FCC再生器跑劑原因分析及對策

白小春

(陜西延長石油(集團)有限責任公司榆林煉油廠，陜西 靖邊 718500)

延長石油一套180×104Mt/a FCC裝置由中石化洛陽工程有限公司設(shè)計，應用中國石化石油化工科學研究院研發(fā)的降烯烴技術(shù)(MIP)。裝置再生器為兩段再生，下部燒焦罐，上部二密相。外取熱設(shè)置兩組，采用下流式取熱方式。裝置以常壓渣油為原料，設(shè)計規(guī)模180×104Mt/a。裝置反應沉降器采用粗旋+單旋旋風分離器分離技術(shù)，再生器采用12組兩級旋風分離技術(shù)。

1 再生器跑劑描述

該裝置設(shè)計正常負荷為214 t/h(100%負荷)，設(shè)計操作彈性為70%～110%，裝置自2011年6月開車以來，到2016年10月檢修后進入第三運行周期。在第三周期內(nèi)裝置一直處于低負荷(加工量125～140 t/h，催化劑單耗為0.93 kg/t渣油)運行狀態(tài)，在低負荷運行期間，裝置間斷進行部分油漿回煉。2017年9月份該裝置再生器催化劑跑損量呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，每天通過補入定量平衡劑維持系統(tǒng)藏量(裝置加工量140 t/h，油漿回煉量6 t/h，主風量235000 Nm3/h，原料霧化汽12 t/h，再生器壓力0.25 MPa，每天補平衡劑日均3 t，補新鮮劑約3.3 t)。10月份為平衡全廠渣油庫存，將催化裝置運行負荷由65%提至85%時(裝置加工量180 t/h，主風量265000 Nm3/h，再生器壓力0.26 MPa)，再生器出現(xiàn)大量跑劑，催化劑的跑損量由原自然跑損量的3 t/d升至15 t/d以上，裝置催化劑單耗由正常0.95 kg/t渣油上升至2.5 kg/t渣油以上，系統(tǒng)藏量需每天補充定量平衡劑進行維持。隨再生器催化劑跑損量增加，三旋回收的廢催化劑量隨之增多，廢催化劑罐的卸劑頻率也由正常運行時1次/周縮短至1次/d。針對催化裝置再生跑劑情況，為平衡全廠物料，決策將催化裝置加工負荷降至65%負荷，維持生產(chǎn)，擇機進行搶修處理。

2 跑劑原因分析

2.1 廢催化劑粒度變化情況

通過對比日常廢催化劑粒度分布，在再生器跑劑前三旋回收的廢催化劑0～40 μm，占比96%；0～60 μm，占比96.8%，說明跑劑前三旋回收的催化劑為破碎的細粉顆粒。跑劑后三旋回收的廢催化劑0～40 μm，占比35%；0～60 μm，占比60.5%。由跑劑前、中可以看出，發(fā)生跑劑后，有39.5%的60 μm以上顆粒組分通過旋風跑至三旋。圖1為再生器跑劑前后三旋回收的廢催化劑粒度變化情況。

圖1 廢催化劑粒度變化情況

2.2 主風量變化對再生器跑劑的影響

再生器主風量由4000 Nm3/min提至4400 Nm3/min時，再生器跑劑加劇，三旋出口煙機入口在線濃度分析由210 mg/m3升至450 mg/m3，再生器跑劑嚴重[1]。

2.3 平衡催化劑粒度分布分析

通過對平衡催化劑粒度分布化驗分析，再生劑中0～20 μm占比為0%、0～40 μm占比為5.8%、0～80 μm占比為45%，從平衡催化劑粒度分布數(shù)據(jù)中分析，平衡催化劑中0～20 μm、0～40 μm、0～80 μm的顆粒度占比例遠低于正常工況下平衡劑中的占比數(shù)值(正常工況下再生劑中0～20 μm 占比0.3%～0.8%、0～40 μm占比11%～15%、0～80 μm占比53%～56%)，同時對再生器出口煙氣間隔10 d的兩次采樣分析中，煙氣中催化劑濃度最高值達到690 mg/m3，最低值為380 mg/m3，越超其控制濃度200 mg/m3[2]。

2.4 再生器旋風差壓變化情況

連續(xù)監(jiān)測再生器跑劑后旋分差壓波動趨勢，其波動范圍達0.6 kPa左右，對比再生器跑劑前旋分差壓7.5 kPa，波動趨勢0.2 kPa以內(nèi)。旋分差壓有明顯上漲。

