催化裂化裝置外取熱器爐管泄漏原因分析及處理過程

趙曉曉

摘 要：本文介紹重油催化裂化裝置外取熱器爐管泄漏的處理過程，分析其泄漏原因。在正常生產(chǎn)中及時發(fā)現(xiàn)并能夠處理有利于催化裂化長周期安全生產(chǎn)，有利于提高煉油廠的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：催化裂化；外取熱器爐管泄漏；原因分析及處理過程

1 海南煉化外取熱器設備簡介

海南煉化催化裂化裝置生產(chǎn)設計規(guī)模為2.8Mt/a，以渣油加氫尾油為主要原料。外取熱器主要擔負著調(diào)節(jié)催化裂化裝置的熱平衡，提供以維持裝置正常生產(chǎn)所需的反應再生溫度，同時也是一項重要的節(jié)能措施。它的使用性能的好壞不但受設計、制造等因素的影響，而且還與操作狀態(tài)及運行條件密切相關(guān)。因而要有高的安全可靠性和較長的使用壽命，保證催化裂化裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

海南煉化催化裂化外取熱器的設計上，為維持兩器熱平衡，增加操作靈活性，在第一再生器旁設置可調(diào)熱量的外取熱器2臺，由第一再生器床層引出高溫催化劑（600～700℃）；流入外取熱器（301-C-104A/B）后，自上而下流動，取熱管浸沒于流化床內(nèi)，外取熱器通入流化風，以維持良好的流化，造成流化床催化劑對取熱管的良好傳熱，催化劑溫降100℃左右，通過外取熱下斜管及下滑閥進入到第二再生器密相床。外取熱器用的除氧水自煙氣鍋爐來，進入汽包（301-D-118A/B）與外取熱器出來的汽-水混合物混合，傳熱并進行汽-液分離后產(chǎn)生的中壓飽和蒸汽送至煙氣鍋爐過熱[1]。工藝流程如圖所示：

2 發(fā)生泄漏的可能原因及分析

（1）管束表面沖蝕、磨損。由于操作波動大，管束迎受面的高溫催化劑沖刷相當嚴重，管束被不斷減薄，最后磨穿。

（2）應力疲勞破壞。外取熱器管束入口段，由于流速較低，容易產(chǎn)生汽水分層。加熱中產(chǎn)生的蒸汽積聚在管子上部，汽泡增大后又被水帶走，管壁出現(xiàn)干濕交替，引起管壁溫度呈周期性的變化。隨流速的提高，形成的汽泡變小，停留時間變短，使該處管子產(chǎn)生溫度交變，引起交變應力疲勞破壞[2]。

（3）外取熱器高負荷運行。為平衡罐區(qū)重油罐液位，滿足全廠重油加工要求，催化裝置長時間處于大處理量運行狀態(tài)，加之催化原料性質(zhì)重，生焦量較大，外取熱一直高負荷運行，以保證再生器溫度不超溫。

（4）外取熱器殼體上的各處松動風風量不對稱，或大或小，周圍的催化劑會吸附松動風所含的水蒸氣而結(jié)塊，結(jié)塊了的催化劑使部分管束部分取熱不均勻，導致管束局部過熱。

（5）增壓風的風量配比不合適。風量的變化使傳熱系數(shù)的變化敏感區(qū)很小，會減小催化劑的循環(huán)推動力和阻礙催化劑入口管的進料能力，影響管束的取熱效果，熱負荷不均勻，從而使管束上下易形成溫差產(chǎn)生應力，造成管束破裂[2]。

（6）外取熱個別管束水循環(huán)不暢，局部溫度較高。

（7）設備施工過程中質(zhì)量不合格或設計上存在缺陷[2]。

3 外取熱器爐管泄漏的處理過程：

海南催化裂化裝置外取熱器A爐管泄漏發(fā)生于2012年8月20日，在20：03至20：06的較短時間內(nèi)，當班操作員發(fā)現(xiàn)一再催化劑藏量由52%迅速上升至62%、二再催化劑藏量由44%下降至34%、外取熱催化劑藏量由25%下降至11%、外取熱A上水量由83t/h增加至102t/h但發(fā)汽量由82t/h下降至61t/h，并且鍋爐崗位發(fā)現(xiàn)給水壓力由5.88MPa下降至5.77MPa等一系列異常的操作參數(shù)變化，初步判斷為外取熱管束發(fā)生了泄漏所致。當班操作員立即匯報運行部、機動部和HSE部等相關(guān)上級部門，單元會同各相關(guān)部門領(lǐng)導根據(jù)操作條件確認為外取熱A管束發(fā)生泄漏。單元安排逐步降低外取熱A的負荷，關(guān)小外取熱下滑閥并降低流化風量，至22：00操作參數(shù)逐步穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)泄漏量為11t/h。由于泄漏點位于外取熱器內(nèi)部無法在線處理，因此只能采取將泄漏管束切除的方法處理。單元組織力量現(xiàn)場做了確認每一組管束上水管和排氣管的對應以及現(xiàn)場檢查壓力表的校驗等工作。為了避免在切除管束查漏過程中造成管束的干燒損壞管束（材質(zhì)為20g，耐溫上限為480℃），因此逐步將外取熱A切出，但為避免外取熱溫度過低造成催化劑和泥，外取熱A下滑閥開度保持在15%左右，提高流化風量維持外取熱A的較低藏量（11%），逐步降溫。

