Framgångsrik tillämpning av filtreringsteknik för borttagning av lack i stora petrokemiska enheter

Equipment Management Department, Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co., Ltd. 211900

Abstrakt: Denna artikel analyserar de onormala orsakerna till stora turboexpanderenheter, lägger fram en rad åtgärder för att lösa problemen och förstår riskpunkterna och förebyggande åtgärder vid drift.Genom tillämpningen av lackborttagningsteknik elimineras potentiella dolda faror och enhetens inneboende säkerhet säkerställs.

1. översikt

Luftkompressorenheten i Yizheng Chemical Fiber Co., Ltd.s 60 t/a PTA-anläggning är utrustad med utrustning från Tyskland MAN Turbo.Enheten är en tre-i-ett-enhet, där luftkompressorenheten är en fleraxlad femstegsturbinenhet, den kondenserande ångturbinen används som huvuddrivmaskin för luftkompressorenheten och turboexpandern är används som luftkompressorenhet.Hjälpdriven maskin.Turboexpandern antar hög och låg tvåstegsexpansion, var och en har en sugport och en avgasport, och impellern antar en trevägsimpeller (se figur 1)

Figur 1 Sektionsvy av expansionsenheten (vänster: högtryckssida; höger: lågtryckssida)

De viktigaste prestandaparametrarna för turboexpandern är följande:

Högtryckssidans hastighet är 16583 r/min, och lågtryckssidans hastighet är 9045 r/min;expanderns nominella totala effekt är 7990 KW, och flödeshastigheten är 12700-150450 kg/h;inloppstrycket är 1,3Mpa, och avgastrycket är 0,003Mpa.Insugningstemperaturen på högtryckssidan är 175°C, och avgastemperaturen är 80°C;insugningstemperaturen på lågtryckssidan är 175°C och avgastemperaturen är 45°C;en uppsättning tippdynor används i båda ändarna av högtrycks- och lågtryckssidoväxelaxlarna. Lager, vardera med 5 kuddar, oljeinloppsrörledningen kan komma in i olja på två sätt, och varje lager har ett oljeinloppshål, genom 3 grupper om 15 oljeinsprutningsmunstycken, diametern på oljeinloppsmunstycket är 1,8 mm, det finns 9 oljereturhål för lagret, och under normala omständigheter används 5 portar och 4 block.Denna tre-i-ett-enhet använder den påtvingade smörjmetoden för centraliserad oljeförsörjning från smörjoljestationen.

2. Problem med besättningen

Under 2018, för att uppfylla kraven på VOC-utsläpp, lades en ny VOC-enhet till enheten för att behandla avgasen från oxidationsreaktorn, och den behandlade avgasen sprutades fortfarande in i expandern.Eftersom bromidsaltet i den ursprungliga avgasen oxideras vid hög temperatur, finns det bromidjoner.För att förhindra att bromidjonerna kondenserar och separeras när avgasen expanderar och arbetar i expandern, kommer det att orsaka gropkorrosion på expandern och efterföljande utrustning.Därför är det nödvändigt att öka expansionsenheten.Insugstemperatur och avgastemperatur på högtryckssidan och lågtryckssidan (se tabell 1).

Tabell 1 Lista över driftstemperaturer vid expanderns inlopp och utlopp före och efter VOC-omvandling

Innan VOC-transformationen har temperaturen på det icke-impellerande sidolagret vid lågtrycksänden varit stabil på cirka 80°C (larmtemperaturen för lagret här är 110°C och den höga temperaturen är 120°C).Efter att VOC-omvandlingen startades den 6 januari 2019 steg temperaturen på det icke-impellersidolagret vid lågtrycksänden av expandern långsamt, och den högsta temperaturen var nära den högsta rapporterade temperaturen på 120°C, men vibrationsparametrarna förändrades inte nämnvärt under denna period (se figur 2).

Fig. 2 Diagram över expanderns flödeshastighet och vibration och temperatur på den icke-drivna sidoaxeln

1 – flödesledning 2 – icke-driven ändledning 3 – icke-driven axel vibrationsledning

3. Orsaksanalys och behandlingsmetod

Efter att ha kontrollerat och analyserat temperaturfluktuationstrenden för ångturbinlager och eliminerat problemen med instrumentdisplay på plats, processfluktuationer, statisk överföring av ångturbinborstslitage, utrustningshastighetsfluktuationer och delars kvalitet, är de främsta orsakerna till lagertemperaturfluktuationer är:

3.1 Orsaker till temperaturhöjningen av lager utan pumphjulssida vid lågtrycksänden av expandern

3.1.1 Demonteringsinspektionen visade att avståndet mellan lagret och axeln och ingreppsspelet mellan kugghjulen var normalt.Förutom den misstänkta lacken på lagerytan utan pumphjulssidan vid lågtrycksänden av expandern (se figur 3), hittades inga avvikelser i andra lager.

