催化裂化再生斜立管外壁超溫原因分析與對策

張成林

(中國石化九江分公司,江西九江 332004)

2011年，某石化公司對1#催化裂化裝置(以下簡稱“1#催化裝置”)進行了MIP-DCR工藝技術改造，異地新建了反應器和再生器，改造后的反應器和再生器為同高并列式，反應器為內提升管結構，再生器為燒焦罐加二密床兩段再生結構，同時將再生斜管改成再生斜立管，為了提高再生斜立管的脫氣效果，在再生斜立管內增設了脫氣管。2011年裝置開工，在反應器和再生器轉催化劑后，發(fā)現(xiàn)再生斜立管底部外壁有超溫區(qū)域，繼續(xù)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)再生斜立管上部外壁也出現(xiàn)超溫區(qū)域，且超溫面積逐漸擴大，超溫處最高點溫度達550 ℃，局部區(qū)域出現(xiàn)了鼓包變形。為了確保裝置安全運行，對再生斜立管進行了外部包盒子處理。2013年裝置檢修時，對再生斜立管進行了整體更換，但裝置開工后仍出現(xiàn)再生斜立管外壁超溫問題。為了徹底解決再生斜立管外壁超溫隱患，某石化公司組織人員從再生斜立管的結構、襯里施工以及工藝操作等方面進行了全面分析，找到了超溫的原因，同時提出了解決方案。按新方案整體更換后的再生斜立管，外壁未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

1 再生斜立管運行情況

1.1 再生斜立管結構及作用

再生斜立管是催化裂化裝置兩器催化劑循環(huán)流化輸送的關鍵設備之一，由筒體、導氣管、支架、松動管、膨脹節(jié)、彈簧支架及滑閥組成，其主要結構如圖1所示。

圖1 再生斜立管結構

再生斜立管是反再系統(tǒng)輸送催化劑的主動脈，再生器二密相催化劑經(jīng)淹流管進入再生斜立管，通過再生滑閥控制流量與冷催化劑預混合，再經(jīng)預提升段加速進入提升管反應器完成催化劑輸送過程，如圖2所示。

圖2 再生斜立管工藝原理

1.2 再生斜立管外壁超溫情況

2011年1#催化裝置改造，開工投料后，再生器和反應器熱點檢查時發(fā)現(xiàn)再生斜立管直管段外壁有2處面積約0.5 m2熱點超溫區(qū)域，超溫區(qū)域壁溫為350～400 ℃(正常壁溫為150～170 ℃)，之后超溫區(qū)域面積逐漸擴大，后期超溫區(qū)域擴展到整個斜立管的60%，局部發(fā)生鼓包現(xiàn)象，超溫區(qū)域主要集中在再生斜立管靠導氣管直管段外壁區(qū)域，如圖3所示。同時，在運行過程中，還發(fā)現(xiàn)再生斜立管有不規(guī)則晃動及內部異常聲響，靠近斜立管平臺有明顯振動。

圖3 再生斜立管外壁超溫區(qū)域示意

1.3 再生斜立管檢修鑒定情況

2013年，裝置檢修對再生斜立管了進行整體更換，現(xiàn)場對老再生斜立管解體進行鑒定，主要檢查情況：①再生斜立管襯里情況，靠近導氣管一側襯里破損嚴重，局部襯里掏空，有一條貫穿整個斜立管的縱向裂紋，裂紋寬度為2～8 mm，裂紋深度為10～150 mm，從襯里取樣，襯里表面有粉化現(xiàn)象，剖面內部結構疏松，其它部位襯里情況整體結構比較完整；②保溫錨固釘個別有沖刷現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)錨固釘脫焊斷裂情況；③導氣管支架梁變形嚴重，脫氣管支架B-2和B-3嚴重變形、B-4和A-2支架梁脫焊損壞，B-1和A-1支架比較完好。導氣管本體狀況正常。如圖4、圖5所示。

