催化裂化小型自動加料器的改進(jìn)

陶志成 向剛偉

（中國石油四川石化有限責(zé)任公司）

催化裂化工藝中把用于維持裝置中催化劑活性、藏量和重金屬含量的平衡，使催化裂化反應(yīng)能穩(wěn)定進(jìn)行而補充催化劑的設(shè)備稱為小型加料器。中國石油四川石化有限責(zé)任公司催化裂化裝置有一臺催化劑小型自動加料器，投用不到半年便出現(xiàn)進(jìn)料不暢、流化不暢、出料不暢及軟管破裂等諸多問題，無法繼續(xù)使用，只好改為人工定時現(xiàn)場小型加料操作。人工定時現(xiàn)場小型加料操作導(dǎo)致加料量控制不穩(wěn)，反應(yīng)系統(tǒng)平衡催化劑活性波動較大影響裝置的平穩(wěn)運行，不利于裝置的生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化，直接影響了裝置的經(jīng)濟(jì)效益；小型加料管線經(jīng)常堵塞，需人工疏通放空，以致勞動強度較大，造成新鮮催化劑浪費和粉塵污染環(huán)境。2016年2月，公司對小型加料系統(tǒng)進(jìn)行了改造，3年多的生產(chǎn)運行表明，改造后的簡易小型加料器操作簡單、投資省、耐用性高、故障率低、維護(hù)方便，改進(jìn)效果明顯［1］。

1 改造前的小型自動加料器

1.1 系統(tǒng)簡述

改造前的小型自動加料器如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場料罐與管道等設(shè)備的實際安裝情況，催化劑自動加劑系統(tǒng)主要由正壓計量罐部分、稱重部分 （西門子高精度稱重傳感器和西門子稱重模塊）、閥門控制部分和安裝在正壓防爆箱內(nèi)的控制系統(tǒng) （西門子S7 PLC和西門子觸摸屏）組成。

圖1 催化裂化小型自動加料器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 控制流程說明

系統(tǒng)控制進(jìn)料閥開啟，物料通過軟管流出，依靠重力作用落入罐中；罐的每個支撐點安裝有西門子高精度稱重傳感器，每個傳感器將重量的信號傳至西門子PLC的稱重模塊，計算出重量，再減去皮重，得到物料的凈重量，當(dāng)罐中重量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的重量值時，系統(tǒng)控制罐上部的落料閥門關(guān)閉。

罐狀態(tài)穩(wěn)定、就位后，控制系統(tǒng)會啟動物料輸送程序：首先在管道和罐中加壓，達(dá)到一定壓力值后，發(fā)送罐出口與再生器大型加卸料管線入口處閥門自動打開，在發(fā)送罐與再生器之間形成密閉通道。因為發(fā)送罐處氣壓高于再生器內(nèi)壓力，被輸送物料就會沿密閉管道輸送到再生器中。

當(dāng)罐中的物料輸送完畢后，系統(tǒng)會連續(xù)檢測發(fā)送罐內(nèi)的物料重量的變化，反映并作出判斷，自動停止發(fā)送，及時關(guān)斷各處閥門，按物料輸送的時間間隔，預(yù)備下一輪物料的計量和發(fā)送［2］。

2 改造過程

2.1 進(jìn)料不暢問題分析及解決方法

下料陶瓷閘閥氣缸活塞密封圈破損，導(dǎo)致氣缸竄氣，閥門無法開關(guān)到位，影響加料系統(tǒng)程序運行；閥桿密封填料環(huán)（原廠為聚四氟乙烯填料環(huán)）破損，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，氣缸內(nèi)儀表壓縮空氣會進(jìn)入閥腔，從而進(jìn)入加料罐內(nèi)，使罐內(nèi)壓力升高，在下料過程中雖然放空閥打開，但是壓差過小，放空管線過長，無法及時完全泄壓，導(dǎo)致在規(guī)定時間內(nèi)無法完成預(yù)設(shè)的下料重量，出現(xiàn)下料不暢報警，更無法達(dá)到工藝要求的總加料量。實施的簡易改動為：

a.更換下料陶瓷閘閥閥桿密封填料環(huán)為石墨繩；

b.新增過濾網(wǎng)清理催化劑中的雜物以防止堵塞下料管線；

c.增加機(jī)械限位，控制下料第2道工藝閥門開度，從而控制下料速度；

d.改變放空管線的放空口至催化劑罐頂，確保放空線路通暢。

2.2 流化不暢問題分析及解決方法

本項目的物料輸送系統(tǒng)是動態(tài)測量物料的重量，物料在重力的作用下落下時，會對稱重傳感器有沖擊力，造成虛擬增加重量值，進(jìn)而在每次循環(huán)結(jié)束后會增加儲罐的皮重，在10來次循環(huán)過程后，會出現(xiàn)流化不暢報警，實際進(jìn)入再生器的催化劑已很少，誤差過大。實施的簡易改動如下：

