催化裂化外取熱取熱管束泄漏排查及處置分析

徐兆祥

(淮安清江石油化工有限責(zé)任公司,江蘇 淮安 223002)

清江石化重油催化裝置于2004年7月進(jìn)行技改，裝置擴(kuò)能為50×104t/a，2010年8月進(jìn)行MIP改造。裝置設(shè)計(jì)采用的原料油為蘇北常壓渣油，生產(chǎn)方案為以多產(chǎn)汽油為主，兼顧生產(chǎn)液化石油氣和柴油的方案，重油催化裝置作為清江石化的主要裝置，擔(dān)負(fù)著全廠原油二次加工的重要任務(wù)，直接影響著全公司其他裝置的運(yùn)行。催化裝置的外取熱主要擔(dān)負(fù)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(yīng)再生溫度，同時(shí)也是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施。它的使用性能好壞不但受設(shè)計(jì)、制造等因素的影響，而且還與操作狀態(tài)及運(yùn)行條件密切相關(guān)。因而要有高的安全可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命，保證催化裂化裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)。重催裝置外取熱是2010年改造更新的設(shè)備，每次檢修時(shí)對(duì)管束進(jìn)行檢查試漏，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)行至今操作平穩(wěn)。

圖1 催化裝置反再部分流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Flow diagram of the reaction part of the catalytic unit

1 泄漏判斷及處理

1.1 第一次泄漏處理

2019年4月5日發(fā)現(xiàn)再生器催化劑藏量下降很多，由之前88 t左右降到78 t左右，立即安排向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)加催化劑，提高再生器催化劑藏量，維持生產(chǎn)，但補(bǔ)完后，催化劑還是跑，藏量還是低，而且連續(xù)幾天補(bǔ)充幾次催化劑，同樣還是跑劑。見(jiàn)圖2、表1。

圖2 再生器旋分壓降與藏量變化情況圖Fig.2 The relationship between spin partial pressure drop and storage capacity of regenerator

表1 跑劑前后操作參數(shù)變化Table 1 Changes of operation parameters before and after running agent

通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)再生器的床層溫度也下降很多(見(jiàn)圖3)，由680 ℃降到670 ℃，且后部的三旋入口、煙機(jī)入口溫度高，出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，說(shuō)明出現(xiàn)尾燃現(xiàn)象。為了提高再生器床層溫度，改善催化劑燒焦效果，消除尾燃現(xiàn)象，降低外取熱流化風(fēng)量和提升風(fēng)量，以降低外取熱發(fā)汽量，提高再生器床層溫度時(shí)，發(fā)現(xiàn)外取熱流化風(fēng)、提升風(fēng)量在逐步降低的過(guò)程中，外取熱發(fā)汽始終無(wú)法降低(外取熱流化風(fēng)、提升風(fēng)已經(jīng)關(guān)到低限報(bào)警量以下)，仍保持發(fā)汽30 t/h左右。進(jìn)一步檢查相關(guān)運(yùn)行參數(shù)記錄還發(fā)現(xiàn)：稀相密度與煙氣集合管密度3日夜間同時(shí)下降(見(jiàn)圖4)，再生器旋分壓降從3日開始波動(dòng)增大(見(jiàn)圖1)，再生器旋分料退藏量同樣隨著波動(dòng)(見(jiàn)圖5)，外取熱汽包進(jìn)水量與發(fā)汽量偏差逐步增加，三旋壓降上升，雙動(dòng)滑閥開度變大(見(jiàn)圖6)。經(jīng)過(guò)此多種現(xiàn)象綜合判斷為外取熱管束泄漏[1]。

圖3 再生器床溫變化情況Fig.3 Temperature variation of regenerator bed

圖4 稀相密度與煙氣集合管密度Fig.4 Dilute phase density and flue gas manifold density

圖5 旋風(fēng)壓降與旋風(fēng)料退藏量Fig.5 Cyclone pressure drop and cyclone material withdrawal

圖6 雙動(dòng)滑閥(2只閥門)開度變化Fig.6 Variation of opening of double-acting slide valve

制定排查方案：通過(guò)室內(nèi)外配合，外操至現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于取熱管進(jìn)行憋壓法一一查漏。首先關(guān)閉上水閥門，然后迅速關(guān)閉對(duì)應(yīng)蒸汽出口閥門，觀察現(xiàn)場(chǎng)壓力表變化，如果出現(xiàn)先升高然后急劇下降的現(xiàn)象爐管必然泄漏。同時(shí)內(nèi)操在外操將爐管切出憋壓時(shí)，通過(guò)DCS參數(shù)變化判斷是否是該爐管泄漏，重點(diǎn)關(guān)注再生器壓力、再生器旋分壓降和雙動(dòng)滑閥開度，綜合判斷是否泄漏。

