重油催化裂化裝置長周期運(yùn)行的技術(shù)難點(diǎn)及改進(jìn)措施

重油催化裂化裝置長周期運(yùn)行的技術(shù)難點(diǎn)及改進(jìn)措施

大連西太平洋化工有限公司（wpec）生產(chǎn)裝置由中國國際工程有限公司設(shè)計(jì)，加工量為2.0噸。反應(yīng)采用折疊式改進(jìn)管換熱器，兩年內(nèi)生產(chǎn)后，沉降器和第一再生器按軸配置，第一再生器和第二再生器按行配置。2001年采用IFP專利技術(shù)對裝置進(jìn)行了擴(kuò)能改造,改造后裝置的加工能力為2.8Mt/a。裝置于1996年10月投入運(yùn)行,目前已進(jìn)入第7周期,期間第3至第6周期的運(yùn)行天數(shù)分別為1054,1062,1058,1357d。2001年以來,裝置原料逐漸重質(zhì)化、劣質(zhì)化,原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度、殘?zhí)亢徒饘冁?釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)0.6%,0.935g/L,6.5%和20μg/g,裝置運(yùn)行難度明顯增加,長周期運(yùn)行面臨極大挑戰(zhàn),解決裝置運(yùn)行存在的技術(shù)難題勢在必行。1循環(huán)操作的問題(1)催化劑、煙機(jī)入口1.2%氧化壓裝置二再旋分器料腿幾次出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,對裝置長周期運(yùn)行造成較大的影響。料腿脫落后,裝置催化劑單耗最高達(dá)到1.6kg/t原料,三旋入口粉塵質(zhì)量濃度最高超過2000mg/m3,煙機(jī)入口粉塵質(zhì)量濃度高達(dá)300~500mg/m3,二再煙機(jī)運(yùn)行周期明顯縮短。(2)特殊運(yùn)行方案裝置運(yùn)行末期,汽提段幾次出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。穿孔后,干氣產(chǎn)率明顯增加,干氣中氮體積分?jǐn)?shù)增至15%~30%。汽提段穿孔后,煙氣和待生劑、油氣互竄,特別是在裝置出現(xiàn)波動或停工時安全運(yùn)行系數(shù)急劇下降,需制定特殊運(yùn)行方案,保證裝置安全。同時由于待生劑夾帶部分油氣直接進(jìn)入一再稀相,導(dǎo)致一再煙機(jī)結(jié)垢速度增加,煙機(jī)運(yùn)行壽命縮短。(3)器熱點(diǎn)的影響在第1和第2周期的運(yùn)行中,反再系統(tǒng)襯里的脫落非常嚴(yán)重,一度對催化劑的流化和輸送造成重大影響,三器熱點(diǎn)也成為裝置運(yùn)行的重大隱患。第2周期因沉降器過渡段襯里脫落堵塞塞閥裝置被迫提前停工檢修。(4)反應(yīng)系統(tǒng)焦1提高管結(jié)焦在第1和第2周期運(yùn)行中,提升管進(jìn)料噴嘴上方1.5m處出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦,約占提升管總截面的1/3,裝置被迫降負(fù)荷運(yùn)行。2結(jié)焦部位分布在裝置改造前的第1~3周期的運(yùn)行中,沉降器頂部出現(xiàn)輕微結(jié)焦現(xiàn)象,結(jié)焦部位集中在防焦蒸汽環(huán)下1.0m器壁和旋分器頂部。