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烟气轮机性能优化及技术改造

石油化工设备 2024年第3期53卷 71-75页

作者：李培德赵君昌张炳成廖福元高宝鹏李拴柱浙江石油化工有限公司浙江舟山316000

某公司4.5 Mt/a重油催化裂化装置主风机组中的能量回收设备烟气轮机存在着效率低的问题。回顾了再生烟气能量回收系统构成和烟气轮机设计参数,排查了可能的原因,确定了烟气轮机节流优化目标,应用新型高效弯扭复合叶型、静叶组件应用内... 详细信息

某公司4.5 Mt/a重油催化裂化装置主风机组中的能量回收设备烟气轮机存在着效率低的问题。回顾了再生烟气能量回收系统构成和烟气轮机设计参数,排查了可能的原因,确定了烟气轮机节流优化目标,应用新型高效弯扭复合叶型、静叶组件应用内外环固定的两端支撑方式,以及通过降低动叶片高度来提升安全裕度等多项新技术制定了烟气轮机叶片和流道结构优化方案。方案实施后应用效果良好,解决了现存技术问题的同时降低了设备电能能耗,取得了较好的经济效益。

关键词：烟气轮机催化裂化装置安全能量改造回收

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烟气轮机轮盘冷却蒸汽脉冲操作实践

炼油技术与工程 2024年第1期54卷 5-9页

作者：温传忠李彦龙国鹏辉中国石油化工股份有限公司济南分公司山东省济南市250101

为在线解决烟气轮机(烟机)结垢带来的装置长周期安全运行的问题,尝试对烟机轮盘冷却蒸汽实施脉冲操作。通过调整烟机轮盘冷却蒸汽流量,脉冲式改变轮盘温度,利用催化剂垢层与轮盘金属膨胀系数差异,垢层变化相对滞后且变化率较小,将垢层... 详细信息

为在线解决烟气轮机(烟机)结垢带来的装置长周期安全运行的问题,尝试对烟机轮盘冷却蒸汽实施脉冲操作。通过调整烟机轮盘冷却蒸汽流量,脉冲式改变轮盘温度,利用催化剂垢层与轮盘金属膨胀系数差异,垢层变化相对滞后且变化率较小,将垢层从轮盘分层、脱落、吹除。通过控制轮盘温度脉冲变化过程,可最大限度降低操作对转子组件平稳运转的影响。脉冲操作过程兼顾过程平稳和除垢效果,以轮盘冷却蒸汽流量每5 min提升50 kg/h的速率,将蒸汽由正常用量800 kg/h缓慢提至1500 kg/h,再以相同速率降至正常用量。过程中,烟机轮盘温度由320℃降至290℃再恢复至320℃。脉冲操作结束后1~2周内,烟机轴振动逐渐下降到较低水平,并在后续3个月内未出现明显变化。实现了在线改善烟机转子动平衡、降低振动、机组与装置同步运转率100%的目标。

关键词：烟气轮机轮盘冷却蒸汽脉冲结垢蒸汽品质振动轴承箱

YL33000型烟气轮机非典型叶片断裂分析及优化改造

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机械设计与研究 2024年第4期40卷 177-179,186页

作者：吴世权李俊斌宋春卢志国中石油云南石化有限公司云南安宁650399

烟气能量回收机组是催化裂化装置中的核心设备,也是石化炼厂中节能效果最为显著的大型机组。烟气轮机是将催化装置反应器产生的烟气中的热能转换成机械功的转动设备,其利用高温烟气在机体内膨胀降压时向外输出机械功,带动轴流机或发电... 详细信息

烟气能量回收机组是催化裂化装置中的核心设备,也是石化炼厂中节能效果最为显著的大型机组。烟气轮机是将催化装置反应器产生的烟气中的热能转换成机械功的转动设备,其利用高温烟气在机体内膨胀降压时向外输出机械功,带动轴流机或发电机等相关设备以达到回收能量的目的。烟气轮机的长周期运行是催化裂化装置长周期运行的保障。但运转的实践表明,烟气轮机连续运转率很难达到100%,各石化炼厂烟气轮机故障频出,论文对一次烟气轮机叶片非典型叶片断裂的原因进行了专业分析,同时对于叶片断裂后期的技术改造进行了优化总结。

