大型催化裂化裝置再生器旋風(fēng)分離器更換施工技術(shù)

周旭東，梁 卓，彭振亞

中國石油天然氣第一建設(shè)公司，河南洛陽 471000

大型催化裂化裝置再生器旋風(fēng)分離器更換施工技術(shù)

周旭東，梁 卓，彭振亞

中國石油天然氣第一建設(shè)公司，河南洛陽 471000

在煉油裝置中催化裂化裝置占有重要地位，其反應(yīng)/再生系統(tǒng)中旋風(fēng)分離器的分離效果直接影響到反應(yīng)/再生系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對于性能不滿足要求的旋風(fēng)分離器要及時進(jìn)行更換。文章以中國石油大連石化公司 350 萬 t / a 催化裂化裝置檢修為例，介紹了大直徑再生器旋風(fēng)分離器的更換作業(yè)，詳細(xì)闡述了旋風(fēng)分離器高精度安裝的施工難點(diǎn)及施工工藝。施工實(shí)踐驗(yàn)證了再生器頂部大直徑開孔、旋風(fēng)分離器成組更換施工方法的可行性，有效地縮短了施工工期。

催化裂化裝置；大直徑再生器；旋風(fēng)分離器；更換；高精度安裝；施工工藝

0 引言

在煉油裝置中催化裂化裝置占有重要地位，其反應(yīng)/再生系統(tǒng)中旋風(fēng)分離器的分離效果不但直接影響到反應(yīng)/再生系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和催化劑的跑損，而且對分餾塔底油漿固體含量亦有很大影響。因此保證旋風(fēng)分離器的分離效果對企業(yè)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)具有重要意義，對于性能不滿足要求的旋風(fēng)分離器要定期進(jìn)行更換。

中國石油大連石化分公司 350 萬 t / a 催化裂化裝置，是我國迄今為止最早、最大的高低并列式催化裂化裝置，其核心設(shè)備之一再生器的規(guī)格為D15600/9 300 × 43 550×36/34（單位為 mm），焊接后采用內(nèi)燃法進(jìn)行整體熱處理。這是 2003 年該催化裂化裝置建成后運(yùn)行至今的首次大修。

更換旋風(fēng)分離器因其施工周期長、難度大，成為催化裂化裝置檢修工作的重點(diǎn)。常規(guī)的再生器旋風(fēng)分離器更換多采用側(cè)壁開孔、單體更換的施工工藝。本次旋風(fēng)分離器更換作業(yè)對實(shí)際情況進(jìn)行了充分分析，首次采用了旋風(fēng)分離器工廠化深度預(yù)制，殼體頂部開孔，腳手架分段循環(huán)拆搭的施工方法，確保了整個工程的如期完工。

1 工程施工內(nèi)容

本次旋風(fēng)分離器更換施工的主要內(nèi)容有：封頭開孔、16 組旋風(fēng)分離器（分一、二級旋風(fēng)分離器，共計 32 個）更換、料腿利舊恢復(fù)、拉桿更換、16 個翼閥更換、襯里拆除與恢復(fù)。主要更換構(gòu)件的參數(shù)見表1。

表1 主要更換構(gòu)件的參數(shù)

2 施工工藝對比分析與方案選擇

2.1 成組旋風(fēng)分離器的檢查

大連石化公司與旋風(fēng)分離器生產(chǎn)廠相距200 km左右，路況較好，車程只需 4 h，方便大型設(shè)備運(yùn)輸。生產(chǎn)廠設(shè)施齊全，所有旋風(fēng)分離器（以下簡稱分離器）均在廠內(nèi)預(yù)組裝，經(jīng)過檢查后將一、二級分離器組對焊接成型，由業(yè)主、監(jiān)理、質(zhì)檢以及施工方到廠內(nèi)驗(yàn)收，保證出廠的一、二級分離器的同心度以及其他幾何尺寸滿足安裝精度要求。

運(yùn)輸前在分離器的筒體直段和灰斗部分分別做“十”字加固，并制作運(yùn)輸胎具，以保證運(yùn)輸過程中不發(fā)生變形。

制訂每日到貨計劃，到貨后直接進(jìn)行安裝，減少二次倒運(yùn)造成的分離器變形，而且不占用現(xiàn)場施工用地。

2.2 腳手架的搭設(shè)

