催化裂化裝置外取熱器泄漏的判斷與處理

吳 磊，董四強(qiáng)，文 旭，徐海龍

（中國(guó)石油廣西石化公司，廣西 欽州 535000）

1 裝置簡(jiǎn)介

催化裂化裝置是煉油企業(yè)中最重要的石油二次加工裝置。催化裝置的外取熱器是確保催化裝置平穩(wěn)操作、安全運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，同時(shí)也是一個(gè)重要的節(jié)能設(shè)備[1]，它的運(yùn)行狀況對(duì)降低裝置的能耗、物耗有很大的作用[2]。

某石化公司350萬(wàn)t·a-1重油催化裂化裝置，由反應(yīng)再生、分餾、吸收穩(wěn)定、雙脫、富氣壓縮機(jī)組、煙氣能量回收機(jī)組及煙氣鍋爐等組成。采用高溫短接觸時(shí)間的提升管反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間控制在3.5s，再生部分采用重疊式兩段再生工藝，為有效控制再生溫度，設(shè)置了2臺(tái)外取熱器。該外取熱器采用取熱量可靈活調(diào)節(jié)的全重力流密相催化劑取熱技術(shù)[3]。外取熱器的流化風(fēng)使用全廠工業(yè)風(fēng)，汽水系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)，以保證取熱器管束內(nèi)的汽水分配均勻。外取熱器為UOP專利設(shè)備，單臺(tái)設(shè)計(jì)負(fù)荷58.6MW（外取產(chǎn)汽口產(chǎn)汽量124.817t·h-1，外取汽包最大產(chǎn)汽量90t·h-1），殼體直徑2.74m。

為維護(hù)兩器熱平衡，增加操作靈活性，在第一再生器旁設(shè)置了可調(diào)熱量的2臺(tái)外取熱器。由第一再生器床層引出的高溫催化劑流入外取熱器后，自上而下流動(dòng)。取熱管浸沒(méi)于流化床內(nèi)，取熱器通入流化空氣，以維持良好的流化。流化床催化劑對(duì)取熱管進(jìn)行良好傳熱，經(jīng)換熱后催化劑降溫，通過(guò)外取熱器的下斜管及下滑閥進(jìn)入第二再生器密相床。外取熱器用的脫氧水，經(jīng)重壓鍋爐給水泵加壓后進(jìn)入汽包，與外取熱器換熱出來(lái)的汽-水混合物混合、傳熱并進(jìn)行汽、液分離后，產(chǎn)生的3.82MPa、285℃飽和蒸汽送至蒸汽過(guò)熱鍋爐過(guò)熱。外取熱器的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 外取熱器的工藝流程

2 外取熱器泄漏的危害

2.1 催化劑熱崩、跑損

汽包中的水、汽混合物從換熱管束內(nèi)漏進(jìn)入外取熱器后，與高溫催化劑接觸，造成催化劑熱崩，改變了催化劑的粒度分布，使20μm以下的催化劑的占比上升。隨著催化劑大量熱崩，催化劑的活性隨之下降，反應(yīng)深度發(fā)生改變。一方面，隨著催化劑熱崩，催化劑的細(xì)粉含量增加，而20μm以下的催化劑不易被旋風(fēng)分離器分離，導(dǎo)致更容易跑劑。另一方面，大量的水、汽內(nèi)漏進(jìn)入外取熱器后急劇汽化，造成旋風(fēng)器壓降增加，線速增加，旋風(fēng)分離器偏離工作性能曲線，形成二次夾帶。同時(shí)線速過(guò)高也易造成催化劑磨損，使得旋風(fēng)分離器的負(fù)荷增加，易造成催化劑大量跑損。

2.2 流化異常，煙機(jī)結(jié)垢

大量除氧水內(nèi)漏進(jìn)入外取熱器后急劇汽化，造成再生器壓力異常上升，催化劑流動(dòng)的推動(dòng)力減小，易導(dǎo)致催化劑架橋等事故，如果處理不及時(shí)，會(huì)造成設(shè)備超壓及裝置的非計(jì)劃停工。催化劑跑損導(dǎo)致三旋入口的粉塵濃度高，三旋回收效率下降，大量催化劑細(xì)粉顆粒進(jìn)入煙機(jī)，使得煙機(jī)的結(jié)垢速度加快。而且大量催化劑細(xì)粉進(jìn)入煙機(jī)后，會(huì)磨損煙機(jī)葉片，影響煙機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2.3 水汽系統(tǒng)大幅波動(dòng)

