Úspěšná aplikace technologie filtrace odstraňování laku v petrochemických velkých jednotkách

Oddělení správy zařízení, Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co., Ltd. 211900

Abstraktní: Tento článek analyzuje abnormální příčiny velkých turboexpandérových jednotek, předkládá řadu opatření k řešení problémů a chápe riziková místa a preventivní opatření provozu.Použitím technologie odstraňování laku jsou eliminována možná skrytá nebezpečí a je zajištěna vlastní bezpečnost jednotky.

1. přehled

Jednotka vzduchového kompresoru závodu PTA 60 t/rok společnosti Yizheng Chemical Fiber Co., Ltd. je vybavena zařízením z Německa MAN Turbo.Jednotka je jednotka tři v jednom, kde jednotka vzduchového kompresoru je vícehřídelová pětistupňová turbínová jednotka, jako hlavní hnací stroj jednotky vzduchového kompresoru je použita kondenzační parní turbína a turboexpandér je používá se jako jednotka vzduchového kompresoru.Pomocný hnací stroj.Turboexpandér využívá vysokou a nízkou dvoustupňovou expanzi, každý má sací a výfukový otvor a oběžné kolo využívá třícestné oběžné kolo (viz obrázek 1)

Obrázek 1 Pohled v řezu na expanzní jednotku (vlevo: vysokotlaká strana; vpravo: nízkotlaká strana)

Hlavní výkonové parametry turbo expandéru jsou následující:

Rychlost vysokotlaké strany je 16583 ot./min a rychlost nízkotlaké strany je 9045 ot./min.;jmenovitý celkový výkon expandéru je 7990 kW a průtok je 12700-150450-kg/h;vstupní tlak je 1,3 MPa a výstupní tlak je 0,003 MPa.Teplota sání na vysokotlaké straně je 175 °C a teplota výfuku je 80 °C;teplota sání na nízkotlaké straně je 175 °C a teplota výfuku je 45 °C;na obou koncích vysokotlakých a nízkotlakých bočních ozubených hřídelí je použita sada naklápěcích podložek Ložiska, každé s 5 podložkami, přívodní olejové potrubí může vstupovat do oleje dvěma způsoby a každé ložisko má jeden otvor pro přívod oleje, přes 3 skupiny po 15 olejových vstřikovacích tryskách, průměr vstupní olejové trysky je 1,8 mm, pro ložisko je 9 vratných otvorů oleje a za normálních okolností se používá 5 portů a 4 bloky.Tato jednotka tři v jednom využívá metodu nuceného mazání centralizovaného zásobování olejem ze stanice mazacího oleje.

2. Problémy s posádkou

V roce 2018 byla za účelem splnění požadavků na emise VOC do zařízení přidána nová jednotka VOC na úpravu koncového plynu oxidačního reaktoru a upravený koncový plyn byl stále vstřikován do expandéru.Protože bromidová sůl v původním koncovém plynu je oxidována při vysoké teplotě, existují bromidové ionty.Aby se zabránilo kondenzaci a oddělování bromidových iontů, když koncový plyn expanduje a pracuje v expandéru, způsobí důlkovou korozi expandéru a následného zařízení.Proto je nutné zvětšit expanzní jednotku.Teplota sání a teplota výfuku na vysokotlaké a nízkotlaké straně (viz Tabulka 1).

Tabulka 1 Seznam provozních teplot na vstupu a výstupu z expandéru před a po transformaci VOC

Před transformací VOC byla teplota ložiska na straně bez oběžného kola na nízkotlakém konci stabilní na přibližně 80 °C (poplachová teplota ložiska je zde 110 °C a vysoká teplota je 120 °C).Po zahájení transformace VOC dne 6. ledna 2019 teplota ložiska na straně bez oběžného kola na nízkotlakém konci expandéru pomalu stoupala a nejvyšší teplota se blížila nejvyšší hlášené teplotě 120 °C, ale parametry vibrací se během tohoto období výrazně nezměnily (viz obrázek 2).