分離器的更換作業(yè)要求有足夠作業(yè)空間，并且保證作業(yè)安全。首先要做好腳手架搭設(shè)工作。

傳統(tǒng)的施工方法是以再生器過渡段內(nèi)側(cè)壁作為腳手架支撐點(diǎn)，搭設(shè)滿堂紅腳手架。然而在本次分離器更換施工項目中，再生器過渡段內(nèi)徑為 9.3 m、高度為 25 m，若采用再生器過渡段側(cè)壁作為支撐點(diǎn)，因腳手架跨距大、自重過大，無法搭設(shè)滿堂紅腳手架；若在大孔分布板上增加支撐點(diǎn)，在再生器中心位置搭設(shè)“井”字型支撐框架，施工量大，將影響整個施工的工期。

本次施工項目中采用下述方法搭設(shè)腳手架，既考慮到方便單體作業(yè)施工，又考慮到有利于整體施工工序的合理安排。

（1）分離器的更換，在分離器頂部采用分段循環(huán)拆搭法搭設(shè)腳手架。在分離器更換前，先在其頂部搭設(shè)滿圈腳手架，進(jìn)行再生器頂部開孔；根據(jù)分離器的拆裝循環(huán)拆搭其頂部腳手架；所有分離器更換后，最終通過其頂部滿圈腳手架回裝開孔板，進(jìn)行襯里修補(bǔ)后拆除腳手架。此方法在保證分離器更換施工的同時減少了大量的腳手架作業(yè)。

（2）分離器料腿切割分離與拉桿更換。料腿及拉緊裝置整體采用 16 組 10 t 倒鏈固定在再生器壁上，借助拉桿與料腿形成的環(huán)形整體結(jié)構(gòu)，搭設(shè)環(huán)形懸空作業(yè)平臺，待料腿與分離器切割分離后整體懸空于再生器內(nèi)，保證上部和下部施工的作業(yè)空間，分離器更換后，料腿與拉桿局部交替安裝（見圖1）。

圖1 料腿與拉桿局部交替安裝示意

2.3 再生器頂封頭的大直徑開孔

采用 ANSYS 軟件對再生器頂封頭的大直徑開孔進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明在大直徑開孔區(qū)，高軸向壓應(yīng)力的分布范圍較大，對穩(wěn)定性和安全性有較大的影響。因此采取在開孔區(qū)域加環(huán)向和徑向加強(qiáng)筋的辦法進(jìn)行局部加強(qiáng)，可顯著改善該區(qū)域的應(yīng)力分布狀況（見圖2）。

圖2 再生器頂封頭開孔區(qū)的加固

再生器頂封頭開孔直徑為 8 m，在距孔邊緣 100 mm處，焊接一個用 [ 20 槽鋼形成的圓環(huán)，進(jìn)行環(huán)向加固；再在此圓環(huán)兩側(cè)每間隔 1 m交錯焊接徑向加固立筋。這樣做提高了開孔剛度，還可減少以后修復(fù)開孔時的焊接變形。

2.4 再生器內(nèi) 16 組分離器更換

每組分離器由一級、二級分離器各一個組焊而成。對16 組分離器的更換曾考慮了三種施工方案：

方案一：再生器內(nèi)部設(shè)卷揚(yáng)機(jī)，所有分離器單體分解成灰斗和分離器兩部分，從裝卸孔進(jìn)出進(jìn)行更換施工。優(yōu)點(diǎn)：無需大型吊車配合，壓力容器殼體不破壞。缺點(diǎn)：分離器單體在再生器內(nèi)部倒運(yùn)繁瑣、工期長，腳手架拆搭量大；分離器單體在再生器內(nèi)部組對、焊接量大。

方案二：再生器側(cè)壁開孔，供分離器單體更換施工用，單體更換后再在再生器內(nèi)部進(jìn)行兩級分離器組對焊接。優(yōu)點(diǎn)：在再生器內(nèi)部施工倒運(yùn)距離適中、分離器成對焊接，焊接量適中。缺點(diǎn)：內(nèi)部施工倒運(yùn)繁瑣、工期長，腳手架施工拆搭量大。

方案三：再生器封頭殼體大直徑開孔，加大分離器到貨預(yù)制深度，使分離器成對更換。優(yōu)點(diǎn)：垂直吊裝使分離器在再生器內(nèi)部倒運(yùn)距離短，分離器成對安裝焊接量小。缺點(diǎn)：大直徑開孔風(fēng)險大，分離器成對組對精度要求高。

針對分離器更換施工量大、工期緊的特點(diǎn)，決定采用方案三。相比較而言該方案最經(jīng)濟(jì)、最節(jié)省時間，也是最有效的施工方案；而對其存在的風(fēng)險也必須采取有效措施加以防范。