圖4 導氣管固定支架處的襯里松動

圖5 襯里掏空

2 再生斜立管管壁超溫原因分析

2.1 再生斜立管內脫氣管支架結構

再生斜立管內的導氣管支架結構簡單，但作用尤其重要。管道支架一般是用于支撐、懸掛防止管道設備滑落的一種特種構件，不僅要求能有足夠的懸掛載重強度，還應有良好的減振導向作用，同時能釋放管道的熱膨脹位移。再生斜立管內的導氣管支架原設計為井字形導向板支架。從檢修現(xiàn)場鑒定情況分析認為，因支架設置數(shù)量和支架設置結構不合理，導氣管振動能量和熱膨脹位移無法釋放，長時間應力作用于支架上，導致再生斜立管襯里被拉裂、支架被損壞,導致再生斜立管管壁超溫。經(jīng)設計單位應力核算，主要原因是支架設置數(shù)量和結構及強度設計方面存在不合理性。

2.2 再生斜立管襯里施工情況

催化裂化反再系統(tǒng)的再生器和反應器襯里質量的好壞直接影響到裝置的平穩(wěn)操作和設備的使用壽命，造成襯里損壞的主要原因有：保溫釘焊接質量、襯里強度、襯里材料、施工質量等[1]。從再生器和反應器檢修鑒定情況發(fā)現(xiàn)，再生斜立管筒體開口及接口等特殊部位襯里破損嚴重，存在保溫釘脫落現(xiàn)象。與此同時，查閱再生斜立管開工升溫曲線發(fā)現(xiàn)，常溫到110 ℃升溫速度明顯高于10 ℃/h，恒溫脫出游離水時間沒達到升溫曲線15 h要求。分析原因認為：保溫釘施工質量問題，升溫曲線達不到要求，導致襯里強度不能滿足改造后苛刻的運行工況，是造成再生斜立管襯里破損的主要原因[2]。

2.3 再生斜立管催化劑輸送流化狀況

再生斜管改造成再生斜立管后，由于再生催化劑在輸送管內的流化過程有較大區(qū)別，為保證良好流化效果，再生斜立管內增加了導氣管，見圖6。同時，受系統(tǒng)工藝操作波動、松動點投用數(shù)量、脫氣蒸汽流量等影響，流化輸送氣固并存形成湍流，導致立管不同截面介質的密度及壓降波動幅度較大，引起導氣管負荷不穩(wěn)定，最后造成導氣管抖動并引起斜立管抖動，導氣管持續(xù)抖動，應力作用于支撐架，降低再生斜立管襯里強度，導致襯里開裂并脫落。

圖6 再生立管和斜管結構形式

3 再生斜立管管壁超溫對策

3.1 再生斜立管導氣管支架結構的調整

針對再生斜立管振動及導氣管支架損壞問題，為減小脫氣管振動，在脫氣管支架的兩塊管架板上增加南、北向兩塊筋板，材質、厚度、高度與原管架板保持一致。同時，在確保導氣管支架滿足載荷強度的前提下，又能很好地釋放導氣管產(chǎn)生的縱向熱膨脹位移，結合現(xiàn)場鑒定情況，對支架結構型式進行調整，導氣管B-1、A-1支架結構保持活動導向支架，B-2、B-3、B-4、A-2結構改為導向環(huán)支架型式，如圖7所示。這樣既保證了導氣管的懸掛載重強度，又解決導氣管的熱膨脹及穩(wěn)定性。

圖7 再生斜立管內的脫氣管支架結構示意

3.2 再生斜立管襯里施工方案的改進

針對再生斜立管襯里強度存在不能適應改造后的苛刻運行工況，改進襯里施工方案，提高襯里結構強度，是確保襯里運行使用壽命的關鍵。

3.2.1調整襯里施工方式

襯里強度與襯里施工方式有著直接的關系，襯里的施工方式主要有：機械噴涂、人工涂抹搗制及支模機械振搗。不同施工方式的襯里強度有較大區(qū)別，如表1所示。

表1 襯里強度

襯里強度與襯里施工方式有著直接關系。老斜立管襯里施工方式是采取水平臥置隔熱耐磨單層人工搗制的方式整體施工。新再生斜立管施工方案改為直立隔熱耐磨雙層支模機械振動搗制方式施工。具體是將再生斜立管筒體分4節(jié)制造，每節(jié)約7 000 mm，逐段進行襯里施工垂直組裝，為確保施工連續(xù)性，每環(huán)支模高度為1 200 mm，襯里料采用機械強制攪拌，使用機械振搗棒支模澆注振搗施工，要求每節(jié)立管襯里60 min內施工完成。

