淺談催化裂化裝置中煙氣水封罐的設(shè)置和運(yùn)行

宋磊磊 汪紅（中石化洛陽工程有限公司 471003）

引言

煉油廠中催化裂化裝置煙氣能量回收系統(tǒng)由煙氣輪機(jī)系統(tǒng)（簡稱煙機(jī)）和余熱鍋爐系統(tǒng)（簡稱余鍋）組成。煙氣從再生器出來后，進(jìn)入煙機(jī)帶動(dòng)主風(fēng)機(jī)做功，然后進(jìn)入余鍋系統(tǒng)放熱發(fā)生蒸汽。煙氣水封罐作為催化裂化裝置中余鍋系統(tǒng)的一個(gè)輔助設(shè)備，一般設(shè)置在余鍋的進(jìn)口和旁路煙氣煙道（簡稱煙道）上，相當(dāng)于一個(gè)不漏的閥門，起到隔斷煙氣的作用。

相比煙道閥門，煙氣水封罐一般占地較大，且不易布置，但是從煙機(jī)出來的煙氣溫度一般高達(dá)700℃[1]，余鍋出口的煙氣溫度也在180℃-220℃，且煙道直徑一般很大，導(dǎo)致大口徑耐高溫的煙道閥門造價(jià)很高，由于閥門巨大不好操作，需要配備電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，總造價(jià)一般在100萬左右。煙氣水封罐相比煙道閥門具有安全性高、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)[2]，在催化裂化裝置余鍋系統(tǒng)中被廣泛使用。

一、工作原理

煙氣水封罐相當(dāng)于一個(gè)套管，它由一個(gè)大水封和側(cè)面的一個(gè)小水封組成，常規(guī)結(jié)構(gòu)形式見圖1。圖中H是大水封的水柱高度，E是小水封的水柱高度。水封高度取決于煙機(jī)出口煙氣的最大操作壓力，一般來說大水封和小水封高度取值相同。

圖1 常規(guī)水封罐結(jié)構(gòu)圖

水封罐的總高度與煙道的直徑和大水封高度有關(guān)，因此水封罐的總高度要大于煙道直徑+煙機(jī)出口煙氣壓力/g。

水封罐的直徑取決于煙道直徑，水封罐內(nèi)筒直徑一般取煙道直徑，為了降低水封罐對煙氣的阻力，水封罐外筒截圓面積一般取大于2.5倍的煙道截面積。

煙氣水封罐和火炬設(shè)施內(nèi)的瓦斯水封罐不同，火炬設(shè)施內(nèi)的瓦斯水封罐起到阻火器的作用，水封高度較低，一般視瓦斯壓力取400-600 mm水柱。瓦斯一般沖破水封。煙氣水封罐和瓦斯水封罐運(yùn)行原理不同。煙氣水封罐一般成對出現(xiàn)，并設(shè)置到并聯(lián)的兩條煙道上，起到切換煙道的作用。

煙氣水封罐投用時(shí)，大水封不注水，煙氣通道通暢，煙氣可以正常通過水封罐。為了防止煙氣泄漏，投用小水封封住煙氣。

煙氣水封罐關(guān)閉時(shí)，大水封里注水，由于水封水柱高度大于煙氣靜壓，煙氣無法通過水封罐，相當(dāng)于一個(gè)不漏的閥門。水通過大水封溢流口流入小水封，小水封內(nèi)水的高度與大水封平齊時(shí)，就會(huì)從小水封流出，表明大水封水已滿。煙氣水封溢流線必須長流水才能保證水封有效。用大的溢流口溢流水量大，比較浪費(fèi)，所以設(shè)小水封，封住大溢流口，水封罐內(nèi)水從大溢流口進(jìn)入小水封后，從小水封溢流口長流水，保證水封罐滿液位。