圖7 泄漏管束Fig.7 Leak tube bundle

經(jīng)過(guò)排查確認(rèn)是1根過(guò)熱蒸汽和1根飽和蒸汽取熱管泄漏(見(jiàn)圖7)，立即將泄漏管束切出[2]。從上表1和圖2～圖7可以看出，外取熱過(guò)熱蒸汽取熱管線泄漏，造成再生器催化劑跑損，再生器藏量下降，三旋壓降與雙動(dòng)滑閥開度增加，主要是因?yàn)檫^(guò)熱蒸汽和飽和蒸汽取熱管泄漏時(shí)，泄漏量較大，當(dāng)蒸汽遇到高溫催化劑時(shí)造成部分催化劑熱崩碎成小顆粒，再生器旋風(fēng)效果變差，小顆粒隨煙氣被排出再生器，催化劑跑損，再生器旋風(fēng)壓降波動(dòng)大和稀相密度劑煙氣集合管密度下降同樣驗(yàn)證此情況。另外取熱調(diào)整時(shí)發(fā)汽量沒(méi)有變化，床溫低，主要是因?yàn)?根蒸汽管泄漏，泄漏量大，可能造成外取熱內(nèi)催化劑流化效果好，再由于過(guò)熱管泄漏部分蒸汽直接漏出，即使關(guān)小外取熱流化風(fēng)、提升風(fēng)，但發(fā)汽并沒(méi)有減小，造成再生器內(nèi)大量熱量被取熱發(fā)汽，使得再生器床溫低。

1.2 第二次處理

5月16日發(fā)現(xiàn)三旋壓降逐步由18升高到20 kPa，雙動(dòng)滑閥開度由21%上升到23.5%，再生器床層溫度682 ℃，外取熱進(jìn)水與發(fā)汽偏差由3 t/h到7 t/h，但此次再生器藏量沒(méi)有發(fā)生變化。

表2 泄漏前后操作參數(shù)變化Table 2 Changes of operation parameters before and after leakage

表2中雙動(dòng)滑閥泄漏前開度增加主要是加工量比4月份高，主風(fēng)量提高。現(xiàn)場(chǎng)排查后發(fā)現(xiàn)是1根飽和蒸汽管束泄漏，立即切出。從上表看出，泄漏后床溫下降很多，雙動(dòng)滑閥和三旋壓降立即上升，但本次泄漏再生器藏量沒(méi)有變化，說(shuō)明此根飽和汽管束泄漏并沒(méi)有造成催化劑跑損。另管束泄漏后外取熱進(jìn)水量增大，而且進(jìn)水量與發(fā)汽量偏差增加，在泄漏管束切出后偏差減小，也進(jìn)一步證明切出的管束是泄漏的，排查切出的管束是正確的。

圖8 外取熱管束分布圖Fig.8 Distribution diagram of external heat pipe bundle

6月2日、18日發(fā)現(xiàn)同樣情況，依次切出2根飽和汽取熱管，因此共切出5根：依次過(guò)熱汽管束18#和飽和汽管束13#、1#、12#、11#。外取熱管束分布圖如圖8所示。

2 原因分析

(1)外取熱管束使用壽命為4年(設(shè)計(jì)圖紙注明)，此管束從2010年至今一直在使用，沒(méi)有更換，使用時(shí)間長(zhǎng)，而且到今年外取熱已經(jīng)使用基本達(dá)到9年，所以最主要的原因就是使用時(shí)間長(zhǎng)[3]。

(2)外取熱泄漏后，蒸汽或水漏進(jìn)再生器內(nèi)，造成煙氣總量增加，導(dǎo)致三旋壓降上升，雙動(dòng)滑閥開度增加，再生器床溫下降，同時(shí)造成了進(jìn)水量變大，發(fā)汽并沒(méi)有增加，即進(jìn)水量與發(fā)汽量偏差增大。

(3)當(dāng)一管束發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏出蒸汽或水汽混合物，沖刷周邊取熱管，加上取熱管周圍的流動(dòng)的高溫催化劑，加速對(duì)取熱管束磨損，造成原泄漏管束周圍的管束發(fā)生泄漏。本次泄漏時(shí)排查的重點(diǎn)都是泄漏點(diǎn)周圍的管束，如圖8中本次切出的管束基本都是13#周圍的管束。

(4)當(dāng)再生器內(nèi)高溫的催化劑遇到取熱管泄漏出物料時(shí)，由于溫差大，造成高溫催化劑熱崩，催化劑細(xì)粉量增加，催化劑跑損量增加，再生器內(nèi)催化劑藏量減少。

3 結(jié)論及操作管理[4]

由于外取熱運(yùn)行周期長(zhǎng)，老化造成取熱管束泄漏是最主要的原因。為了保證裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行，制定了控制措施如下：

(1)嚴(yán)格控制外取熱發(fā)汽負(fù)荷[5]，不得超過(guò)26 t/h。

(2)根據(jù)外取熱發(fā)汽負(fù)荷，控制加工量，保證催化劑再生系統(tǒng)不超溫。

(3)除現(xiàn)有操作記錄報(bào)表記錄的數(shù)據(jù)，另增加操作參數(shù)記錄，密切監(jiān)控外取熱運(yùn)行狀態(tài)。

(4)現(xiàn)場(chǎng)增加巡檢點(diǎn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)控。

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行此要求，外取熱沒(méi)有再出現(xiàn)漏點(diǎn)，持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，直到2020年3月計(jì)劃?rùn)z修將管束進(jìn)行更換。