3.2.2調整保溫錨固釘矩陣分布

因為再生斜立管工況及內部結構特殊，對襯里錨固釘?shù)膹姸忍岢隽烁叩囊?。保溫錨固釘矩陣分布對襯里強度和耐剝落有較大影響，老再生斜管設計錨固釘矩陣分布間距為120 mm×120 mm，考慮安裝部位及工況特殊性，新再生斜立管施工方案對保溫釘分布進行了加密，間距改為100 mm×100 mm，尤其對導氣管支架的管架梁、筒體開口及接口等部位再度加密為80 mm×80 mm間距。采用的錨固釘型式為側拉圓環(huán)錨固釘，型號為ZS304。矩陣分布按介質流向排布標線，為確保襯里有足夠的強度打下了基礎。

3.2.3調整襯里烘干的升溫及降溫曲線

襯里的烘干過程對襯里的整體強度有較大影響，因此襯里烘干升溫及降溫曲線的方案選擇尤為重要[3]，從現(xiàn)場鑒定情況來看，襯里孔隙及裂紋較多。參考技術規(guī)范和結合現(xiàn)場鑒定實際情況對升溫及降溫曲線進行了調整，采用框式電加熱器電加熱方式進行烘干，按工藝曲線由微電腦自動控制進行升降溫操作，并間歇性通過風扇排出立管內的高溫水汽。在烘干過程中，再生斜立管管壁上的所有開孔處于開放狀態(tài)，以便于水汽的排出。完成襯里施工后，安裝斜管內導氣管，降低了襯里施工難度。對比改造前后升溫及降溫曲線如表2和圖8所示。

表2 改造前后升溫及降溫對照

圖8 改進前后襯里升降溫曲線對比

3.3 再生斜立管工藝操作

結合實際操作及上述原因分析，維持兩器催化劑藏量及床層流化的穩(wěn)定，反再壓力及溫度平衡是確保再生斜立管運行流化平穩(wěn)的基礎。再生斜立管松動點數(shù)量及設置結構是影響斜立管工況不可輕視的條件。主要操作調整措施為：①再生器和反應器壓力及溫度控制調節(jié)應緩慢，控制催化劑藏量及床層密度相對保持穩(wěn)定；②對再生斜立管松動點的流量調節(jié)，區(qū)別敏感松動點與一般松動點的合理分配供風(汽)，敏感松動點是指再生斜立管彎頭、滑閥入口及變徑松動點，其它為一般松動點；③加強催化劑在再生斜立管中流動輸送狀態(tài)監(jiān)控，出現(xiàn)密度波動增大，及時緩慢調整再生滑閥開度，及時調整松動點的蒸汽流量；④正常狀態(tài)下，再生斜立管各松動點盡可能維持較小流量運行，尤其是導氣管松動點的通風(蒸)流量，避免造成導氣管負荷不穩(wěn)定，造成再生斜立管密度波動影響流化造成催化劑輸送工況不定。

4 結語

1#催化裝置再生斜立管在采取一系列措施后未出現(xiàn)超溫等情況，連續(xù)平穩(wěn)運行300多天，檢測外壁平均溫度范圍在180～250 ℃，小于外壁設計值溫度350 ℃[4]，證明以上措施是行之有效的。隨著催化裂化裝置運行及檢修周期的延長，對設備的安全性要求越來越高，科學的襯里施工方式、嚴格的質量把關及規(guī)范的工藝操作，是延長再生斜立管使用壽命的基礎。