外取熱器發(fā)生內(nèi)漏，會(huì)使汽包的上水量增大，鍋爐給水泵的出口壓力下降，負(fù)荷上升。如果調(diào)節(jié)不及時(shí)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成汽包液位為空。另外，隨著外取熱器內(nèi)漏，大量除氧水在外取熱器中汽化，大量熱量進(jìn)入再生煙氣，造成產(chǎn)汽量下降，如果不及時(shí)引進(jìn)系統(tǒng)蒸汽，會(huì)發(fā)生氣壓機(jī)停機(jī)等次生事故。

2.4 排放超標(biāo)

大量跑損的催化劑隨著再生煙氣進(jìn)入余鍋脫硝段，會(huì)在脫硝段沉積，使得再生煙氣與脫硝催化劑的接觸面積減小。如果主操未及時(shí)進(jìn)行，不僅會(huì)使余鍋省煤段結(jié)鹽結(jié)垢，還會(huì)使外排煙氣的氮氧化物超標(biāo)。如果催化劑長(zhǎng)時(shí)間大量跑損，跑損的催化劑隨著煙氣進(jìn)入脫硫段后，會(huì)使洗滌塔循環(huán)漿液的固體懸浮物超標(biāo)，還會(huì)使外排煙氣中的二氧化硫超標(biāo)。

3 外取熱器的泄漏判斷

3.1 再生器的煙氣粉塵濃度上升

外取熱器水管泄漏后，高壓水蒸氣從泄漏口高速噴出，導(dǎo)致催化劑破損，再生器煙氣中催化劑的粉塵濃度會(huì)增加。圖2為再生器煙氣中的粉塵濃度趨勢(shì)圖，由圖2可知，正常操作期間，再生煙氣中的粉塵濃度含量為310～330 mg·Nm-3，1:55開(kāi)始，粉塵濃度開(kāi)始緩慢上升，由330mg·Nm-3上升至370mg·Nm-3，說(shuō)明外取熱器可能發(fā)生了泄漏。

圖2 煙氣中粉塵濃度

3.2 煙機(jī)入口蝶閥的開(kāi)度上升

再生器壓力的調(diào)節(jié)，可通過(guò)調(diào)節(jié)器分程控制煙機(jī)旁路的大小蝶閥和煙機(jī)入口蝶閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)壓力升高時(shí)，煙機(jī)入口蝶閥的開(kāi)度增加。外取熱器水管泄漏后，高壓水蒸氣從泄漏口高速噴出，隨催化劑進(jìn)入再生器中，導(dǎo)致壓力快速上升。圖3為煙機(jī)入口蝶閥的開(kāi)度趨勢(shì)圖，由圖3可知，正常操作期間，煙機(jī)入口蝶閥的開(kāi)度為37%～39%，1:55開(kāi)始，蝶閥開(kāi)度緩慢上升，由38%上升至47%，說(shuō)明外取熱器可能發(fā)生了泄漏。

圖3 煙機(jī)入口蝶閥開(kāi)度

3.3 主風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率下降

煙氣能量回收機(jī)組采用三機(jī)組形式，即煙汽輪機(jī)+軸流主風(fēng)機(jī)+增速箱+電動(dòng)機(jī)。正常操作時(shí)，主風(fēng)機(jī)流量通過(guò)主風(fēng)機(jī)靜葉角度和煙機(jī)入口蝶閥開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)外取熱器水管泄漏時(shí)，再生器壓力升高，煙機(jī)入口蝶閥開(kāi)度加大，煙機(jī)做功增加，為保持主風(fēng)量穩(wěn)定，電機(jī)功率下降。圖4為主風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率趨勢(shì)圖，由圖4可知，正常操作期間、處理量恒定時(shí)，電機(jī)功率約為6500kW·h-1，1:55開(kāi)始，電機(jī)功率緩慢下降，由6500kW·h-1下降至4800kW·h-1，說(shuō)明外取熱器可能發(fā)生了泄漏。