关键词：烟气轮机叶片断裂疲劳改造优化激振安全裕度

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烟气轮机叶片冲蚀特性数值研究

石油化工设备 2023年第5期52卷 37-47页

作者：曾瑜高均玺吝涛锋黄兴国渤海装备兰州石油化工装备分公司甘肃兰州730060 甘肃省炼化特种装备工程技术研究中心甘肃兰州730060

烟气轮机长期在高温烟气环境服役,烟气中催化剂颗粒持续在流道中冲蚀磨损叶片。利用数值计算方法建模分析了流道内气固两相流动特性和冲蚀特性,探讨了催化剂颗粒直径、导流锥型线、动静叶片轴向间隙和节距比等因素对冲蚀特性的影响。研... 详细信息

烟气轮机长期在高温烟气环境服役,烟气中催化剂颗粒持续在流道中冲蚀磨损叶片。利用数值计算方法建模分析了流道内气固两相流动特性和冲蚀特性,探讨了催化剂颗粒直径、导流锥型线、动静叶片轴向间隙和节距比等因素对冲蚀特性的影响。研究结果表明,催化剂颗粒冲蚀主要发生在静叶片尾部边缘、动叶片前缘吸力侧和压力面、动叶片叶顶尾缘区域,动叶片冲蚀情况比静叶片严重。静叶片尾部边缘的冲蚀主要由小直径催化剂颗粒撞击引起,动叶片前缘和叶顶尾部边缘的冲蚀破坏由较大直径催化剂颗粒引起。随着催化剂颗粒直径的增加,颗粒撞击位置逐渐沿叶片高度方向向着叶顶尾部边缘移动,动叶片前缘和叶顶尾部边缘的冲蚀加剧。合理的导流锥型线有助于保持更均匀的颗粒分布,从而减少颗粒集中冲蚀。轴向间隙的增大能缓解动叶片尾部边缘的冲蚀破坏,但气动性能会有所降低。适当增大节距比,能在一定程度降低动叶片尾部边缘冲蚀率密度。

关键词：烟气轮机导流锥叶片流道颗粒冲蚀

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烟气轮机叶顶隙气固两相运动规律的模拟研究

高校化学工程学报 2017年第5期31卷 1080-1087页

作者：张笑笑王建军陈帅甫刘帅夏明川中国石油大学(华东)化学工程学院山东青岛266555 中国石化青岛炼油化工有限责任公司山东青岛266500

叶顶间隙的尺寸虽小,但对流道内的流动影响很大。研究烟气轮机叶顶隙的气固特性可以为解决烟气轮机结垢问题提供依据。采用标准k-?湍流模型和DPM多相流模型,对烟气轮机气固两相运动规律进行研究。研究表明:静叶间隙流的压能、热能转化... 详细信息

叶顶间隙的尺寸虽小,但对流道内的流动影响很大。研究烟气轮机叶顶隙的气固特性可以为解决烟气轮机结垢问题提供依据。采用标准k-?湍流模型和DPM多相流模型,对烟气轮机气固两相运动规律进行研究。研究表明:静叶间隙流的压能、热能转化为动能的转化率比主流小;动叶间隙流不作用在叶片上,受主流的影响流速先增大后减小;因为压力差的存在,叶顶隙处会产生从压力侧到吸入侧的间隙流;静叶间隙流周向速度与主流相反,在靠近吸力面和压力面处出现旋涡;动叶叶顶、叶尖以及压力面后半段是颗粒浓度和颗粒沉积量大的区域;动叶机壳的前半段以及动叶叶顶的前2/3处颗粒沉积量比较大。

关键词：烟气轮机叶顶隙气固两相模拟

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烟气轮机动叶流道内颗粒运动的流动显示实验

化工学报 2018年第4期69卷 1454-1460页

作者：王建军郭颖陈帅甫金有海丁健韩兆玉中国石油大学(华东)化学工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

