李來君

（1.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710065；2.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，洛陽471012）

D800主風(fēng)機(jī)組增設(shè)煙機(jī)改造實(shí)踐與效果分析

李來君1，2

（1.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710065；2.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，洛陽471012）

文章對(duì)催化裂化裝置D800主風(fēng)機(jī)組新增煙機(jī)的改造項(xiàng)目進(jìn)行了具體陳述，對(duì)機(jī)組改造效果進(jìn)行評(píng)定。同時(shí)結(jié)合運(yùn)行記錄對(duì)改造效果進(jìn)行分析計(jì)算，基于試運(yùn)所得數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行了功率復(fù)核，并評(píng)述節(jié)能效果。

節(jié)能降耗；改造效果；功率復(fù)核

1 概述

中國石化股份有限公司洛陽分公司催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組的布置情況為：一套從美國引進(jìn)的I-R主風(fēng)機(jī)－煙氣輪機(jī)機(jī)組做主機(jī)，一套凝汽式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的D1800主風(fēng)機(jī)作備機(jī)。為配合裝置處理量的需要，該公司于2000年增設(shè)了一臺(tái)D800風(fēng)機(jī)，基本上滿足了裝置滿負(fù)荷操作時(shí)的供風(fēng)需求。在D800風(fēng)機(jī)并入后，裝置所產(chǎn)生的煙氣量隨之增加，原引進(jìn)的I-R煙氣輪機(jī)不能完全消化，裝置的雙動(dòng)滑閥開度較大，致使一部分煙氣的壓力能和熱能沒有較好利用，裝置的能耗較大。為增加經(jīng)濟(jì)效益，該公司經(jīng)過多方論證，決定為D800風(fēng)機(jī)增設(shè)煙氣輪機(jī)回收這部分能量，達(dá)到降低裝置能耗的目的。

2 改造方案

2.1 基本情況

為了降低成本和合理利用資源，本次增設(shè)的煙氣輪機(jī)為以前替換下來的YL-3000B型煙氣輪機(jī)。增設(shè)的原則是：充分依托現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置和公用工程配套設(shè)施，利用現(xiàn)有基礎(chǔ)及管道設(shè)施，節(jié)約投資，在確保平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，最大限度地回收煙氣能量。

2.2 工程設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，工程設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：

2.2.1 更換煙機(jī)底座及損壞部件，增設(shè)煙機(jī)－風(fēng)機(jī)膜片式背齒保安型聯(lián)軸器。

2.2.2 配齊所缺煙機(jī)軸系儀表及調(diào)節(jié)閥組儀表。

2.2.3 配套改造潤滑油系統(tǒng)。D800風(fēng)機(jī)增加煙機(jī)后，原有的油站供油量不夠，擬采用D1800主風(fēng)機(jī)組（編號(hào)：1311/1）的油站向D800主風(fēng)機(jī)－煙機(jī)機(jī)組（編號(hào)：1311/2）供油。原D800主風(fēng)機(jī)組的油站停運(yùn)，并用盲板將其與系統(tǒng)油路隔離。如D800主風(fēng)機(jī)－煙機(jī)機(jī)組需與D1800主風(fēng)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，則兩油站聯(lián)合運(yùn)行。

2.2.4 改造煙機(jī)煙氣進(jìn)排氣管道和煙機(jī)的冷卻、密封等管線。煙機(jī)進(jìn)氣管道的水平段重新設(shè)計(jì)、更新，高溫閘閥、蝶閥利舊；煙機(jī)排氣管道改為上排氣，重新設(shè)計(jì)，相應(yīng)的水封罐也移位。煙機(jī)的輪盤冷卻蒸汽、密封蒸汽、密封空氣以及支座冷卻水等配套系統(tǒng)也重新設(shè)計(jì)、配管。

2.3 工程實(shí)施

在多方論證、現(xiàn)場(chǎng)考察的基礎(chǔ)上，開展了增設(shè)煙機(jī)項(xiàng)目施工并于2012年2月17日進(jìn)行了試運(yùn)，機(jī)組運(yùn)行工況良好，表明本次改造工作順利完成。

3 機(jī)組改造效果分析

3.1 機(jī)組主要設(shè)計(jì)參數(shù)及試運(yùn)行參數(shù)，如表1。

表1 D800主風(fēng)機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)及試運(yùn)行參數(shù)

