甲醇制烯烴反應(yīng)器三級(jí)旋風(fēng)分離器襯里脫落的修復(fù)

郗小明 梁旭輝 秦 超

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

某公司600 kt/a甲醇制烯烴（DMTO）裝置，2014年6月開車成功。設(shè)計(jì)甲醇（折純度100%）進(jìn)料量為225 t/h。其反再單元采用循環(huán)流化床和專用催化劑D803C-II01，催化劑在反應(yīng)器和再生器中會(huì)隨流化介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，為防止催化劑跑損，在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有一、二級(jí)旋風(fēng)分離器，反應(yīng)器外部設(shè)有三級(jí)旋風(fēng)分離器，用于回收反應(yīng)氣攜帶的催化劑，降低催化劑消耗，防止堵塞影響急冷水洗塔及后系統(tǒng)操作。

2015年6月裝置檢修時(shí)，打開反應(yīng)器三級(jí)旋風(fēng)分離器檢查發(fā)現(xiàn)，中間筒體底部以上2 m范圍內(nèi)的襯里全部脫落，脫落面積估計(jì)為80～100m2。在化工生產(chǎn)過程中一些設(shè)備管道襯里損壞脫落情況也時(shí)有發(fā)生[1-4]。因此有必要查找原因，以防類似事件再次發(fā)生。

1 結(jié)構(gòu)與運(yùn)行情況

三級(jí)旋風(fēng)分離器由上筒體、上椎體、中間筒體、過渡段、下筒體、下椎體及內(nèi)件部分組成，內(nèi)部設(shè)有125mm厚的隔熱耐磨襯里（LC3級(jí)），防止495℃的高溫反應(yīng)油氣損壞設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

來自反應(yīng)器的油氣自蝸殼入口沿切線方向進(jìn)入三級(jí)旋風(fēng)分離器，旋轉(zhuǎn)至中間筒體底部后，再沿下降管外表面上升，進(jìn)入下降管與中心管的間隙，經(jīng)各左旋蝶式旋風(fēng)管分離所攜帶的催化劑粉末后進(jìn)入中心管出三級(jí)旋風(fēng)分離器。

圖1 反應(yīng)器三級(jí)旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)Fig 1 Structure of tertiary cyclone separator in reactor

2014年10月，發(fā)現(xiàn)三級(jí)旋風(fēng)分離器中間筒體表面局部防腐隔熱漆變色超溫，經(jīng)檢測溫度達(dá)到250℃。為保證設(shè)備正常運(yùn)行，在三級(jí)旋風(fēng)分離器中間筒體外圍增加環(huán)形工廠風(fēng)降溫，以保持溫度在100℃左右，維持運(yùn)行，并對(duì)該區(qū)域重點(diǎn)監(jiān)測。2015年2月，發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域擴(kuò)大溫度升高，經(jīng)測量溫度達(dá)300℃，局部溫度甚至達(dá)到360℃（殼體設(shè)計(jì)溫度350℃），遂將工廠風(fēng)改為低壓除氧水進(jìn)行冷卻，以保證三級(jí)旋風(fēng)分離器外壁表面溫度降至100℃以下。三級(jí)旋風(fēng)分離器表面超溫情況見表1。

表1 裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab 1 Operation data of device

2015年6月裝置檢修時(shí)打開反應(yīng)器三級(jí)旋風(fēng)分離器檢查，發(fā)現(xiàn)中間筒體底部以上2 m范圍內(nèi)的襯里全部脫落，脫落面積估計(jì)為80～100 m2，設(shè)備殼體和燕尾式錨固釘未見明顯磨損，現(xiàn)場實(shí)測的設(shè)備壁厚為28.6mm（設(shè)計(jì)為30mm）。經(jīng)設(shè)計(jì)院確認(rèn)可以進(jìn)行修補(bǔ)使用。襯里脫落情況見圖2所示。