2.5 二密相藏量變化

裝置發(fā)生跑劑后，通過工藝調(diào)整，將再生器二密相藏量由140 t，補劑提高至180 t；二密相密度由280 kg/m3，提高至350 kg/m3，及提高再生器二密相床層高度，提高旋分料退埋藏深度，再生器跑損量有一定緩解。

通過上述再生器跑劑出現(xiàn)的旋分差壓變化、主風量變化、廢催化劑粒度變化、平衡劑粒度變化等情況，最終確定為再生器旋分工作異常是再生器跑劑的原因。

3 問題分析

經(jīng)對再生器停工檢查發(fā)現(xiàn)，再生器4號二級旋風料腿在翼閥上方6 m處斷裂，斷裂口處于同一水平面，斷裂的料退與翼閥一同掉落在再生器大孔分布板上方。再生器二級旋風料腿斷裂形貌見圖2。分析再生催化劑跑損的原因為料退斷裂，使斷裂位置周圍壓力高于腿內(nèi)部壓力，從而料退周圍高壓氣體攜帶高密度催化劑向低壓區(qū)域高速流動，同時二級旋風收集的催化劑在流至料退斷裂處時，被該區(qū)域內(nèi)高壓氣體反竄上行的氣流逆向帶出，旋分內(nèi)分離線速被破壞，旋分正常工作環(huán)境被破壞。從而導致二級旋分工作效率降低，再生器大量跑劑。

圖2 再生器二級旋風料退斷裂圖

4 措施與對策

對再生器12組旋風一、二級共24 個旋風單體的料腿焊縫、料腿之間連接件焊縫、料腿之間錐體連接件焊縫、料退上部、下部連接件的焊縫進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)料退間有4處發(fā)生連接件掉落在再生器內(nèi)，5處連接件焊縫開裂。針對4號料退斷裂處、掉落的連接件及連接件焊縫開裂部位進行整體更換、補焊等加強處理，同時對12組二級旋風兩段料腿之間完好的連接件進行加強處理。對4號料退斷裂處看，該處斷裂非焊縫處開裂斷裂，而是裸露光桿處齊茬斷裂，周圍沒有明顯的減薄現(xiàn)象和塑性變形，屬典型的應力斷裂特征。

通過對旋分分離器材質(zhì)及所處高溫、高振動工作環(huán)境的研究，旋分分離器料腿的斷裂是由于料退的304鋼材質(zhì)在高溫環(huán)境(600～700℃)中在焊縫處出現(xiàn)脆化傾向，及焊縫區(qū)域會有脆性相(主要是σ相)析出，當脆性相在晶界上呈現(xiàn)連續(xù)片狀或在晶內(nèi)呈現(xiàn)針狀形貌時會使材料脆化，塑性和韌性降低，脆性顯著增加，在長期振動的工作環(huán)境中造成焊縫出現(xiàn)裂紋，運行過程中裂紋的擴展直至連接件掉落[3]。

連接件的掉落，加之旋分料退在運行過程中受料腿內(nèi)氣固兩相流的不穩(wěn)定流動形成了脈動壓力致料退振動加劇，在高溫、脈沖壓力的環(huán)境中旋分振幅度增加，長時間的大幅度振動迫使旋分分離器料退形成交變應力，逐漸產(chǎn)生應力疲勞，從而使料退發(fā)生疲勞斷裂。分析原因振動是旋分料退斷裂的主因。防止料腿超設(shè)計的脈沖振動，應從改進料腿振動特性與消減脈沖力兩方面進行[4]。

5 改造運行總結(jié)

自裝置2018年6月?lián)屝尥戤呴_工以來，再生器旋風差壓一直維持在7.8～8.4 kPa，旋風差壓波動范圍在0.2 kPa之內(nèi)；通過監(jiān)控再生器系統(tǒng)催化劑藏量變化、催化劑細粉含量，裝置系統(tǒng)催化劑藏量波動微小，催化劑單耗0.85 kg/t，單耗符合正常消耗；平衡劑0～40 μm顆粒質(zhì)量分數(shù)基本維持在8.5%左右，再生器運行回歸于正常工況。通過對再生器內(nèi)平衡劑粒度的化驗抽查分析，平衡劑粒徑平均在78 μm左右，粒度分布屬于正常。顯微鏡觀察再生劑形貌，個別再生劑球形度不完整，但顆粒表面無尖銳棱角。其他催化劑顆粒度完好，無破碎，表明非球形度為正常磨損所致[5-6]。通過運行現(xiàn)料退斷裂問題得到徹底解決，再生器跑劑影響裝置運行難題也得以解決。