Obr. 2 Schéma průtoku expandéru a vibrací a teploty hřídele na nehnací straně

1 – průtokové potrubí 2 – nehnací koncové potrubí 3 – vibrační potrubí nehnacího hřídele

3. Analýza příčin a způsob léčby

Po kontrole a analýze trendu kolísání teploty ložisek parní turbíny a odstranění problémů se zobrazením přístrojů na místě, kolísáním procesů, statickým přenosem opotřebení kartáčů parní turbíny, kolísáním rychlosti zařízení a kvalitou dílů, hlavní důvody kolísání teploty ložisek jsou:

3.1 Důvody nárůstu teploty ložiska na straně bez oběžného kola na nízkotlakém konci expandéru

3.1.1 Demontážní prohlídka zjistila, že vzdálenost mezi ložiskem a hřídelí a vůle v záběru zubů ozubeného kola byly normální.Kromě podezřelého laku na dosedací ploše mimo oběžné kolo na nízkotlakém konci expandéru (viz obrázek 3) nebyly u ostatních ložisek zjištěny žádné abnormality.

Obrázek 3 Fyzický obrázek nehnaného koncového ložiska a kinematické dvojice expandéru

3.1.2 Vzhledem k tomu, že mazací olej byl vyměněn méně než rok, kvalita oleje prošla testem před jízdou.Aby byly vyloučeny pochybnosti, společnost zaslala mazací olej odborné firmě k testování a analýze.Odborná firma potvrzuje, že nástavec na dosedací ploše je raný lak, MPC ( lak propensity index ) (viz obrázek 4)

Obrázek 4 Zpráva o analýze technologie monitorování oleje vydaná profesionální technologií monitorování oleje

3.1.3 Mazací olej použitý v expandéru je turbínový olej Shell Turbo č. 46 (minerální olej).Když má minerální olej vysokou teplotu, mazací olej je oxidován a oxidační produkty se shromažďují na povrchu ložiskového pouzdra a vytvářejí lak.Minerální mazací olej se skládá převážně z uhlovodíkových látek, které jsou relativně stabilní při pokojové teplotě a nízké teplotě.Pokud však některé (i velmi malé množství) molekul uhlovodíků podstoupí oxidační reakce při vysokých teplotách, projdou řetězovými reakcemi i jiné molekuly uhlovodíků, což je charakteristické pro uhlovodíkové řetězové reakce.

3.1.4 Technici zařízení provedli šetření týkající se podpěry tělesa zařízení, namáhání vstupního a výstupního potrubí chladem, detekce netěsností olejového systému a integrity teplotní sondy.A vyměnil sadu ložisek na nehnaném konci nízkotlaké strany expandéru, ale po měsíci jízdy teplota stále dosahovala 110 ℃ a pak došlo k velkým výkyvům vibrací a teploty.Bylo provedeno několik úprav s cílem přiblížit se podmínkám před modernizací, ale téměř bez jakéhokoli účinku (viz obrázek 5).

Obrázek 5 Trendový graf souvisejících ukazatelů od 13. února do 29. března

výrobce MAN Turbo je za současných pracovních podmínek expandéru při ustáleném objemu nasávaného vzduchu 120 t/h výstupní výkon 8000kw, což je za běžných pracovních podmínek relativně blízko původnímu projektovanému výstupnímu výkonu 7990kw;Při objemu vzduchu 1 30 t/h je výstupní výkon 8680kw;při objemu nasávaného vzduchu 1 46 t/h je výstupní výkon 9660kw.Protože práce vykonávaná nízkotlakou stranou tvoří dvě třetiny expandéru, může být nízkotlaká strana expandéru přetížena.Když teplota překročí 110 °C, hodnota vibrací se drasticky změní, což naznačuje, že nově vytvořený lak na povrchu hřídele a ložiskového pouzdra je během této doby poškrábaný (viz obrázek 6).

