催化裂化裝置能量回收機(jī)組配套選型分析

董 飚 陳建榮

（中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油部，200540）

催化裂化裝置能量回收機(jī)組配套選型分析

董 飚 陳建榮

（中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油部，200540）

催化裂化裝置再生系統(tǒng)主風(fēng)線路的壓降不同，對(duì)主風(fēng)機(jī)出口壓力的要求也不同。確定了幾種主風(fēng)機(jī)組配套方案，通過(guò)計(jì)算各種配套方案的功率消耗，分析其對(duì)節(jié)能的影響，同時(shí)考慮了投資、占地、管道布置、操作是否方便等因素，最終選擇了能量回收主風(fēng)機(jī)組與離心主風(fēng)機(jī)組匹配的方案。并對(duì)該方案中離心主風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、并機(jī)、調(diào)節(jié)等進(jìn)行了闡述。

能量回收機(jī)組 軸流主風(fēng)機(jī)組 離心主風(fēng)機(jī) 配套選型 節(jié)能

催化裂化裝置是煉油廠將重油催化裂化為輕質(zhì)油氣的重要裝置，同時(shí)也是煉油廠的耗能大戶，其能耗約占煉油廠總能耗的40%［1］。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱上海石化）煉油部2＃催化裂化裝置處理量為3.5 Mt／a，其催化劑再生系統(tǒng)采用重疊式兩段不完全再生方案，兩個(gè)再生器重疊布置，即一段再生器位于二段再生器之上。一段再生器貧氧操作，由于氫的燃燒速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳的燃燒速度，因此催化劑在一段再生器生器較為緩和的操作條件下，燒掉全部的氫和部分碳，可以有效降低催化劑的水熱失活；二段再生器富氧操作，操作條件較一段再生器苛刻，由于氫在一段再生器內(nèi)基本燃燒完全，二段再生器可以在更高溫度下將催化劑上剩余的碳完全燃燒，進(jìn)行催化劑再生。含有過(guò)剩氧的二段再生器煙氣通過(guò)分布板進(jìn)入一段再生器，與進(jìn)入一段再生器的主風(fēng)一起對(duì)高含碳量的待生催化劑進(jìn)行燒焦，這樣在燒焦比較完全、再生效果比較好的情況下，燒焦烈度有所緩和，對(duì)催化劑的破壞最輕，有利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。因此空氣中氧的利用最為合理，同時(shí)降低了燒焦主風(fēng)用量和主風(fēng)機(jī)耗功［2］。

主風(fēng)機(jī)向一、二段再生器提供主風(fēng)，分別經(jīng)一段再生器至一段再生器頂線和經(jīng)二段再生器、一段再生器至一段再生器頂，線路總壓降是不同的，它們對(duì)主風(fēng)機(jī)出口壓力的要求也就不同，這就存在一個(gè)主風(fēng)機(jī)如何選型配套的問(wèn)題。同時(shí)，主風(fēng)機(jī)是催化裂化裝置的耗能大戶，煙機(jī)是節(jié)能大戶，機(jī)組運(yùn)行是否平穩(wěn)可靠對(duì)裝置的安穩(wěn)生產(chǎn)是至關(guān)重要的。

1 主風(fēng)機(jī)組配套選型方案

主風(fēng)經(jīng)二段再生器、一段再生器至一段再生器頂線路總壓降共計(jì)80 kPa（文章中所述的壓力均為絕對(duì)壓力），而經(jīng)一段再生器至一段再生器頂線路總壓降50 kPa，兩路主風(fēng)線路的壓降相差30 kPa。按照不同的主風(fēng)線路壓降配置主風(fēng)機(jī)出口壓力可以降低裝置能耗。額定工況下一段再生器、二段再生器操作參數(shù)如表1所示。

表1 主風(fēng)分布

基于兩條主風(fēng)線路壓降的不同，根據(jù)傳統(tǒng)“三機(jī)組”的能量回收機(jī)組配套形式，選擇是由一臺(tái)還是兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)給兩條線路供風(fēng)，是采用降壓還是升壓的形式，擬定了以下幾種主風(fēng)機(jī)組配套方案。

1.1 方案1（1套能量回收主風(fēng)機(jī)組）

能量回收主風(fēng)機(jī)組采用煙機(jī)＋主風(fēng)機(jī)＋電動(dòng)／發(fā)電機(jī)的3機(jī)組配置，布置方式見(jiàn)圖1。煙機(jī)采用單級(jí)煙機(jī)，主風(fēng)機(jī)采用軸流壓縮機(jī)，按照出口壓力0.47 MPa、主風(fēng)量5 936 m3／min設(shè)計(jì)，一臺(tái)高壓力的主風(fēng)機(jī)同時(shí)為一段再生器、二段再生器提供主風(fēng)。