水封罐水封用水沒有什么特殊要求，一般使用循環(huán)水或新鮮水均可。

二、水封罐安裝形式

水封罐基本分為落地式和懸掛式。不論哪種形式，只有上進(jìn)側(cè)出、側(cè)進(jìn)上出兩種不同的安裝形式。不同的安裝形式所起到的作用也是不同的。

余鍋前后設(shè)水封罐的目的是為了切斷煙氣進(jìn)余鍋管路，防止煙氣竄入余鍋。一般在余鍋檢修階段。采用側(cè)進(jìn)上出可以增大煙氣進(jìn)入余鍋的阻力。因?yàn)闊煔庖颜麄€(gè)水封罐的水全部由上出口頂出才能進(jìn)入余鍋。一般煙氣水封罐外環(huán)截面積比內(nèi)圓面積大，所以一般來說需要很高的煙氣壓力。但是采用側(cè)進(jìn)上出方式，高溫?zé)煔鈱?huì)對煙氣內(nèi)筒造成沖刷，在煉油廠使用過程中發(fā)現(xiàn)容易造成煙道內(nèi)筒腐蝕穿孔，造成水封罐損壞。所以目前側(cè)進(jìn)上出的方式已經(jīng)不再使用了，而是使用上進(jìn)側(cè)出的方式。

而旁路水封罐，其作用是在余鍋投用時(shí)切斷煙氣至煙囪的通道。在煙道壓力突然上升時(shí)，例如余鍋入口蝶閥突然關(guān)閉。此時(shí)煙氣可以沖破水封釋放壓力，防止再生器超壓引起主風(fēng)機(jī)喘振。此時(shí)水封起到的是安全閥的作用。所以采用上進(jìn)下出的形式。水封罐的水柱高度就是設(shè)計(jì)的煙道最高壓力。

三、水封罐的設(shè)置和運(yùn)行

1.無煙氣脫硫設(shè)施的余鍋系統(tǒng)

水封罐一般設(shè)置在余鍋進(jìn)口和旁路煙道。因?yàn)闊焽鑳?nèi)是負(fù)壓，一般在余鍋尾部無須設(shè)水封罐，只設(shè)煙道擋板即可實(shí)現(xiàn)余鍋與旁路的切換。如果催化裝置內(nèi)有2臺(tái)余鍋，分別在兩臺(tái)余鍋煙氣進(jìn)口和旁路設(shè)置水封罐，可實(shí)現(xiàn)余鍋間的切換。水封罐設(shè)置見圖2，

（1）余鍋正常運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉余鍋旁路水封罐V-103，切斷余鍋旁路去煙囪的管路。投用余鍋前水封罐V-101和V-102，煙氣正常通過余鍋。

（2）當(dāng)余鍋故障檢修時(shí)，投用旁路水封罐V-103，關(guān)閉余鍋前水封罐V-101和V-102，煙氣經(jīng)過旁路直接送至煙囪。

（3）當(dāng)余鍋B故障檢修時(shí)，關(guān)閉V-102，投用余鍋A前水封罐V-101。一般由于單臺(tái)鍋爐設(shè)計(jì)負(fù)荷有限，需要催化裝置同時(shí)降低負(fù)荷，或者打開余鍋煙氣旁路分擔(dān)部分煙氣，這時(shí)需要投用余鍋旁路水封罐V-103，并調(diào)節(jié)旁路前蝶閥以調(diào)節(jié)煙氣流量。

圖2 不含煙氣脫硫設(shè)施的煙氣水封罐設(shè)置

2.煙氣脫硫改造后的余鍋系統(tǒng)

隨著《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的第二次征求意見稿的公布，對石油煉制企業(yè)的煙氣排放要求日益嚴(yán)格，據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，各石油煉制企業(yè)有望到2017年實(shí)行新的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，所以目前各地?zé)捰蛷S的催化裂化和連續(xù)重整裝置都在進(jìn)行煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目改造。

常規(guī)煙氣的流程是再生器--煙機(jī)--水封罐--余鍋--煙囪，增加煙氣脫硫設(shè)施后，煙氣流程變成了再生器--煙機(jī)--水封罐--余鍋--水封罐--煙氣脫硫--煙囪，改造后對水封罐的設(shè)置增加了復(fù)雜性。煙氣脫硫設(shè)施和余鍋系統(tǒng)在工藝流程上為串聯(lián)，均需要考慮煙氣脫硫和余鍋的故障和檢修，將其從煙道切除。圖3以兩臺(tái)余鍋帶煙氣脫硫?yàn)槔瑔闻_(tái)余鍋帶煙氣脫硫的參考本例。