4 查找泄漏爐管的方法與經(jīng)驗

（1）優(yōu)先查找外取熱器下料側(cè)管束；

（2）先關(guān)閉待查管束排汽閥后根據(jù)入口壓力表壓力變化情況緩慢關(guān)小直至關(guān)閉此管束的上水閥；

（3）在關(guān)閉上水閥時要嚴格控制管束壓力不超過5.5MPa，如果出現(xiàn)壓力持續(xù)上升則表明此管束不漏，如果出現(xiàn)壓力上升后持續(xù)下降則表明此管束泄漏；

（4）查出泄漏管束將其切出平穩(wěn)操作參數(shù)10分鐘后，檢查外取熱器汽水是否平衡，如果平衡則表明已無泄漏管束，如果不平衡則表明仍有泄漏管束按上述方法繼續(xù)查漏；

（5）將泄漏管束全部切出后，外操巡檢時要定期檢查切出管束的定排是否有水排出，如果連續(xù)有水排出表明上水閥內(nèi)漏，為避免催化劑水熱失活續(xù)加盲板；

（6）在關(guān)閉排汽閥時為避免閥前后壓差過大無法迅速打開此閥，此閥需有一定的小開度；

（7）在關(guān)閉上水閥后管束壓力會出現(xiàn)先上升后下降后再升的現(xiàn)象，是由于管束內(nèi)為飽和汽水混合物，壓力上升后部分蒸汽冷凝導致壓力出現(xiàn)下降。

5 操作的注意事項

外取熱器的合理設計是保證其延長壽命的關(guān)鍵，精心操作與嚴格管理對外取熱器的良好運行也是十分重要的，為此應注意以下幾個方面：

（1）外取熱器在正常操作時要平穩(wěn)，不可大幅度波動，調(diào)節(jié)時多注意個參數(shù)的變化，不能忽大忽小的調(diào)節(jié)增壓風風量與滑閥的開度，投用時要盡量緩慢；

（2）絕對避免發(fā)生干燒、斷水事故，提高水循環(huán)的可靠性。要保證四臺熱水循環(huán)泵兩開兩備，保證運行泵平穩(wěn)，無異常；

（3）適當減少增壓風的用量，只要保證外取熱器能夠正常硫化即可，以減小高氣流攜帶催化劑造成的磨損，同時這對保護增壓風分配器管嘴也是大有好處的[2]；

（4）在外取熱器能夠保證發(fā)氣量與整個再生取熱平衡的情況下，盡量避免使其處于高負荷狀態(tài)下運行；

（5）在正常生產(chǎn)中，定期對外取熱器壁及上部頭蓋做熱檢分析，能夠及時掌握工作狀態(tài)，根據(jù)熱檢溫度分析判斷其內(nèi)部管束運行情況。

6 總結(jié)

（1）本次泄漏管束位置在靠近外取熱A進料口位置，因此如果再出現(xiàn)外取熱器管束泄漏時應優(yōu)先檢查靠近下料口位置管束；

（2）在管束泄漏前后301-TI-0404B溫度由610℃下降至220℃，切除后溫度有上升為610℃，表明泄漏位置應為下聯(lián)箱，靠近流化風的位置，因此在檢修時應著重檢查此位置同時在正常生產(chǎn)過程中加強平穩(wěn)操作避免流化風的大幅度波動；

（3）此次發(fā)現(xiàn)并能夠及時處理，保證了設備的長周期運行，且未造成次生的事故，也為今后的工作中積累了經(jīng)驗同時能夠提高工作效率，避免同樣的問題發(fā)生時不能準確判斷和和及時操作處理，損害設備，影響裝置的安全平穩(wěn)運行；

（4）本次外取熱器管束泄漏為自首次開工以來的第一次，本次成功處置不僅鍛煉了隊伍，還為以后的工作中積累了寶貴經(jīng)驗。

參考文獻

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[2] 伯文. 催化裂化裝置技術(shù)問答[M].第二版），2003

[3] 催化外取熱器換熱分析[J]. 王春峰，萬德斌，王寧，孫惠山. 當代化工. 2010（05）

[4] 外取熱器取熱管內(nèi)壁裂紋成因分析[J]. 趙玉香. 化工設備與管道. 2009（03）