a.由單點稱重傳感器改為三角形式的三點稱重傳感器，增加測量精度；

b.取消現(xiàn)場PLC系統(tǒng)，將現(xiàn)場儀表21點均改為硬線接入DCS系統(tǒng)，系統(tǒng)通過建模運算，消除虛擬增加的重量值；

c.在原流化風(fēng)管線上新增加帶上下游閥的限流孔板，用于限制和調(diào)節(jié)流化風(fēng)用量，確保流化狀態(tài)正常。

2.3 出料不暢問題分析及解決方法

儲罐穩(wěn)定就位后，系統(tǒng)會打開出料蝶閥和出料閘閥，將新鮮催化劑送至再生器，但由于再生器內(nèi)有一定壓力，每次出料結(jié)束后，催化劑會倒回至出料閘閥前，影響出料閘閥的打開和出料效果，延長了出料時間，出現(xiàn)出料不暢報警。實施的簡易改動如下：

a.在出料閘閥前后和流程中拐彎處新增3條輸送風(fēng)管線，并保持送風(fēng)壓力長期微高于再生器壓力，確保出料管線的暢通；

b.改變小型自動加料進(jìn)再生器的部位，與手動小型加催化劑和助燃劑管線分開，互不影響；

c.新增閥道反吹風(fēng)，確保閥門開關(guān)靈活；

d.將儲罐內(nèi)的聯(lián)通管線由直口改為喇叭口，出料更迅速。

以上改造方法流程簡單，操作方便，功能齊全，加料平穩(wěn)。只保留DCS系統(tǒng)的小型自動加料器與現(xiàn)場PLC控制的小型加料相比，修改參數(shù)更便捷，工藝可及時根據(jù)自身需要修改單次加料重量、單次加料時間及每日總加料次數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，使加料量更易控制且平穩(wěn)，工人勞動強度

低［3］。

改造后設(shè)備耐用性高，故障率低，便于維護(hù)。下料、稱重、流化、出料及放空等各個環(huán)節(jié)均已改進(jìn)，復(fù)雜的系統(tǒng)變得更為簡潔，通過故障現(xiàn)象判斷故障原因的過程更為直觀，自改造完畢投用以來僅出現(xiàn)一次閥卡的故障，且該故障短時間能處理好，其他部件運行正常。

本次改造投資少、維護(hù)費用低。原來計劃再采購一臺加料器作為備用，需要30萬元左右，每年的維護(hù)費用也在七八萬元，而改進(jìn)后的小型加料器每年僅耗費更換閥門填料的費用，僅1萬元左右，投資費用明顯降低。

3 小型自動加料系統(tǒng)改進(jìn)后的應(yīng)用效果

為了更加直觀地反映小型自動加料系統(tǒng)改進(jìn)后的應(yīng)用效果，選取改進(jìn)前（2014～2015年）與改進(jìn)后（2016～2018年）的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。應(yīng)用前后裝置的催化劑單耗、平衡催化劑活性和裝置總液收對比見表1。對比期間裝置無其他工藝改造，且應(yīng)用的催化劑類型保持不變。

表1 小型自動加料系統(tǒng)改造前后催化裝置關(guān)鍵數(shù)據(jù)對比

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出：

a.改造前裝置催化劑單耗較高且無規(guī)律，改造后其平均值由1.8kg/t降低至1.7kg/t，且每月催化劑單耗比較穩(wěn)定；

b.改造前裝置平衡催化劑活性較低且波動較大，改造后活性上漲至60%且每月活性比較穩(wěn)定；

c.改造前裝置總液收較低且波動較大，改造后總液收上漲約0.7%且每月總液收比較穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

生產(chǎn)運行情況表明，改進(jìn)后的小型自動加料器可以使新鮮催化劑準(zhǔn)確、均勻、平穩(wěn)地加入系統(tǒng)，降低了現(xiàn)場操作員的工作量，并且有利于催化劑的活性穩(wěn)定，從而保證裝置催化裂化反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行，實現(xiàn)降低裝置生焦的目的，最終達(dá)到提高處理負(fù)荷、降低裝置綜合能耗的效果。另一方面小型自動加料器改造投用后，有助于裝置總液收的提高、劑耗的降低，提高了經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)測算預(yù)計年增收5千萬元。