圖1 能量回收三機(jī)組布置

1.2 方案2（1套能量回收主風(fēng)機(jī)組）

采用兩套能量回收主風(fēng)機(jī)組并聯(lián)操作的配置方式，都采用煙機(jī)＋主風(fēng)機(jī)＋電動(dòng)／發(fā)電機(jī)的3機(jī)組配置，布置方式與方案1相同。煙機(jī)采用單級(jí)煙機(jī)，兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)都采用軸流壓縮機(jī)，一臺(tái)按照出口壓力0.44 MPa、主風(fēng)量3 896 m3／min設(shè)計(jì)，另一臺(tái)按照出口壓力0.47 MPa、主風(fēng)量2 040m3／min設(shè)計(jì)。低壓主風(fēng)機(jī)為一段再生器提供主風(fēng)，高壓主風(fēng)機(jī)為二段再生器提供主風(fēng)。正常操作時(shí)，兩套主風(fēng)機(jī)組并聯(lián)操作。

1.3 方案3（主風(fēng)－增壓4機(jī)組配置）

采用煙機(jī)＋主風(fēng)機(jī)＋增壓機(jī)＋電動(dòng)／發(fā)電機(jī)的4機(jī)組配置，煙機(jī)采用單級(jí)煙機(jī)；主風(fēng)機(jī)采用軸流壓縮機(jī)，按照出口壓力為0.44 MPa、主風(fēng)量為5 936 m3／min設(shè)計(jì)；增壓機(jī)采用離心式，按照入口壓力0.44 MPa、出口壓力0.47 MPa、主風(fēng)量為2 040 m3／min設(shè)計(jì)。一段再生器主風(fēng)由主風(fēng)機(jī)直接提供，從主風(fēng)機(jī)出口分出二段再生器用風(fēng)量進(jìn)入增壓機(jī)，將風(fēng)壓增加至0.47 MPa作為二段再生器用風(fēng)。該方案關(guān)于增壓機(jī)的安裝位置有兩種布置方式：一是增壓機(jī)布置在主風(fēng)機(jī)和變速箱之間，布置方式見(jiàn)圖2所示；二是增壓機(jī)布置在電動(dòng)／發(fā)動(dòng)機(jī)后面，布置方式見(jiàn)圖3所示。

圖2 增壓四機(jī)組配置方案布置1

圖3 增壓4機(jī)組配置方案布置2

1.4 方案4（1套能量回收主風(fēng)機(jī)組＋1套離心主風(fēng)機(jī)組）

該方案是從方案3演變來(lái)的，主風(fēng)－增壓4機(jī)組的增壓機(jī)單獨(dú)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，成為離心主風(fēng)機(jī)組。能量回收主風(fēng)機(jī)組采用煙機(jī)＋主風(fēng)機(jī)＋電動(dòng)／發(fā)電機(jī)的三機(jī)組配置，布置方式見(jiàn)圖1所示，煙機(jī)采用單級(jí)煙機(jī)，主風(fēng)機(jī)采用軸流壓縮機(jī)，按照出口壓力0.44 MPa、主風(fēng)量5 936 m3／min設(shè)計(jì)。離心主風(fēng)機(jī)組采用離心主風(fēng)機(jī)＋電機(jī)的二機(jī)組配置，按照入口壓力0.44 MPa、出口壓力0.47 MPa、主風(fēng)量2 040m3／min設(shè)計(jì)，布置方式見(jiàn)圖4所示。一段再生器、二段再生器供風(fēng)方式與方案3相同。

圖4 離心主風(fēng)機(jī)組布置

2 主風(fēng)機(jī)組配套方案分析

下面就主風(fēng)機(jī)的不同選型配套方案對(duì)節(jié)能的影響進(jìn)行分析，同時(shí)考慮投資、占地、操作等的影響，比較各種方案的優(yōu)劣。

通過(guò)計(jì)算，方案1、2、4（方案3、4主風(fēng)耗功相同）軸流主風(fēng)機(jī)和離心主風(fēng)機(jī)的耗功，具體結(jié)果見(jiàn)表2所示。

方案1只有一套能量回收主風(fēng)機(jī)組，優(yōu)點(diǎn)是投資省，占地少，工藝配管相對(duì)簡(jiǎn)單，操作相對(duì)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是一段再生器主風(fēng)有一定的節(jié)流損失。

方案2有兩套能量回收主風(fēng)機(jī)組，優(yōu)點(diǎn)是不存在節(jié)流損失，主風(fēng)耗功最少，節(jié)能效果最好；缺點(diǎn)是投資大，占地多，煙氣、主風(fēng)管道布置非常復(fù)雜，操作相對(duì)麻煩，特別是開(kāi)工階段或某臺(tái)回收機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，與備用主風(fēng)機(jī)組之間的切換會(huì)相當(dāng)復(fù)雜。

方案3為主風(fēng)－增壓4機(jī)組配置，優(yōu)點(diǎn)是比較節(jié)能，投資不大，占地不多；缺點(diǎn)是操作比較麻煩。該方案布置方式1存在的問(wèn)題是增壓機(jī)本身耗功不大，但轉(zhuǎn)子要傳遞很大的功率，主軸比較粗；布置方式2存在的問(wèn)題是整個(gè)機(jī)組功率比較大，而增壓機(jī)功率偏小，明顯不匹配。

