大庆炼化公司100万吨/年ARGG三级旋风分离器单管堵塞原因分析及改造

2022-09-16

1 三旋运行情况

一套ARGG装置三级旋风分离器, 卧式结构, 共有单管170根, 设计烟气流量2847m3/min。

1.1 自三旋首次开工以来至2013年共进行过8次检修, 每次均发现三旋单管有严重的结垢、堵塞的现象, 最严重时单管堵塞率可达70%, 主要集中在下部6层。

1.2 2010年检修, 发现三旋内部膨胀节导流筒挡圈脱落。

1.3 2010年和2012年检修, 发现三旋单管排尘斗侧壁局部磨漏其中2012年三旋单管磨漏多达34处。

1.4 由于三旋单管的严重堵塞造成三旋压降增大, 大量主风通过双滑跑损, 烟机做功能力因此下降, 同时因堵塞后分离效率降低, 导致烟气中粉尘浓度增加, 造成烟机频繁结垢, 机组需停机检修。

2 原因分析

三旋原设计采用卧式单管, 单管排尘口为双锥结构, 针对单管的分离效率及堵塞成因, 我们进行如下分析:

2.1 三旋工艺核算与单管性能

2.1.1 再生两级旋分+集气室+再生器→三旋入口烟道:ΔP总=15KPa

2.1.2 再生两级旋分+集气室+再生器→三旋入口烟道:ΔT总=10℃

2.1.3三旋原设计流量:Q总=170820m3/h

2.2 不同型式的排尘结构三旋单管比较

再生烟气能量回收系统第三级旋风分离器主要由三种类型:立式单管型、卧式单管型、旋分式。初期普遍使用带泄料盘结构的EPVC型立式单管, 后来逐步推广应用PDC型立式单管及PT型卧式单管。双锥排尘结构在立式或卧式三旋应用后, 运行中较多地出现单管结垢堵塞和双锥磨漏磨掉等问题, 甚至双锥磨穿、下锥脱落更是普遍现象。

比较表明:三旋单管的排尘双锥内存在着一些不利的二次流。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。经实验流场测试表明排尘双锥有以下不足之处:

2.2.1 整个旋风管内, 径向速度的方向均向内, 即为向心速度且越向中心数值越大, 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。

2.2.2 上下锥体的结合部形成环形空间, 上锥下口有一股气流向上流入此环形区, 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。该气圈靠近上锥下口向下流动形成高浓度粉尘流灰环。灰环靠近上锥下口, 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。

2.2.3 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。

为了解决排尘双锥的不足, 国内又陆续开发了具有简单的单锥排尘结构的高效旋风管。单锥内不存在二次流, 单锥排尘结构旋风管在国内属于第三代单管, 典型产品有PST-250型、PST-300型立式单管, 和PHT型、蝶式卧管。经过十多家催化装置的运行和检验, 目前国内催化装置三旋双锥排尘结构单管已基本被单锥排尘结构单管所替换。

2.3 在用PT-II卧式三旋壳体下部净空尺寸比较

对国内同类装置三旋进行比较, 统计情况看我公司100万吨/年ARGG三旋壳体下部净空尺寸最小。

净空尺寸过小的主要缺点: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, 随着粉尘的排出, 越往下粉尘浓度越高, 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。

2.4 三旋结垢原因

一般来说单管堵塞并非完全由于操作不当引起的, 采用易产生细粉的降烯烃催化剂及设备自身设计不合理为主要原因。

2.4.1 在三旋特定的两相流场中, 具有一定锥角的单管排尘锥体有细粉挂壁和催化剂微粒结垢的倾向。

2.4.2 排尘双锥内不利的二次流极易造成催化剂细粉形成的灰环磨损与结垢堵塞。

2.4.3 单管排尘口与三旋壳体衬里壁的不足距离不仅降低了三旋效率而且形成的窜流返混现象加速了卧式单管尤其是底部单管的结垢堵死过程。

2.4.4 双锥结构的排尘口一般较小, 不利于粉尘的排出, 易堵塞。

3 改造方案

3.1 PHT-III 250型为单锥排尘结构, 单管处理量1300 m3/h (大于PT-II 250型) 。从国内卧式三旋运行及单管自身结构分析论证, 单锥结构防结垢及堵塞效果优于双锥结构, 不存在二次流的干扰。因单管处理能力高, 应用后分离单元单管数量由170根降至150根, 可极大改善气流及压力分布不均的情况, 进一步增强防结垢和排尘能力。

3.2 选用PHT-Ⅲ250型单管重新设计后, 每层单管排布仍为10根, 单管数量降低后减少2排单管变成15排, 这样单管排间距可由目前的600mm提高至650mm, 减少因间距过小造成的相互影响, 同时排尘仓底部空间增大有利于排尘。