3.2 電機(jī)功率計(jì)算：

根據(jù)電機(jī)說明書電機(jī)額定效率η為0.96，取η為0.96，電機(jī)輸出功率可用如下公式表示：

式中：P1N為電機(jī)輸入功率；U為電機(jī)電壓；I為電機(jī)電流；cosφ為電機(jī)功率因數(shù)；PN為電機(jī)輸出功率，η為電機(jī)效率。

根據(jù)表1中已知參數(shù)，可依次求得電機(jī)輸出功率，如表1中所示。

3.3 煙機(jī)功率計(jì)算：

由于流經(jīng)煙機(jī)的煙氣壓力和流量存在一定關(guān)系，當(dāng)煙機(jī)入口溫度變化不大時(shí)，其入口壓力和流量可以用如下公式表示：

式中：G為煙氣質(zhì)量流量；P1為煙機(jī)入口壓力；A，C為常數(shù)。

取煙機(jī)平均分子量為29（煙機(jī)設(shè)計(jì)值），則煙機(jī)質(zhì)量流量計(jì)算公式如下：

將已知參數(shù)代入式4中，可求得相應(yīng)條件下的煙機(jī)質(zhì)量流量。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際測(cè)定參數(shù)求得A＝0.0369，C＝1396，代入式3和式4，根據(jù)已知參數(shù)依次求得煙機(jī)入口質(zhì)量流量數(shù)值（單位為kg/s）和煙機(jī)入口標(biāo)準(zhǔn)體積流量（單位為Nm3/min）。其相應(yīng)煙氣體積流量如表1中所示。

煙機(jī)軸功率計(jì)算如下公式表示：

式中：Ne為煙機(jī)軸功率，kW；G為煙機(jī)入口煙氣質(zhì)量流量，kg/s；M為煙氣分子量；T1為煙機(jī)入口煙氣溫度，K；T2為煙機(jī)出口煙氣溫度，K；k為煙氣絕熱指數(shù)。

對(duì)于煙氣，取k=1.304，M=29，根據(jù)已知參數(shù)代入式5中，可求得煙機(jī)軸功率，如表1中所示。

3.4 風(fēng)機(jī)功率計(jì)算：

式中：G為空氣的質(zhì)量流量，kg/s；Qa為空氣的體積流量，Nm3/min；Pa為空氣入口壓力，MPa；R為氣體常數(shù)，J/（kg·K）；Ta為風(fēng)機(jī)入口溫度，K。

風(fēng)機(jī)多變效率的計(jì)算如下公式所示：

式中：m為多變指數(shù)，無量綱；k為絕熱指數(shù)，無量綱；ηpol為風(fēng)機(jī)做功的多變效率。

若將風(fēng)機(jī)的做功過程看作氣體的多變壓縮過程，因此多變能量頭的計(jì)算公式如下所示：

式中：Hpol為多變能量頭，kJ/kg；R為氣體常數(shù)，J/（kg·K）；T1為入口溫度，K；m為多變指數(shù)，無量綱；P1為風(fēng)機(jī)入口壓力，MPa；P2為風(fēng)機(jī)出口壓力，MPa。

風(fēng)機(jī)的總耗功率（即輸出功率）計(jì)算公式如下所示：

式中：Ptot為多變壓縮過程的總耗功率（即輸出功率），kW；G為風(fēng)機(jī)的入口質(zhì)量流量，kg/s；ηpol為風(fēng)機(jī)做功的多變效率。

風(fēng)機(jī)的總耗功率可以用比功率進(jìn)行計(jì)算，其公式如下：

考慮到風(fēng)機(jī)出口測(cè)量壓力儀表距離風(fēng)機(jī)出口較遠(yuǎn)，有大約10KPa的管線壓降。因此實(shí)際風(fēng)機(jī)出口壓力應(yīng)為測(cè)量?jī)x表讀數(shù)加上10KPa的管線壓降。即及時(shí)出口壓力與設(shè)計(jì)值近似相等。將式7代入式8中，然后將式8和式9代入式10后，取ηpol實(shí)際＝ηpol設(shè)計(jì)，則經(jīng)過簡(jiǎn)化后的計(jì)算公式為：