Figur 3 Fysisk bild av det icke-drivna ändlagret och det kinematiska paret av expandern

3.1.2 Eftersom smörjoljan har bytts ut under mindre än ett år har kvaliteten på oljan klarat testet innan körning.För att undanröja tvivel skickade företaget smörjoljan till ett professionellt företag för testning och analys.Det professionella företaget bekräftar att fästet på lagerytan är en tidig lack, MPC (lack propensity index) (se figur 4)

Figur 4 Analysrapport för oljeövervakningsteknik utfärdad av professionell oljeövervakningsteknik

3.1.3 Smörjoljan som används i expandern är Shell Turbo No. 46 turbinolja (mineralolja).När mineraloljan har en hög temperatur oxideras smörjoljan och oxidationsprodukterna samlas på lagerbussningens yta för att bilda en lack.Mineralsmörjolja består huvudsakligen av kolväteämnen, som är relativt stabila vid rumstemperatur och låg temperatur.Men om några (även ett mycket litet antal) kolvätemolekyler genomgår oxidationsreaktioner vid höga temperaturer, kommer andra kolvätemolekyler också att genomgå kedjereaktioner, vilket är ett kännetecken för kolvätekedjereaktioner.

3.1.4 Utrustningsteknikerna genomförde undersökningar kring stödet av utrustningskroppen, kallspänningen i inlopps- och utloppsrörledningarna, läckagedetektering av oljesystemet och temperatursondens integritet.Och bytte ut en uppsättning lager i den icke-drivna änden av lågtryckssidan av expandern, men efter att ha kört i en månad nådde temperaturen fortfarande 110 ℃, och sedan var det stora svängningar i vibrationer och temperatur.Flera justeringar gjordes för att komma nära förhållanden före eftermontering, men nästan utan effekt (se figur 5).

Figur 5 Trenddiagram över relaterade indikatorer från 13 februari till 29 mars

MAN Turbo-tillverkaren, under nuvarande arbetsförhållanden för expandern, om insugningsluftvolymen är stabil vid 120 t/h, är uteffekten 8000kw, vilket är relativt nära den ursprungliga designuteffekten på 7990kw under normala arbetsförhållanden;När luftvolymen är 1 30 t/h är uteffekten 8680kw;om insugningsluftens volym är 1 46 t/h är uteffekten 9660kw.Eftersom det arbete som utförs av lågtryckssidan står för två tredjedelar av expandern, kan lågtryckssidan på expandern överbelastas.När temperaturen överstiger 110 °C ändras vibrationsvärdet drastiskt, vilket indikerar att den nybildade lacken på ytan av axeln och lagerbussningen är repad under denna period (se figur 6).

Figur 6 Effektbalanstabell för expansionsenheten

3.2Mekanismanalys av befintliga problem

3.2.1 Som visas i figur 7 kan det ses att den inkluderade vinkeln mellan den lätta vibrationsriktningen för tegelblockets stödpunkt och den horisontella koordinatlinjen i koordinatsystemet är β, svängvinkeln för kakelblocket är φ , och kullagersystemet består av 5 plattor, när plattan När plattan utsätts för oljefilmtryck, eftersom underlagets stödpunkt inte är en absolut styv kropp, kommer positionen för underlagets stödpunkt efter kompressionsdeformation producera en liten förskjutning längs den geometriska förspänningsriktningen på grund av styvheten hos stödjepunkten, och därigenom ändra lagerspelet och oljefilmtjockleken [1^] .

Fig. 7 Koordinatsystem för enkelplatta av tipplager

3.2.2 Det framgår av figur 1 att rotorn är en fribärande balkstruktur och pumphjulet är den huvudsakliga arbetskomponenten.Eftersom pumphjulssidan är drivsidan, när gasen expanderar för att utföra arbete, är den roterande axeln på pumphjulssidan i ett idealiskt tillstånd i lagerbussningen på grund av effekten av gasdämpning, och oljegapet förblir normalt.Vid ingrepp och överföring av vridmoment mellan de stora och små kugghjulen, med detta som stödpunkt, kommer den radiella fria rörelsen för sidoaxeln utan pumphjul att begränsas under överbelastningsförhållanden, och dess smörjfilmstryck är högre än för andra lager, vilket gör denna plats smord. Filmens styvhet ökar, oljefilmens förnyelsehastighet minskar och friktionsvärmen ökar, vilket resulterar i en lack.

3.2.3 Lacken i oljan produceras huvudsakligen i tre former: oljeoxidation, olje-”mikroförbränning” och lokalt högtemperaturutsläpp.Lacken ska orsakas av oljans "mikroförbränning".Mekanismen är följande: en viss mängd luft (i allmänhet mindre än 8%) kommer att lösas upp i smörjoljan.När löslighetsgränsen överskrids kommer luften som kommer in i oljan att finnas i oljan i form av suspenderade bubblor.Efter att ha kommit in i lagret gör det höga trycket att dessa bubblor genomgår snabb adiabatisk kompression, och vätsketemperaturen stiger snabbt för att orsaka adiabatisk "mikroförbränning" av oljan, vilket resulterar i extremt små olösliga ämnen.Dessa olösliga ämnen är polära och tenderar att fästa på metallytor för att bilda lacker.Ju högre tryck, desto lägre är lösligheten av det olösliga materialet, och desto lättare är det att fälla ut och sedimentera för att bilda en lack.