圖2 襯里脫落位置Fig 2 Position of lining shedding

2 原因分析

運(yùn)行過程中，三級(jí)旋風(fēng)分離器的襯里會(huì)出現(xiàn)裂縫，含有催化劑的反應(yīng)油氣進(jìn)入裂縫，經(jīng)過夾帶催化劑的湍流氣體長期磨損腐蝕，導(dǎo)致殼體局部襯里減薄，引起表面溫度超溫。殼體材料（Q245R）與LC3級(jí)隔熱耐磨襯里材料的膨脹系數(shù)不一致，殼體局部超溫會(huì)導(dǎo)致熱膨脹產(chǎn)生更多的襯里裂縫，形成局部襯里分塊，在反應(yīng)油氣的沖刷和塊狀襯里的相互擠壓作用下，發(fā)生大面積脫落。

由于熱點(diǎn)產(chǎn)生的最初位置是在三級(jí)旋風(fēng)分離器中間筒體部分的焊縫處，故對(duì)襯里裂縫產(chǎn)生的原因做如下分析：

1）下降管底部的烘襯氣流孔僅設(shè)計(jì)了2個(gè)DN300的孔，且中間筒體部分空間狹小，過氣量小，在烘襯過程中可能達(dá)不到烘襯效果，導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過程中襯里產(chǎn)生裂縫。

2）襯里的澆注施工質(zhì)量可能存在缺陷。原始的襯里采用支模澆注方式的方式施工，在中間筒體與過渡段部分可能存在澆注密度不均的情況。

3）在對(duì)筒體部分熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行處理的過程中，外表面采用了介質(zhì)直接冷卻降溫的措施，也會(huì)加劇襯里發(fā)生裂縫和脫落的速度。

3 修復(fù)及改進(jìn)措施

根據(jù)襯里脫落情況，經(jīng)研究決定采用噴涂方式進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)制定了以下措施：烘襯過程嚴(yán)格按照原始烘爐的方案進(jìn)行，打開烘襯人孔，加裝臨時(shí)溫度計(jì)，并繪制升溫曲線；烘襯結(jié)束后對(duì)襯里進(jìn)行檢查，及時(shí)消除裂縫；在日常操作過程中嚴(yán)格按照升降溫度速率進(jìn)行。

襯里修復(fù)噴涂方法：采用外混式噴涂設(shè)備，襯里材料經(jīng)噴涂設(shè)備預(yù)處理后，經(jīng)高壓風(fēng)輸送到噴槍，霧化后的襯里材料在空氣中均勻、高速混合后直接噴射到作業(yè)面，一次成形為耐磨隔熱襯里。

修復(fù)后，三級(jí)旋風(fēng)分離器烘襯從2015年7月4日開始，共計(jì)140 h，最高溫度達(dá)到490℃。烘襯結(jié)束后經(jīng)檢查內(nèi)襯完好，達(dá)到預(yù)期效果，并于2015年7月15日投料運(yùn)行，負(fù)荷達(dá)到105%，表面溫度正常。其運(yùn)行周期還有待驗(yàn)證。

4 結(jié)束語

目前DMTO裝置反應(yīng)器三級(jí)旋風(fēng)分離器運(yùn)行正常，運(yùn)行周期還有待驗(yàn)證。鑒于類似化工生產(chǎn)過程中一些設(shè)備管道襯里損壞脫落情況時(shí)有發(fā)生，因此可為類似襯里改造提供參考。

[1]佟以丹,李敏.大型椎體襯里的技術(shù)改造[J].工業(yè)爐,2005, 27（5）:45-46.

[2]黃輝.外取熱器連接管道襯里失效分析[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2013,30（3）:48-50.

[3]呂大偉.煤液化減壓塔襯里脫落分析及應(yīng)對(duì)措施[J].石油化工建設(shè),2014（3）:88-90.

[4]佟以丹,鄭立群,李君.大直徑風(fēng)送管道襯里的技術(shù)改造[J].化工機(jī)械,2010（6）:790,810.