3 施工工藝流程

3.1 施工前襯里清除

在施工前為保證施工質(zhì)量和滿足施工需要，需將再生器內(nèi)部封頭及筒體內(nèi)的部分襯里拆除，待內(nèi)部施工結(jié)束后對襯里進(jìn)行恢復(fù)。襯里清除量見表2。

表2 襯里清除量

3.2 “天窗”的開孔及吊裝

對再生器原有焊縫進(jìn)行測量，再生器封頭的開孔與恢復(fù)必須滿足 GB 150-2011 規(guī)定；同時應(yīng)滿足吊裝要求，最終確定再生器開孔的直徑。

本次施工確定再生器頂封頭開孔直徑為 8 m，切割下來的封頭板稱為“天窗”（見圖3），其內(nèi)部切割焊道處襯里清除完成后，在頂部焊接 4 個 10 t 級吊耳以及一個翻轉(zhuǎn)吊耳?！疤齑啊辟|(zhì)量為 24 t，采用 400 t 履帶吊和 150 t履帶吊配合把它翻轉(zhuǎn)后放到地面上，將襯里接口處做成燕尾槽型。

圖3 再生器頂封頭排版圖

再生器內(nèi)構(gòu)件更換完畢后，再將“天窗”進(jìn)行恢復(fù)焊接，根據(jù)焊接工藝要求進(jìn)行焊前預(yù)熱、焊后熱處理。

3.3 旋風(fēng)分離器更換

依托再生器內(nèi)的分離器搭設(shè)環(huán)形施工作業(yè)平臺，懸挑至距離再生器中心軸 4 m 處。 將 16 組分離器立筋開設(shè) 8個吊耳孔（編號：1 ～ 8，見圖4），封頭頂對應(yīng)垂直設(shè)置4 個吊耳，懸掛 4 個 10 t 倒鏈（編號：③、④、⑦、⑧）鎖死。同時在分離器與料腿結(jié)合部依托拉緊裝置搭設(shè)環(huán)形作業(yè)平臺。分離器料腿及拉緊裝置用 16 個10 t 倒鏈鎖死后，對料腿和拉緊裝置進(jìn)行氣刨分離，分離后將料腿及拉緊裝置整體下降 800 mm，懸空于再生器中部。

圖4 旋風(fēng)分離器吊裝孔位置

準(zhǔn)備工作完畢后，將第一組分離器的一級分離器與吊座分離；二級分離器與集氣室分離，用倒鏈將第一組分離器降 500 mm。400 t 吊車小鉤勾住二級分離器外側(cè)吊耳孔（編號：1、2）起吊，吊裝平穩(wěn)后將倒鏈（對應(yīng)編號：③、④）松開奪吊至一級分離器外側(cè)吊耳孔（編號：5、6）；平穩(wěn)吊裝后將一級分離器內(nèi)側(cè)倒鏈（對應(yīng)編號：⑦、⑧）緩緩松開；此時二級分離器已奪吊出洞口，400 t 吊車大鉤將一、二級分離連接風(fēng)箱鎖?。ㄒ妶D5），平穩(wěn)吊裝后將 400 t 吊車小鉤吊耳孔（編號：1、2）松開，小鉤收起；再次平穩(wěn)吊裝后將倒鏈（對應(yīng)編號：③、④）松開。400 t吊車大鉤垂直吊裝分離器風(fēng)箱，旋轉(zhuǎn)扒桿至開孔中心，將成組分離器通過封頭開孔吊裝至地面。

圖5 更換分離器

按照上述步驟依次拆除 4 組舊分離器后，留出足夠的安裝空間，安裝第一組新分離器。通過上述拆除分離器步驟的逆操作，將新分離器倒運(yùn)至安裝位置，立即在其上搭設(shè)施工作業(yè)平臺，調(diào)整分離器安裝角度和高度，達(dá)到安裝標(biāo)高后，將平臺連接成整體。調(diào)整一級分離器的吊桿高度的同時對二級分離器與升氣管進(jìn)行組對，分別測量一、二級分離器至再生器中心（掛有線墜）間的距離，當(dāng)達(dá)到圖紙要求尺寸后再次對分離器的垂直度進(jìn)行校驗(yàn)，確認(rèn)合格后即采用 [14 槽鋼制作支架，與調(diào)整好的分離器構(gòu)成三角形支撐，將分離器固定于再生器器壁上。