Obrázek 6 Tabulka bilance výkonu expanzní jednotky

3.2Analýza mechanismu existujících problémů

3.2.1 Jak je znázorněno na obrázku 7, je vidět, že úhel sevřený mezi mírným směrem vibrací otočného bodu dlaždicového bloku a vodorovnou souřadnicovou čarou v souřadnicovém systému je β, úhel výkyvu dlaždicového bloku je φ a nosný systém naklápěcí podložky složený z 5 dlaždic, když je dlaždice vystavena tlaku olejového filmu, protože opěrný bod podložky není absolutně tuhé těleso, poloha opěrného bodu podložky po deformaci tlakem způsobit malé posunutí podél geometrického směru předpětí v důsledku tuhosti opěrného bodu, čímž se změní vůle ložiska a tloušťka olejového filmu [1^] .

Obr.7 Souřadnicový systém jedné podložky ložiska naklápěcí podložky

3.2.2 Z obrázku 1 je vidět, že rotor je konzolová nosníková konstrukce a oběžné kolo je hlavní pracovní komponentou.Vzhledem k tomu, že strana oběžného kola je hnací stranou, když plyn expanduje, aby vykonával práci, rotující hřídel na straně oběžného kola je v ideálním stavu v ložiskovém pouzdru vlivem plynového tlumení a olejová mezera zůstává normální.V procesu záběru a přenosu točivého momentu mezi velkým a malým ozubeným kolem, s tímto jako osou, bude omezen radiální volný pohyb hřídele na straně oběžného kola za podmínek přetížení a tlak jeho mazacího filmu je vyšší než u ostatních ložiska, čímž se toto místo promaže Tuhost filmu se zvyšuje, rychlost obnovy olejového filmu se snižuje a třecí teplo se zvyšuje, což má za následek lak.

3.2.3 Lak v oleji se vyrábí hlavně ve třech formách: oxidace oleje, „mikrospalování“ oleje a místní vysokoteplotní výboj.Lak by měl vzniknout „mikrospalováním“ oleje.Mechanismus je následující: určité množství vzduchu (obecně méně než 8 %) se rozpustí v mazacím oleji.Když je překročena mez rozpustnosti, vzduch vstupující do oleje bude existovat v oleji ve formě suspendovaných bublin.Po vstupu do ložiska vysoký tlak způsobí, že tyto bubliny podstoupí rychlou adiabatickou kompresi a teplota kapaliny se rychle zvýší, což způsobí adiabatické „mikrospalování“ oleje, což má za následek extrémně malé nerozpustné látky.Tyto nerozpustné látky jsou polární a mají tendenci ulpívat na kovových površích a vytvářet laky.Čím větší tlak, tím nižší je rozpustnost nerozpustné hmoty a snáze se vysráží a usadí za vzniku laku.

3.2.4 S tvorbou laku je tloušťka olejového filmu v nesvobodném stavu zabírána lakem a zároveň se snižuje rychlost obnovy olejového filmu a postupně se zvyšuje teplota, která se zvyšuje tření mezi povrchem ložiskového pouzdra a hřídelí a usazeným lakem způsobuje Špatný odvod tepla a rostoucí teplota oleje vedou k vysoké teplotě ložiskového pouzdra.V závěru čep dře o lak, což se projevuje prudkými výkyvy vibrací hřídele.

3.2.5 Přestože hodnota MPC expandérového oleje není vysoká, pokud je v systému mazacího oleje lak, je rozpouštění a srážení částic laku v oleji omezeno kvůli omezené schopnosti mazacího oleje rozpouštět se. částice laku.Jedná se o dynamický balanční systém.Po dosažení nasyceného stavu bude lak viset na ložisku nebo ložiskové podložce, což způsobí kolísání teploty ložiskové podložky, což je hlavní skryté nebezpečí ovlivňující bezpečný provoz.Ale protože přilne k podložce ložiska, je to jeden z důvodů nárůstu teploty podložky ložiska.