器壁結(jié)焦為沿器壁同一水平高度的一個環(huán)帶,寬150~200mm,最大厚度集中在環(huán)帶的中心線附近,約為85mm,結(jié)焦質(zhì)地堅(jiān)硬,不易脫落。3分餾塔末端結(jié)焦油氣大管線結(jié)焦一般厚度為35~75mm,結(jié)焦最嚴(yán)重的部位在油氣大管線入分餾塔末端,嚴(yán)重時約占總截面的1/3,末期往往會成為裝置運(yùn)行負(fù)荷的一個瓶頸。(5)支管的更換在第2周期的運(yùn)行中,主風(fēng)分布管約有2/3的噴嘴出現(xiàn)不同程度的外磨,需要更換,同時一再有5根支管、二再有6根支管因噴嘴內(nèi)磨而被割斷。第3、第4周期因加工量有所提高,內(nèi)磨程度進(jìn)一步加劇,已成為裝置長周期運(yùn)行必須解決的一個瓶頸問題。(6)雙級型式二再煙機(jī)裝置設(shè)有2臺煙機(jī),與一、二再煙氣分路流程相匹配。一再煙機(jī)為雙級型式,二再煙機(jī)為單級型式。存在的主要問題是一、二再煙機(jī)因葉片和環(huán)帶結(jié)垢,導(dǎo)致煙機(jī)振動超標(biāo)。嚴(yán)重時最短運(yùn)行周期僅為1個月,對裝置的安全、大負(fù)荷運(yùn)行帶來較大影響。(7)再生器筒體、再生立管振動測量在第1周期的運(yùn)行中,由于二再脫氣斗脫氣效果不好,再生立管出現(xiàn)“節(jié)涌”現(xiàn)象,立管密度在250~780kg/m3、反應(yīng)溫度在±4℃大幅度波動,二再二密相密度、藏量也大幅度波動,再生器筒體、再生立管振動失常。再生線路推動力明顯不足,只能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷的85%~90%。(8)2.部件壁侵蝕裝置二再筒體和煙道曾出現(xiàn)過因應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生的裂紋。(9)沉降器內(nèi)件脫內(nèi)構(gòu)件磨損脫落、襯里脫落、焦塊脫落會導(dǎo)致塞閥卡塞。裝置曾因沉降器內(nèi)件脫落引起2次塞閥卡塞,一次是汽提段熱電偶套管脫落,另一次是旋分器料腿拉桿脫落。在第二周期運(yùn)行中,因沉降器襯里脫落堵塞塞閥,裝置被迫提前停工檢修。(10)外取熱器管的泄漏在第2和第3周期運(yùn)行中,一再外取熱器管束分別出現(xiàn)一次泄漏,因無法切除泄漏管束,只能停掉外取熱器,裝置被迫降負(fù)荷運(yùn)行。(11)入口粉碎濃度的影響一再三旋曾經(jīng)出現(xiàn)過2次內(nèi)膽脫落現(xiàn)象,內(nèi)膽脫落后,進(jìn)入單管中的煙氣部分走短路,單管的分離效率下降,導(dǎo)致煙機(jī)入口粉塵濃度增加,煙機(jī)運(yùn)行周期縮短。2原因分析(1)裝置控制的工藝指標(biāo)二再料腿脫落的主要原因是二再操作溫度過高。裝置原設(shè)計(jì)最高操作溫度760℃,裝置控制的工藝指標(biāo)小于760℃,實(shí)際操作溫度750~760℃。過高的溫度會使實(shí)際運(yùn)行中旋分器材料及其焊口的強(qiáng)度降低。此外,料腿埋入密相床偏深,處于不穩(wěn)定區(qū)上邊緣,料腿受力不穩(wěn)定且產(chǎn)生較大力矩。(2)反再系統(tǒng)襯里數(shù)值不穩(wěn)定因素,反再系統(tǒng)襯里成為反再系統(tǒng)襯里穿孔的原因?yàn)榄h(huán)形擋板與器壁焊縫有缺陷,通過缺陷的小孔洞,蒸汽帶動催化劑沖刷器壁,隨著時間的延長,器壁開始穿孔,且穿孔逐漸擴(kuò)大。(3)反再系統(tǒng)襯里脫落裝置因建設(shè)時期較長,未烘的襯里過冬保養(yǎng)不善,是襯里頻繁脫落的根源。