將再生器的一級分離器調(diào)整吊桿與吊座固定，擰緊吊桿下端 M 110×4 螺母，吊桿上端螺母擰緊后再松回半扣，用第二個螺母鎖緊。

待一、二級分離器都固定好后再進(jìn)行二級分離器的焊接作業(yè)，采取雙人對稱焊。首先對焊縫進(jìn)行多段固定焊，然后再采用交錯斷續(xù)焊（每段焊縫不小于 50 mm，焊縫間距不大于 50mm），最后才可進(jìn)行封閉打底焊接。

待第一組分離器固定好后，按照上述施工方法循環(huán)拆、搭作業(yè)平臺，拆一組舊分離器后安裝一組新分離器，交替更換新舊分離器，直至完成 4 組新分離器的安裝。

3.4 料腿和拉桿的安裝

本再生器的分離器料腿均為不規(guī)則形狀，無法按傳統(tǒng)的方法進(jìn)行安裝施工。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)所有分離器料腿下端形成的一個圓周，與分離器所形成的圓周及再生器殼體圓周理論上為同心。所以，料腿安裝時應(yīng)調(diào)整好料腿的垂直度，以料腿上垂直段截面中心為軸心對料腿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并同時測量料腿下端至再生器中心的距離，當(dāng)達(dá)到圖紙要求的距離值后立即把料腿限位固定至再生器器壁上并進(jìn)行焊接。當(dāng)所有料腿均按上述方法安裝并安裝完所有拉桿后，才可拆除分離器料腿的臨時加固。

料腿和拉桿安裝中的注意事項：

（1）安裝料腿的每層拉桿時，拉桿中心軸應(yīng)在同一水平面上，注意調(diào)整好拉桿的水平度，偏差不得大于2 mm/m。

（2）拉桿應(yīng)與相應(yīng)的連接板焊牢，焊接時不得強(qiáng)力組裝，保證設(shè)計規(guī)定的位置及相互間距離。

（3）料腿下段安裝時，必須檢查底口標(biāo)高，以保證防倒錐和翼閥的順利安裝。

3.5 旋風(fēng)分離器翼閥的安裝

分離器安裝前應(yīng)由制造廠家做翼閥冷態(tài)試驗(yàn)，提供安裝角度。翼閥現(xiàn)場安裝時允許角度偏差為 0°～ + 0.5°，用旋轉(zhuǎn)角度尺測量。

翼閥與分離器的安裝焊接必須采用防變形措施，即焊前沿圓周設(shè)置 4 塊加固板，采用小電流焊接工藝，且每焊完一層要詳細(xì)測量變形情況，通過改變焊接順序來糾正或防止變形，確保翼閥角度。

4 結(jié)束語

通過大連石化公司 350 萬 t/a 催化裂化裝置再生器的旋風(fēng)分離器更換施工實(shí)踐，驗(yàn)證了再生器頂部大直徑開孔、旋風(fēng)分離器成組更換施工方案的可行性，有效地縮短了施工工期。

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的催化裂化裝置不斷增多，此次旋風(fēng)分離器更換施工的經(jīng)驗(yàn)可為以后類似工程提供借鑒。

[1 ]JB 4732-1995，鋼制壓力容器——分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) [S].

[2]GB 150-2011，壓力容器 [S].

[3]侯祥麟.中國煉油技術(shù) [M].北京：中國石化出版社，2001.

[4]李明惠.大直徑薄壁大開孔塔有限元分析 [J].壓力容器，2004,22（2）:14-17.

[5]張繼選，段睿鳳，張勇.反應(yīng)再生器內(nèi)旋風(fēng)分離器的安裝創(chuàng)新法 [J].石油工程建設(shè)，2004,（1）：57-58

Construction Technique of Cyclone Separator Replacement of Actifier Column in Large Catalytic Cracking Unit

Zhou Xudong,Liang Zhuo,Peng Zhenya
China Petroleum First Construction Corporation，Luoyang 471000,China

Catalytic cracking unit pays an important role in refining industry，the separation effect of cyclone separator in actifier of catalytic cracking unit affects directly the normal operation of catalytic cracking unit.Taking the 3.5 Mt/a catalytic cracking unit in China Petroleum Dalian Petrochemical Co.as an example,this paper mainly introduces the replacement of large diameter cyclone separators in catalytic cracking unit,and describes in detail the construction difficulties and procedures of cyclone separators installation with high precision.The practice proves that the method of replacement construction with opening a large diameter hole on actifier top and grouping replacement of cyclone separators is feasible and can effectively shorten construction period.

catalytic cracking unit;large diameter regenerator;cyclone separator;replacement;high precision installation;construction technology

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.01.009

周旭東（1972-），男，河南南陽人，工程師，1996年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院工業(yè)信工系自動化儀表專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油工程建設(shè)項目管理工作。

2013-06-13