4 Opatření a protiopatření

Odstraněním nahromaděného laku na ložisku lze zajistit, že ložisko jednotky běží při kontrolované teplotě.Na základě výzkumu a komunikace s mnoha výrobci zařízení na odstraňování laku jsme si vybrali Kunshan Winsonda, který má dobrý užitný efekt a pověst na trhu, k výrobě elektrostatické adsorpce WVD-II + adsorpce pryskyřice, což je zařízení pro odstraňování laku složeného z laku.membrána.

Olejové čističky řady WVD-II efektivně kombinují technologii čištění elektrostatické adsorpce a technologii iontové výměny, řeší rozpuštěný lak adsorpcí pryskyřice a řeší vysrážený lak elektrostatickou adsorpcí.Tato technologie dokáže v krátké době minimalizovat obsah kalu, v krátkém období několika dnů lze původní mazací systém obsahující velké množství kalu/laku uvést do nejlepšího provozního stavu a problém pomalého náběhu teplotu axiálního ložiska způsobenou lakem lze vyřešit.Dokáže účinně odstraňovat a zabraňovat vzniku rozpustných a nerozpustných olejových kalů vznikajících během normálního provozu parní turbíny.

Jeho hlavní principy jsou následující:

4.1 Iontoměničová pryskyřice k odstranění rozpuštěného laku

Iontoměničová pryskyřice se skládá hlavně ze dvou částí: polymerního skeletu a iontoměničové skupiny.Princip adsorpce je znázorněn na obrázku 8,

Obrázek 8 Princip adsorpce pryskyřice s iontovou interakcí

Výměnná skupina je rozdělena na pevnou část a pohyblivou část.Pevná část je navázána na polymerní matrici a nemůže se volně pohybovat a stává se pevným iontem;pohyblivá část a pevná část jsou spojeny iontovými vazbami, aby se staly vyměnitelným iontem.Fixní ionty a pohyblivé ionty mají opačný náboj.U ložiskového pouzdra se pohyblivá část rozkládá na volně se pohybující ionty, které se vyměňují s jinými degradačními produkty se stejným nábojem, takže se spojují s fixními ionty a jsou pevně adsorbovány na bázi výměny.Na skupině je odváděna olejem, rozpuštěným lakem odstraněným adsorpcí iontoměničové pryskyřice.

4.2 Technologie elektrostatické adsorpce k odstranění suspendovaného laku

Technologie elektrostatické adsorpce využívá hlavně vysokonapěťový generátor k vytvoření vysokonapěťového elektrostatického pole k polarizaci znečištěných částic v oleji tak, aby vykazovaly kladný a záporný náboj.Neutrální částice jsou stlačovány a posouvány nabitými částicemi a nakonec jsou všechny částice adsorbovány a připojeny ke kolektoru (viz obrázek 9).

Obrázek 8 Princip technologie elektrostatické adsorpce

Technologie elektrostatického čištění oleje dokáže odstranit všechny nerozpustné znečišťující látky, včetně částicových nečistot a suspendovaného laku produkovaného degradací oleje.Tradiční filtrační prvky však dokážou odstranit pouze velké částice s odpovídající přesností a je obtížné odstranit submikronové částice zarovnaný suspendovaný lak .

Tento systém dokáže zcela vyřešit vysrážený a usazený lak na ložiskové podložce a tím zcela vyřešit vliv teplotních a vibračních změn způsobených lakem, takže jednotka může pracovat stabilně po dlouhou dobu.

5 Závěr

Jednotka na odstraňování laku WSD WVD-II byla uvedena do provozu, po dvou letech pozorování provozu byla teplota ložiska vždy udržována kolem 90 °C a jednotka zůstala v normálním provozu.Byl nalezen lakový film (viz obrázek 10).

Fyzický obrázek demontáže ložiska po instalaci odstranění laku

zařízení

Reference:

[1] Liu Siyong, Xiao Zhonghui, Yan Zhiyong a Chen Zhujie.Numerická simulace a experimentální výzkum dynamických charakteristik čepových elastických a tlumicích naklápěcích ložisek [J].Chinese Journal of Mechanical Engineering, říjen 2014, 50(19):88.