催化裂化裝置煙氣輪機(jī)結(jié)垢原因分析與對(duì)策

梁忠林

（中國石油廣東石化公司，廣東揭陽 515200）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗量也在不斷增加。石油作為一種重要的化工原料和燃料，在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，而煉油企業(yè)是一個(gè)國家石油化工產(chǎn)業(yè)鏈上最主要的組成部分，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含油、含塵廢氣及廢渣等污染物排放到大氣環(huán)境中造成環(huán)境污染。

某石化公司30 萬噸/年催化裂化裝置中，煙機(jī)是重要的工藝設(shè)備之一。由于催化裂化裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中存在大量粉塵和高溫氣體，因此會(huì)導(dǎo)致煙機(jī)出現(xiàn)不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象。而且，隨著時(shí)間推移，這些結(jié)垢物會(huì)逐漸增多、變厚，嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞整個(gè)流道，使得煙氣流量減小或中斷，進(jìn)而造成裝置被迫停工檢修。為了保證催化裂化裝置能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，必須及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。本文針對(duì)催化裂化裝置煙氣輪機(jī)結(jié)垢問題展開研究，并結(jié)合實(shí)際情況提出相應(yīng)的解決方案。通過對(duì)催化裂化裝置煙氣輪機(jī)結(jié)垢現(xiàn)狀以及產(chǎn)生原因的深入分析，找出具體的解決方法，以便更好地提高裝置運(yùn)行效率，降低其故障率。

1 煙機(jī)結(jié)垢成因及除垢方法

為了進(jìn)一步確定煙機(jī)結(jié)垢的具體情況，對(duì)該裝置煙機(jī)進(jìn)行全面檢查。通過對(duì)煙機(jī)運(yùn)行狀況、煙氣流動(dòng)狀態(tài)等方面進(jìn)行綜合分析后發(fā)現(xiàn)：在煙機(jī)正常工作時(shí)，煙氣經(jīng)過導(dǎo)流板進(jìn)入轉(zhuǎn)輪內(nèi)部，而當(dāng)煙機(jī)出現(xiàn)故障或異常停車時(shí)，受外界因素干擾和影響，煙氣不能及時(shí)排出，造成煙氣中夾帶大量灰塵顆粒，并且隨著時(shí)間推移，這些灰塵顆粒逐漸沉積下來形成垢層。煙氣輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括殼體部分、葉片部分以及軸系部分，結(jié)垢部位如圖1 所示。

圖1 煙氣輪機(jī)結(jié)垢部位

通過對(duì)該裝置煙機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，采用X 射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）、能譜分析儀（EDAX）等設(shè)備對(duì)煙機(jī)結(jié)垢樣品進(jìn)行檢測分析，結(jié)果表明，煙機(jī)葉輪葉片上沉積的物質(zhì)以CaO 為主要成分，此外還包括少量的Fe2O3、NiO、ZnO 等雜質(zhì)。由于煙機(jī)葉輪葉片材料特殊，無法使用常規(guī)清洗方法去除，只能選擇物理除垢法來解決。首先將葉輪拆解下來后用去離子水沖洗干凈再放入超聲波清洗器中超聲振蕩1 h，然后利用高壓空氣吹干備用。最后選取合適濃度的草酸溶液浸泡煙機(jī)葉輪一段時(shí)間，使得煙機(jī)內(nèi)壁形成一層致密堅(jiān)硬的保護(hù)膜，達(dá)到防止煙機(jī)再次被堵塞的目的。

2 原因分析和措施

2.1 催化劑問題

2.1.1 催化劑結(jié)垢

對(duì)于催化裂化裝置煙氣輪機(jī)的結(jié)垢問題，在進(jìn)行了大量的調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致結(jié)垢現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是催化劑中含有一定量的水蒸氣。為了減少催化劑中水分的含量，需要做好以下工作：首先是要保證催化劑的干燥程度達(dá)到要求；其次是通過提高催化劑的溫度來降低其中的含水量；最后是加強(qiáng)對(duì)催化劑質(zhì)量的控制力度。只有這樣才能有效避免催化劑中存在過多的水汽而造成催化劑結(jié)垢，從而延長催化劑的使用壽命，催化裂化裝置原料及產(chǎn)物分布見表1。