圖3 含煙氣脫硫設(shè)施的煙氣水封罐設(shè)置

（1）兩臺(tái)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉余鍋旁路和余鍋尾部去煙囪的水封罐V-102和V-104。其他水封罐投用，煙氣正常通過兩臺(tái)余鍋。

（2）當(dāng)煙氣脫硫設(shè)施故障檢修時(shí)，投用余鍋尾部的水封罐V-104，煙氣排向煙囪。關(guān)閉余鍋尾部的水封罐V-103和V-106，切斷去煙氣脫硫設(shè)施的煙道。

（3）當(dāng)余鍋B檢修時(shí)，關(guān)閉余鍋B前后水封罐V-105、V-106和前蝶閥，切斷進(jìn)入余鍋B的煙氣和防止余鍋B尾部煙氣反串。投用余鍋旁路水封罐V-102，并調(diào)節(jié)蝶閥分擔(dān)部分煙氣直接進(jìn)入煙囪。

（4）當(dāng)余鍋和煙氣脫硫同時(shí)故障檢修時(shí)，投用煙氣旁路水封罐V-102，關(guān)閉其他水封罐，再生煙氣經(jīng)過旁路直接送至煙囪。

四、煙氣水封罐的失效

煙氣水封罐運(yùn)行穩(wěn)定，但是也要預(yù)防運(yùn)行過程中水封罐的失效，失效形式就是水封被擊穿造成煙氣泄漏。正常能發(fā)生擊穿的只有余鍋旁路水封罐。如果余鍋旁路蝶閥不關(guān)閉的話，此水封能起到安全閥的作用。在余鍋入口蝶閥、出口擋板突然出現(xiàn)故障關(guān)閉時(shí)。煙氣可以擊穿旁路水封，泄放煙氣。避免再生器超壓，主風(fēng)機(jī)喘振逆流的發(fā)生。在緊急情況下是要求它能夠發(fā)生擊穿的。

余鍋入口水封由于有入口蝶閥的作用不會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。它的設(shè)置是避免檢修時(shí)，入口蝶閥不嚴(yán)而泄漏煙氣的。余鍋尾部去煙氣脫硫設(shè)施的水封罐的操作壓力比余鍋前水封罐壓力低，更不會(huì)被擊穿。

余鍋出口水封后是煙囪，一般情況下是負(fù)壓，發(fā)生擊穿可能很小。

水封罐投用時(shí)應(yīng)撤大水封，建立小水封，此時(shí)水封罐只是作為煙氣通道，水封罐運(yùn)行時(shí)間長了可能會(huì)出現(xiàn)小水封煙氣外泄，小水封的內(nèi)插管被煙氣中的二氧化硫腐蝕，導(dǎo)致小水封水柱高度不夠，煙氣從小水封泄漏。 若小水封故障造成泄漏煙氣，可在小水封排地漏出口管加一閥門，關(guān)閉閥門即可防止煙氣外泄，待停工檢修時(shí)修復(fù)。但水封在壓力超出范圍后可以擊穿的，閥門是無法做到的。從安全角度考慮，水封安全，可以保護(hù)設(shè)備。

結(jié)論

水封罐雖然是催化裂化裝置中的一個(gè)輔助設(shè)備，但是水封罐的正確設(shè)置和運(yùn)行對于催化裂化裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵的作用。在催化裂化裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行階段都必須清楚的認(rèn)識到水封罐的重要性。

[1]楊青祁魯海催化裂化煙氣輪機(jī)入口管道的設(shè)計(jì)化工設(shè)計(jì) 2004,14（3）.

[2]程高峰，王偉，曹俊，周云博。低壓降水封閥的開發(fā)和應(yīng)用石油化工設(shè)備技術(shù)201132（4）17.