3.2.4 Med bildandet av lacken upptas tjockleken på oljefilmen i det icke-fria tillståndet av lacken, och samtidigt minskar oljefilmens förnyelsehastighet och temperaturen stiger gradvis, vilket ökar friktionen mellan lagerbussningens yta och axeln och den avsatta lacken orsakar Dålig värmeavledning och stigande oljetemperatur leder till hög lagerbussningstemperatur .Till slut skaver tappen mot lacken, vilket visar sig i våldsamma svängningar i axelvibrationen.

3.2.5 Även om MPC-värdet för expanderoljan inte är högt, när det finns en lack i smörjoljesystemet, är upplösningen och utfällningen av lackpartiklarna i oljan begränsad på grund av smörjoljans begränsade förmåga att lösas upp lackpartiklarna.Det är ett dynamiskt balanssystem.När den når ett mättat tillstånd kommer lacken att hänga på lagret eller lagerplattan, vilket orsakar temperaturfluktuationer på lagerplattan, vilket är en stor dold fara som påverkar säker drift.Men eftersom det fäster på lagerplattan är det en av anledningarna till temperaturhöjningen på lagerplattan.

4 Åtgärder och motåtgärder

Att ta bort ansamlingen av lack på lagret kan säkerställa att enhetens lager går vid en kontrollerad temperatur.Genom forskning och kommunikation med många tillverkare av lackborttagningsutrustning valde vi Kunshan Winsonda, som har god användningseffekt och marknadsrykte, för att producera WVD-II elektrostatisk adsorption + hartsadsorption, som är en sammansatt lackborttagningsutrustning för att ta bort färg.membran.

WVD-II-seriens oljerenare kombinerar effektivt elektrostatisk adsorptionsreningsteknik och jonbytesteknik, löser den upplösta lacken genom hartsadsorption och löser den utfällda lacken genom elektrostatisk adsorption.Denna teknik kan minimera innehållet av slam på kort tid. På en kort period av flera dagar kan det ursprungliga smörjsystemet som innehåller en stor mängd slam/lack återställas till det bästa drifttillståndet, och problemet med den långsamma ökningen av temperatur på axiallagret som orsakas av lacken kan lösas.Det kan effektivt avlägsna och förhindra det lösliga och olösliga oljeslammet som genereras under normal drift av ångturbinen.

Dess huvudprinciper är följande:

4.1 Jonbytarharts för att avlägsna upplöst lack

Jonbytarharts består huvudsakligen av två delar: polymerskelett och jonbytargrupp.Adsorptionsprincipen visas i figur 8,

Figur 8 Principen för adsorption av harts med joninteraktion

Bytesgruppen är uppdelad i en fast del och en rörlig del.Den fixerade delen är bunden på polymermatrisen och kan inte röra sig fritt och blir en fixerad jon;den rörliga delen och den fasta delen kombineras av jonbindningar för att bli en utbytbar jon.De fasta jonerna och de rörliga jonerna har motsatta laddningar.Vid lagerbussningen sönderdelas den rörliga delen till fritt rörliga joner, som byter med andra nedbrytningsprodukter med samma laddning, så att de kombineras med de fasta jonerna och adsorberas ordentligt på utbytesbasen.På gruppen tas det bort av oljan, upplöst lack som avlägsnas genom adsorption av jonbytarharts.

4.2 Elektrostatisk adsorptionsteknik för att ta bort suspenderad lack

Elektrostatisk adsorptionsteknik använder huvudsakligen en högspänningsgenerator för att generera ett elektrostatiskt högspänningsfält för att polarisera de förorenade partiklarna i oljan för att visa positiva respektive negativa laddningar.De neutrala partiklarna kläms ihop och flyttas av de laddade partiklarna, och slutligen adsorberas alla partiklar och fästs vid uppsamlaren (se figur 9).

Figur 8 Principen för elektrostatisk adsorptionsteknik

Elektrostatisk oljereningsteknik kan ta bort alla olösliga föroreningar, inklusive partikelformiga föroreningar och suspenderad lack som produceras av oljenedbrytning.Men traditionella filterelement kan bara ta bort stora partiklar med motsvarande precision, och det är svårt att ta bort submikron nivå upphängd lack .

Detta system kan helt lösa lacken som utfällts och avsatts på lagerplattan, och därigenom helt lösa påverkan av lagerplattans temperatur och vibrationsförändringar orsakade av lacken, så att enheten kan köras stabilt under en lång tidsperiod.

5. Sammanfattning

WSD WVD-II lackborttagningsenhet togs i bruk, genom två års driftobservation, har lagertemperaturen alltid hållits runt 90°C, och enheten har förblivit i normal drift.En lackfilm hittades (se figur 10).

Den fysiska bilden av lagerdemontering efter installation av lackborttagning

Utrustning

referenser:

[1] Liu Siyong, Xiao Zhonghui, Yan Zhiyong och Chen Zhujie.Numerisk simulering och experimentell forskning om de dynamiska egenskaperna hos svängelastiska och dämpande tipplager [J].Chinese Journal of Mechanical Engineering, oktober 2014, 50(19):88.