2.1.2 反應(yīng)再生系統(tǒng)操作條件

通過分析裝置內(nèi)的催化劑、工藝流程，發(fā)現(xiàn)煙機(jī)結(jié)垢的另一個(gè)原因是裝置內(nèi)的溫度過高。因此，在日常生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)再生系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，降低煙氣溫度，從而減少或避免因溫度高造成的結(jié)垢。具體措施如下：①加強(qiáng)對(duì)裝置各設(shè)備的巡檢工作；②定期檢查并及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的密封件；③保證裝置內(nèi)催化劑床層的溫度低于露點(diǎn)以下5 ℃以上。還要注意防止催化劑顆粒進(jìn)入煙氣流場中。另外，為了防止煙氣冷凝后進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部，將其出口壓力提高至0.6 MPa 左右。

2.1.3 設(shè)備改進(jìn)

通過以上分析可知，導(dǎo)致催化裂化裝置煙氣輪機(jī)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象的主要原因是催化劑在使用過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的SOx氣體。而這些SOx氣體會(huì)隨著煙氣一起進(jìn)入煙機(jī)內(nèi)部，并附著在煙機(jī)內(nèi)壁形成一層厚厚的污垢。為了減少這種情況的發(fā)生，需要采取有效措施，保證裝置的正常運(yùn)行。具體來說，首先要做的就是對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理，清除其中的雜質(zhì)，然后再利用催化劑對(duì)其進(jìn)行再次加工，另外還應(yīng)該定期清洗煙機(jī)，以避免污垢的進(jìn)一步增加。

2.2 控制平衡催化劑稀土和磷的含量

通過以上分析可知煙機(jī)結(jié)垢的主要原因是煙氣中的SOx、NH3等物質(zhì)進(jìn)入催化劑表面造成。因此，為減少這些物質(zhì)在催化劑表面沉積，就要降低催化劑中稀土和磷的含量。為此采取以下措施：①嚴(yán)格控制原料油中氯元素含量；②加強(qiáng)工藝調(diào)整，提高催化劑活性，使催化劑保持較高的活性；③定期檢查催化劑性能，及時(shí)更換老化的催化劑。通過采取以上措施，可以有效防止催化劑沉積物過多，從而避免煙機(jī)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。

2.3 控制平衡催化劑中鈣、釩、鈉、鐵的含量

（1）控制原料質(zhì)量。造成煙機(jī)結(jié)垢的主要原因是催化劑中含有大量的SiO2，因此在選擇原料時(shí)應(yīng)該盡量避免。如果非要用到這種原料，就要嚴(yán)格控制其質(zhì)量，只有這樣才能從根本上解決問題。另外，還可以采取一些其他的方法來減少或者防止催化劑中硅元素進(jìn)入氣輪機(jī)。比如可以將原料進(jìn)行預(yù)處理，加入反應(yīng)器之前先除去其中的雜質(zhì)等，可有效降低或消除硅元素對(duì)煙機(jī)產(chǎn)生的不利影響，達(dá)到預(yù)防結(jié)垢、延長煙機(jī)壽命以及提高裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的目的。

（2）加強(qiáng)對(duì)常減壓蒸餾裝置電脫鹽的監(jiān)控。在催化劑生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品品質(zhì)，需要嚴(yán)格控制原料油的質(zhì)量。由于催化裂化裝置使用的是進(jìn)口原油，因此，原油中可能會(huì)含有一定量的雜質(zhì)，這些物質(zhì)如果進(jìn)入到煙機(jī)系統(tǒng)，很容易導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。通過對(duì)裝置進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，造成這一問題的主要因素就是裝置內(nèi)部的電脫鹽設(shè)施不夠完善，無法有效去除其中的雜質(zhì)。

（3）優(yōu)選脫鈣劑。導(dǎo)致煙機(jī)結(jié)垢的主要因素是煙氣中含有大量的CaO。為了解決這一問題，需要在煙氣進(jìn)入催化裂化裝置之前加入一些脫鈣劑來降低煙氣中的鈣離子濃度，這樣就能夠有效減少結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，保證裝置正常運(yùn)行，同時(shí)也可以降低經(jīng)濟(jì)損失。

（4）加大催化劑用量和使用重金屬含量低的平衡催化劑。由于催化劑是煙機(jī)運(yùn)行中最重要的組成部分，因此要想減少煙機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象就必須提高催化劑的質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中可以通過以下3 個(gè)方面進(jìn)行改善：①增加催化劑的數(shù)量；②降低催化劑中的重金屬含量；③選擇合適的催化劑型號(hào)。只有將這3 個(gè)因素同時(shí)考慮到才能夠從根本上解決問題。另外還需要注意，如果在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)催化劑中毒或者活性下降等情況，也會(huì)導(dǎo)致催化劑失活從而引發(fā)煙機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。因此，為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該盡量保證催化劑處于良好的狀態(tài)。此外，還需要加強(qiáng)對(duì)催化劑的管理力度，定期做好檢查及更換工作，以防止催化劑中毒或失效。