將表1中的已知參數(shù)代入式11，可求得風(fēng)機(jī)總耗功率。

由于壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在能量損失，故壓縮機(jī)輸出氣體的有效功率Ptot與壓縮機(jī)軸功率Psh之間存在一個(gè)壓縮機(jī)機(jī)械效率ηm的相對(duì)關(guān)系。對(duì)于齒輪傳動(dòng)的壓縮機(jī)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估取其壓縮機(jī)機(jī)械效率ηm為0.97，則根據(jù)以下公式：

將式11求得的風(fēng)機(jī)總耗功率代入式12可求得風(fēng)機(jī)的軸功率，如表1中所示。

3.5 機(jī)組功率復(fù)核：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，煙機(jī)效率一般為≥95%，齒輪箱功耗為100～150kW，我們?nèi)煓C(jī)效率為95%，齒輪箱功耗為130kW，根據(jù)所求得的（表1）中的數(shù)據(jù)，代入如下公式：

可核算出式13中“其他損耗”的數(shù)值，其數(shù)據(jù)如表2：

表2 D800主風(fēng)機(jī)組試運(yùn)行過程中其他損耗的計(jì)算結(jié)果

3.6 數(shù)據(jù)誤差分析：

從表2數(shù)據(jù)來看，記錄1的其他損耗為279kW，比其他記錄偏大。

具體分析：在機(jī)組實(shí)際試運(yùn)行過程中，當(dāng)風(fēng)機(jī)入口流量逐漸下降至630Nm3/min左右時(shí)風(fēng)機(jī)噪聲開始明顯變大，我們認(rèn)為在此流量下機(jī)組開始進(jìn)入喘振敏感區(qū)域，這時(shí)風(fēng)機(jī)的多變效率一般會(huì)明顯降低。而“記錄1”的風(fēng)機(jī)軸功率數(shù)值在核算時(shí)仍取設(shè)計(jì)多變效率值導(dǎo)致風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算偏小。

同時(shí)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，我們部分參數(shù)取設(shè)計(jì)值，煙機(jī)和風(fēng)機(jī)的效率是采用參考資料中的經(jīng)驗(yàn)值。所以導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果有一定偏差。但從核算結(jié)果來看，“其他損耗”在90～180kW，若按照參考資料中的經(jīng)驗(yàn)值，其他損耗一般為≤5%的風(fēng)機(jī)軸功率來估算，其計(jì)算數(shù)值偏差較小，故計(jì)算數(shù)據(jù)基本準(zhǔn)確，計(jì)算的數(shù)據(jù)符合實(shí)際情況，能夠作為我們?cè)u(píng)定改造效果的理論依據(jù)。

4 結(jié)論

4.1 改造效果

此次改造后，D800機(jī)組在操作難度上雖有一定增加，但不存在任何技術(shù)問題。同時(shí)機(jī)組運(yùn)行1年多以來，煙機(jī)運(yùn)行情況良好，整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)、位移、瓦溫等指標(biāo)都很正常，沒有出現(xiàn)過異常情況。因此從以上數(shù)據(jù)來看，本次改造項(xiàng)目的實(shí)施達(dá)到了預(yù)期的目的。

4.2 節(jié)能效果

結(jié)合往年生產(chǎn)負(fù)荷的調(diào)整，在夏季負(fù)荷較低的情況下，D800機(jī)組將停運(yùn)。因此我們按D800煙機(jī)每年運(yùn)行250天，平均每小時(shí)節(jié)電1500kW·h來計(jì)算，則全年節(jié)電達(dá)900萬度。若按電網(wǎng)電價(jià)每度0.45元來計(jì)算，全年創(chuàng)效達(dá)405萬元。而本次改造一次性投入費(fèi)用約350萬元，而每年的維護(hù)成本平均不足10萬元，故本次改造項(xiàng)目的實(shí)施，在一年內(nèi)就能收回成本，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，同時(shí)也大大改善了裝置能耗高的問題。

[1]高慎琴.化工機(jī)器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992.

[2]張玉龍.提高煙氣能量回收機(jī)組能量回收率的措施[D].催化裂化協(xié)作組第十一屆年會(huì)報(bào)告論文選集.2007.

[3]黃鐘岳等.透平式壓縮機(jī)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

S379

A

1671-0037（2014）01-58-2

2013年12月6日。

李來君（1984.6-），男，在職研究生，政工師，研究方向：材料工程。