21m/s（设计值为20.23m/s），二再旋风分离器入口线速在17-19m/s（设计值为21.38m/s），三旋设计线速51.73m3/s,实际值为48.36m3/s，处理量大，旋风分离器入口线速接近设计值。4、平衡催化剂颗粒性质根据其它厂的经验催化剂细粉是烟机叶片结垢的诱因，催化剂细粉的来源主要是新鲜的细粉含量、反再系统操作条件以及设备对催化剂的磨损以及旋风分离器的效率。根据类似催化装置提供的相关数据，如果平衡剂小于40μm的细粉含量超过18%，三旋负荷增加，进入烟气中的粉尘含量就会相应提高，烟机叶片结垢的几率增加。下面就我装置40μm以下气动筛分进行了统计。2006年6月至今平衡催化剂气动筛分0-20μm变化趋势图从图上可以看出0-20μm的气动筛分，在5月份以后有上升趋势，进入8月份以后又有所下降。00.20.40.60.811.21.41.61.82006.5.82007.3.12007.3.222007.4.122007.5.32007.5.242007.6.142007.7.52007.7.262007.8.162007.9.7系列12007年3月至今平衡催化剂气动筛分20-40μm变化趋势图从图上可以看出20-40μm的气动筛分，在5月份以后有上升趋势，进入8月份以后又有所下降。024681012142006.5.82007.3.12007.3.222007.4.122007.5.32007.5.242007.6.142007.7.52007.7.262007.8.162007.9.7系列1重催新剂重催新剂粒度分布正常。重催新催化剂（2007.2.5）重催新催化剂粒度分布不正常，小剂较多，中间剂较少，这种剂使用时宜造成剂耗增大。0－45.8um05101520252006.6.122006.7.62006.8.132006.9.062007.6.222007.7.92007.8.112007.9.140－45.8um2006年6月至今新剂中0～45.8um含量变化趋势图5、平衡催化剂重金属含量催化剂细粉含量较高，当催化剂浓度偏大时，容易产生催化剂的物理或化学沉积和烧结，这主要是因为催化剂中金属钙、铁、镍和硫酸根在高流速低静压条件下，当温度为500℃到650℃生成的低熔点共晶体使催化剂变得十分胶粘所至金属钙对催化剂粘连的影响金属铁对催化剂粘连的影响从其它厂家烟机垢样的组成分析来看，重金属