烟气轮机是催化裂化装置能量回收系统中的关键设备,但内部烟气介质含有催化剂颗粒,易在内壁面沉积、结垢且对叶片造成冲蚀、磨损,影响机组正常运行。为研究烟气轮机内部复杂的两相运动规律,以实际烟气轮机为基准设计了模型烟气轮机,利... 详细信息

烟气轮机是催化裂化装置能量回收系统中的关键设备,但内部烟气介质含有催化剂颗粒,易在内壁面沉积、结垢且对叶片造成冲蚀、磨损,影响机组正常运行。为研究烟气轮机内部复杂的两相运动规律,以实际烟气轮机为基准设计了模型烟气轮机,利用高速摄像机拍摄模型烟气轮机动叶流道内的颗粒运动形态,捕捉颗粒与壁面的作用过程。结果表明,动叶前缘是颗粒碰撞的高频区,且颗粒碰撞后速度方向变化量较大。颗粒与动叶压力面发生多次碰撞的位置集中在压力面后缘,小粒径颗粒较易紧贴动叶压力面运动。实验结果为进一步探索催化剂颗粒在烟气轮机内部的沉积结垢机理提供了重要依据。

关键词：高速摄影两相流实验验证烟气轮机颗粒

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新技术在催化裂化装置烟气轮机改造中的应用

炼油技术与工程 2022年第11期52卷 50-52页

作者：刘志民中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司山东省淄博市255400

催化裂化装置是炼油厂重要的创效装置,烟气轮机回收再生烟气中的热能和压力能,带动主风机做功。文中0.8Mt/a催化裂化装置烟气轮机属于两级动叶片结构,由于转子叶片和叶根等部件在运行过程中频繁结垢,当垢物突然脱落时,造成机组振动超标... 详细信息

催化裂化装置是炼油厂重要的创效装置,烟气轮机回收再生烟气中的热能和压力能,带动主风机做功。文中0.8Mt/a催化裂化装置烟气轮机属于两级动叶片结构,由于转子叶片和叶根等部件在运行过程中频繁结垢,当垢物突然脱落时,造成机组振动超标,装置被迫降低负荷进行在线清垢或停机更换转子,对装置的长周期高负荷稳定运行产生了严重影响。烟气轮机转子在双级改单级改造中,应用了动静叶片大焓降弯扭高效叶片、新型动叶叶根、叶根密封冷却等多项新技术。改造后烟气轮机振动值长期稳定在25μm左右,运行良好。新技术的应用使得烟气轮机效率提高,电动/发电机从原来的耗电转入少耗电甚至发电状态,每年节电大约6900 MW·h,节能效果显著。

关键词：催化裂化烟气轮机大焓降动静叶片动叶叶根密封冷却扩压器

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烟气轮机级内气固两相流场特性PIV实验

高校化学工程学报 2018年第1期32卷 68-77页

作者：陈帅甫郭颖王建军金有海丁健韩兆玉中国石油大学(华东)化学工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

烟气轮机是催化裂化装置能量回收系统中的关键设备,但烟气内的催化剂颗粒极易在内壁面沉积结垢,影响机组正常运行,因而必须对烟气轮机内的气固两相流动进行研究以避免催化剂发生沉积。以实际烟气轮机为基准设计了模型烟气轮机,运用粒子... 详细信息

烟气轮机是催化裂化装置能量回收系统中的关键设备,但烟气内的催化剂颗粒极易在内壁面沉积结垢,影响机组正常运行,因而必须对烟气轮机内的气固两相流动进行研究以避免催化剂发生沉积。以实际烟气轮机为基准设计了模型烟气轮机,运用粒子图像测速(PIV)技术对模型烟气轮机内叶顶、叶中、叶根三个特征面的气固两相流动特性进行冷态测量,研究两相流在1000和1400 m3?h-1两种气相流量下的流动特性。结果表明,静叶流道内,两相流逐渐偏转加速,在流道出口处速度值和偏转角度达到最大。相同气相流量下,颗粒的速度偏转程度小于气相。动叶流道内,气相速度沿流动方向逐渐衰减,流出流道时速度方向接近轴向。固相在动叶流道出口处叶顶附近具有与旋转方向相反的切向速度分量。研究结果为进一步探索催化剂颗粒在烟气轮机内部的沉积结垢机理提供了重要依据。