（5）油漿盡量不回?zé)?，加大油漿外甩量，在保證裝置正常運(yùn)行的前提下，盡可能減少油漿中焦粉、瀝青質(zhì)等雜質(zhì)的含量。同時(shí)，通過提高油漿外甩量來降低油漿中物質(zhì)的含量，從而達(dá)到防止或延緩結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生的目的。另外，還要加強(qiáng)對(duì)原料油性質(zhì)及加工工藝條件的控制，避免因原料性質(zhì)變化造成結(jié)垢。由于煉油廠催化裂化工藝流程較長，且各工序之間物料存在一定的交叉影響，因此，為了確保整個(gè)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取相應(yīng)的技術(shù)手段，將各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的油漿進(jìn)行有效分離。由于催化裂化裝置是一個(gè)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，因此，必須確保油漿質(zhì)量合格后再進(jìn)行外甩處理，以免影響到后續(xù)工序的正常運(yùn)行。

（6）使用抗鈉和鈣的金屬鈍化劑和催化劑，由于催化裂化裝置煙氣中含有大量鹽類物質(zhì)，會(huì)在煙機(jī)內(nèi)部沉積，造成煙機(jī)內(nèi)壁腐蝕。而且隨著時(shí)間的推移還會(huì)逐漸增加，最終導(dǎo)致催化劑中毒失活，使得催化劑活性降低，從而影響了整個(gè)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，向煙機(jī)內(nèi)部加入適量的抗鈉和鈣的金屬鈍化劑可以有效防止煙機(jī)內(nèi)部積聚過多的鹽類物質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到緩解或者消除煙機(jī)內(nèi)部結(jié)垢現(xiàn)象的目的，加入具有抗鈉和鈣的金屬鈍化劑和催化劑，能有效防止催化劑出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，保證催化劑的正常工作效率。

2.4 煙機(jī)工況

通過以上的分析可以看出，煙氣中含有大量的CO、SOx等物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致煙機(jī)葉片上形成較厚的積灰。而且在煙機(jī)運(yùn)行過程中，由于煙氣流速大，煙氣中攜帶的粉塵也多，這些因素都將加速煙機(jī)葉片上積灰的沉積速度，最終造成煙機(jī)葉片嚴(yán)重磨損，甚至出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

為了減少或避免煙機(jī)葉片上產(chǎn)生積灰，需要采取以下措施：①加強(qiáng)裝置內(nèi)各部位巡檢力度；②提高裝置內(nèi)催化劑再生頻次；③降低裝置內(nèi)溫度；④定期清理煙氣管道及設(shè)備內(nèi)部積灰；⑤控制好煙氣輪機(jī)入口煙氣溫度；⑥合理調(diào)整煙氣輪機(jī)出口背壓；⑦保證煙氣輪機(jī)正常工作時(shí)處于良好狀態(tài)。

通過以上方法可以有效解決催化裂化裝置煙氣輪機(jī)結(jié)垢問題，并能延長煙氣輪機(jī)使用壽命，從而確保裝置安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行。同時(shí)也要考慮到催化劑在高溫條件下會(huì)發(fā)生變化，所以應(yīng)該及時(shí)更換新的催化劑，以免因催化劑活性下降導(dǎo)致裝置不能穩(wěn)定生產(chǎn)。此外，還需要關(guān)注煙氣輪機(jī)的振動(dòng)情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常就必須立即停機(jī)進(jìn)行檢查維修，避免造成更加嚴(yán)重的后果。

3 結(jié)束語

通過分析催化裂化裝置煙氣輪機(jī)的工藝流程，確認(rèn)導(dǎo)致煙機(jī)結(jié)垢的主要因素是催化劑。因此，在以后的生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制催化劑質(zhì)量和運(yùn)行參數(shù)，防止因催化劑問題造成煙機(jī)結(jié)垢。同時(shí)也為其他同類型裝置提供參考依據(jù)。同時(shí)也應(yīng)該注意到，由于催化劑會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而逐漸失效，所以必須定期更換催化劑，才能保證煙機(jī)長周期安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。另外還有裝置本身設(shè)計(jì)、操作條件等其他方面的原因，也有可能引起煙機(jī)結(jié)垢，需要進(jìn)一步深入研究探討。