表2 機(jī)組配套方案功率計(jì)算

方案4為1套能量回收主風(fēng)機(jī)組＋1套離心主風(fēng)機(jī)組，優(yōu)點(diǎn)是比較節(jié)能，投資不大；缺點(diǎn)是要為離心主風(fēng)機(jī)組提供合適的地方，占地偏大，操作稍麻煩。

綜合考慮各因素，方案4的配套方式其節(jié)能效果優(yōu)于方案1，略次于方案2；投資、占地、管道布置、操作等方面則優(yōu)于方案2，略次于方案1。最后選擇方案4為該裝置最終的主風(fēng)機(jī)組選型配套方案。

3 離心主風(fēng)機(jī)組的投用

能量回收主風(fēng)機(jī)組＋離心主風(fēng)機(jī)組方案中，離心主風(fēng)機(jī)的投用是其他催化裂化裝置沒(méi)有的，也是一個(gè)難點(diǎn)，需要在備用風(fēng)機(jī)運(yùn)行、裝置開(kāi)工、能量回收機(jī)組投用后進(jìn)行。離心主風(fēng)機(jī)組擔(dān)負(fù)著向二再提供主風(fēng)機(jī)的重任，與軸流主風(fēng)機(jī)同樣重要，其投用過(guò)程是否平穩(wěn)，既關(guān)系到裝置的平穩(wěn)操作，也關(guān)系到軸流風(fēng)機(jī)機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。主風(fēng)流程見(jiàn)圖5所示。

圖5 能量回收機(jī)組與離心主風(fēng)機(jī)組流程

離心主風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前，已經(jīng)進(jìn)行了主、備風(fēng)機(jī)組切換，所需的主風(fēng)全部由能量回收主風(fēng)機(jī)組提供。啟動(dòng)離心主風(fēng)機(jī)組，離心主風(fēng)機(jī)的并機(jī)過(guò)程見(jiàn)表3所示。

離心主風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓會(huì)隨著風(fēng)量的減小而下降，當(dāng)操作中需要適當(dāng)降低二再風(fēng)量，而增壓機(jī)出口風(fēng)壓要求不變時(shí)，適當(dāng)開(kāi)啟閥17將少量增壓風(fēng)并入一再主風(fēng)管線即可滿足需求。最終實(shí)現(xiàn)由軸流主風(fēng)機(jī)一段再生器提供主風(fēng)，由離心主風(fēng)機(jī)向二 段再生器提供主風(fēng)，滿足裝置滿負(fù)荷運(yùn)行的要求。

表3 離心主風(fēng)機(jī)的并機(jī)過(guò)程

4 結(jié)論

（1）催化裂化裝置再生系統(tǒng)中，一段再生器、二段再生器兩路主風(fēng)線路壓降是不同的，對(duì)主風(fēng)機(jī)出口壓力的要求也是不同的。

（2）主風(fēng)機(jī)組有多種不同的選型配套方案，既要考慮對(duì)節(jié)能的影響，又要考慮對(duì)投資、占地、操作等方面的影響。綜合考慮各方案的優(yōu)劣，最后選擇了1套能量回收主風(fēng)機(jī)組＋1套離心主風(fēng)機(jī)組的方案4。

（3）在機(jī)組啟機(jī)、并機(jī)切換、調(diào)整操作時(shí)，要注意機(jī)組各個(gè)閥門(mén)的作用以及機(jī)組間的配合，保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行和系統(tǒng)主風(fēng)壓力、風(fēng)量穩(wěn)定。

［1］ 盧鵬飛，冀江，楊龍文.中國(guó)催化裂化煙氣輪機(jī)自主創(chuàng)新三十年的回顧［J］.中外能源，2008，13（增刊1）：8－10.

［2］ 方立定，易擁軍.催化裂化主風(fēng)機(jī)－煙機(jī)能源回收機(jī)組工況分析［J］.石化技術(shù)，2011，18（1）：31－35.

Analysis on Ancillary Design of Energy Recovering Units in FCCU Unit

Dong Biao，Chen Jianrong
（Petroleum Refining Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540）

As the pressure drops in main air line of regeneration system of FCCU were different，their demands on pressure of fan outlets were different.Several ancillary designs ofmain air units were primarily determined，based on calculation of the power consumption，analysis of effects on energy conservation，and consideration of investment，land，piping layout and operability，the scheme of matching energy recovery main air unit with centrifuge units was finally selected.The operating methods such as starting，toggle and adjusting of the centrifugal fan were described.

energy recovery unit，axial compressor，centrifugal compressor，ancillary design，energy saving

1674－1099 （2014）06－0021－04

TK262

A

2014－09－26。

董飚，男，1966年出生，1992年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)電工程系，碩士，高級(jí)工程師。現(xiàn)就職于上海石化煉油部，專家，從事煉油設(shè)備管理工作，已發(fā)表論文16篇。