关键词：粒子图像测速两相流实验验证测量烟气轮机

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多变工况下烟气轮机振动特性及群诊方法研究

多变工况下烟气轮机振动特性及群诊方法研究

作者：薛子章中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

在炼化行业中,烟气轮机作为催化裂化的关键节能设备,常年处在恶劣的变工况条件下运行,长期受高温、高压、烟气冲蚀等因素影响,故障模式复杂且难以诊断。同时随着大数据与工业互联网技术的兴起,烟气轮机之间的数据得到集成化管理,形成了... 详细信息

在炼化行业中,烟气轮机作为催化裂化的关键节能设备,常年处在恶劣的变工况条件下运行,长期受高温、高压、烟气冲蚀等因素影响,故障模式复杂且难以诊断。同时随着大数据与工业互联网技术的兴起,烟气轮机之间的数据得到集成化管理,形成了特有的“设备群”模式,然而传统的故障诊断模型很少考虑利用设备之间的耦合关系解决烟气轮机变工况故障诊断问题。因此,本文以现场烟气轮机设备群的实际数据为依托,阐明了变工况烟气轮机振动特性,分析了变工况烟气轮机诊断图谱敏感性,构建了基于聚类分析的烟气轮机群诊模型,为多变工况下的烟气轮机故障诊断提供技术支持。具体研究内容包括:(1)阐明了变工况烟气轮机振动特性。针对传统烟气轮机变工况特性分析方法较少考虑振动参数影响而导致研究片面性的问题,引入关联分析方法,研究了变工况烟气轮机的工作机理,分析了烟气轮机变工况运行的特点及规律,构建了基于关联分析的振动特性分析模型,建立了变工况振动特性分析方法,为烟气轮机变工况振动监测诊断参数的选取提供了理论依据。以某炼化厂实际烟机设备数据为例,分析了烟气轮机的变工况振动特性,验证了该模型的有效性。相比传统的变工况特性分析方法,兼顾了工艺参数和监测参数的工况特性,量化了多工况下参数的关联程度。(2)分析了变工况下烟气轮机诊断图谱敏感性。针对传统烟气轮机诊断图谱方式在多变工况下故障敏感性难以确定的问题,引入相似距离分析方法,研究了烟气轮机的典型故障模式,分析了烟气轮机常见图谱诊断方式的特点及适用工况,建立了烟气轮机诊断图谱敏感性分析方法,实现了对烟气轮机常见诊断图谱方式故障敏感性的度量。以某炼化厂实际烟气轮机设备变工况下的转子不平衡数据为例,验证了该方法的有效性,相比传统诊断图谱分析方法相比,所提方法深入分析了烟气轮机变工况的影响程度,为现场实际的故障诊断人员提供了技术指导。(3)提出了基于聚类分析的烟气轮机群诊模型构建方法。针对传统诊断图谱方式在变工况下部分故障敏感性弱的问题,引入烟气轮机设备群数据,对烟气轮机同类设备的共性关系进行挖掘,建立了基于模糊聚类的烟气轮机共性参数模型,提出了基于相似聚类的烟气轮机多参数融合算法,构建了基于特征关联的烟气轮机群诊模型,实现烟汽轮机变工况下故障的准确诊断与辨识。以某炼化厂实际烟机设备数据为例,验证了有效性,相比传统的单设备诊断模型方法,具有兼顾多设备关联的优势,提升了变工况下烟气轮机故障诊断模型的准确性。(4)开发了烟气轮机故障诊断软件系统。在前期故障诊断方法研究的基础上基于C#语言设计开发了烟气轮机故障诊断软件系统,系统包含了状态监测模块、数据分析模块、群诊模型分析模块以及维修报警模块,实现了对烟气轮机设备的数据集成与监测诊断。

关键词：烟气轮机振动特性故障敏感性群诊模型故障诊断