圖4 主風(fēng)機(jī)電機(jī)功率趨勢(shì)圖

3.4 外取熱器上水量大于產(chǎn)汽量

汽包液位與蒸汽流量、給水流量共同組成汽包三沖量控制系統(tǒng)。汽包水位根據(jù)該汽包的蒸汽流量及給水流量的變化，控制汽包給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。當(dāng)外取熱器發(fā)生泄漏后，蒸汽泄漏至再生器內(nèi)，產(chǎn)汽量減小，為維持水位在正常范圍，上水量會(huì)增大。圖5為汽包上水量與產(chǎn)汽量的趨勢(shì)圖，由圖5可知，正常操作時(shí)汽包上水量約60t·h-1，略小于產(chǎn)汽量。1：30開(kāi)始，汽包上水量明顯大于產(chǎn)汽量，且偏差度越來(lái)越大，說(shuō)明外取熱器可能發(fā)生了泄漏。

圖5 汽包上水量與產(chǎn)汽量趨勢(shì)圖

3.5 相應(yīng)措施

判斷外取熱器發(fā)生內(nèi)漏后應(yīng)立即聯(lián)系調(diào)度。催化外取熱器泄漏時(shí)，需要將其切除，同時(shí)降低裝置處理量20t·h-1，中壓蒸汽降低50～70t·h-1。再生溫度由另一臺(tái)外取熱器控制，應(yīng)緩慢關(guān)閉流化風(fēng)控制閥，調(diào)整量為0.5Nm3·min-1；緩慢關(guān)閉外取熱器滑閥，每次的調(diào)整量為1%～2%。根據(jù)汽包液位，及時(shí)調(diào)整上水閥，控制汽包液位為30%～70%。外取熱器溫度降到200℃，即停用外取熱器強(qiáng)制循環(huán)水泵。再生器的燒焦能力決定裝置的處理量，在一臺(tái)外取熱器切除的情況下，由于裝置取熱受限，處理量由405t·h-1降低至395t·h-1，主風(fēng)量由5700Nm3·min-1降低至5000Nm3·min-1。為提高裝置處理量，保證全廠的物料平衡，催化裝置應(yīng)對(duì)進(jìn)料及操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化：

1）回?zé)捰陀?2t·h-1降低至5～10t·h-1，冷蠟線為重芳烴，為10～20t·h-1。

2）提高另一臺(tái)外取熱器的取熱量，設(shè)計(jì)最大產(chǎn)汽量為90t·h-1，正?？刂茷?0～90t·h-1。

3）降低提升管的進(jìn)料溫度為220～222℃，提高劑油比，以提高催化劑的循環(huán)速率。

4）控制再生煙氣的CO濃度為4.8%～5.7%，在保證二再不尾燃的情況下，控制較高的CO濃度，將再生器中的熱量轉(zhuǎn)移至CO焚燒爐中。

采用上述操作處理后，由表1可以看出，優(yōu)化后的液體收率明顯大于泄漏后的收率。

表1 催化外取泄漏對(duì)產(chǎn)品分布的影響 /t·h-1

4 設(shè)備檢查結(jié)果

泄漏的外取熱器切除后，再生器的熱負(fù)荷受限，操作彈性減小。為保證催化裝置能正常穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)外取熱器進(jìn)行了停工檢修，可以看出外取熱器水管確實(shí)發(fā)生了泄漏，證明上述分析判斷準(zhǔn)確。（圖6）

圖6 外取熱器泄漏圖片

5 結(jié)論

1）要加強(qiáng)對(duì)裝置操作過(guò)程中的煙氣粉塵濃度、煙機(jī)入口蝶閥開(kāi)度、主風(fēng)機(jī)電機(jī)功率、汽包上水量與產(chǎn)汽量等運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控，當(dāng)操作指標(biāo)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析判斷。

2）外取熱器出現(xiàn)泄漏后，要及時(shí)進(jìn)行判斷并確認(rèn)。同時(shí)要切除泄漏的外取熱器，以防止水汽介質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)入再生器系統(tǒng)，造成生產(chǎn)操作波動(dòng)和環(huán)保指標(biāo)超標(biāo)。

3）采取了降低裝置的處理量、提高另一臺(tái)外取熱量的取熱量、提高劑油比、控制較高的CO濃度等措施后，同時(shí)綜合考慮了裝置的安全運(yùn)行和增加液體收率之間的操作平衡點(diǎn)，液體收率得到提高，保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。