一套裝置建設(shè)期間反再系統(tǒng)襯里的施工質(zhì)量是該裝置能否長周期運(yùn)行的基礎(chǔ)條件,須引起足夠重視。(4)旋分器頂部結(jié)焦1提升管結(jié)焦的原因主要是預(yù)提升蒸汽流量偏低導(dǎo)致預(yù)提升段提升效果不理想,劑油接觸效果變差。原預(yù)提升蒸汽流量只有1t/h,需大幅度提高預(yù)提升蒸汽流量。2沉降器結(jié)焦主要是頂部死區(qū)油氣停留時間偏長、防焦蒸汽部位溫度偏低,焦炭前軀物凝析成焦。旋分器頂部結(jié)焦是由于在頂部死區(qū)處催化劑沉積,二次反應(yīng)加劇所致。3油氣大管線結(jié)焦主要是焦炭前軀物凝析成焦。油氣大管線存在4~10℃的溫降,開工初期或冬季溫降較大,結(jié)焦較快。隨著油氣大管線運(yùn)行時間延長,結(jié)焦厚度增加,管線的溫降減小,線速度增加,重組分凝液產(chǎn)量減少,結(jié)焦速度相應(yīng)放緩,少量的結(jié)焦因油氣的線速度增加而無法積存在管線的內(nèi)壁,這就是運(yùn)行后期油氣大管線壓力降不再增加或增加緩慢的原因。油氣大管線入塔末端結(jié)焦主要是高溫油氣中焦炭前軀物遇到塔內(nèi)下流的冷油漿凝析所致。(5)內(nèi)部磨結(jié)合型內(nèi)磨主風(fēng)分布管噴嘴的磨損分為內(nèi)磨和外磨。外磨是在噴嘴線速度較高和較低時都會出現(xiàn)的磨損形式,較為普遍。內(nèi)磨是在噴嘴線速度較高時存在的磨損形式,過高的線速度在支管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,將催化劑通過噴嘴吸入支管而產(chǎn)生磨損。一般情況下,內(nèi)磨的破壞程度遠(yuǎn)大于外磨,因?yàn)閮?nèi)磨往往會因噴嘴的磨損擴(kuò)大而將支管在根部切斷,給床層流化和燒焦帶來嚴(yán)重影響。(6)要素的存裝置煙氣系統(tǒng)結(jié)垢主要存在于一、二再煙機(jī)和三旋單管底部,三旋單管結(jié)垢會加劇煙機(jī)的結(jié)垢速度,控制三旋單管結(jié)垢也是抑制煙機(jī)結(jié)垢的一個重要手段。煙機(jī)和三旋結(jié)垢的機(jī)理是一致的,發(fā)生結(jié)垢必需同時具備三要素,即黏結(jié)物,較高的粉塵濃度和足夠的旋流速度,三要素缺一不可。檢查煙道和三旋系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn),除三旋單管底部和煙機(jī)葉片外,雙閥滑道后渦流區(qū)及煙道內(nèi)插構(gòu)件的背流側(cè)均具備結(jié)垢條件,且檢修中已發(fā)現(xiàn)輕微結(jié)垢現(xiàn)象。要解決結(jié)垢問題,就要消除三要素的存在或至少消除其中一個。對于三旋分離單管和煙機(jī)來講,要消除黏結(jié)物和結(jié)垢所需的旋流速度幾乎不可能,唯一的方法就是盡可能降低煙機(jī)入口煙氣的粉塵濃度,從而抑制結(jié)垢速度。一再煙機(jī)結(jié)垢有其特殊性,除控制好煙機(jī)入口粉塵濃度外,汽提段穿孔也是一再煙機(jī)結(jié)垢的重要因素,穿孔后汽提段中的待生劑和油氣漏入一再稀相,造成待生劑細(xì)粉和油氣一并進(jìn)入三旋,導(dǎo)致一再煙機(jī)結(jié)垢速度增加。反再系統(tǒng)異常,特別是當(dāng)系統(tǒng)壓力平衡失控的情況下,催化劑會出現(xiàn)非正常的跑損,引起三旋單管和煙機(jī)結(jié)垢加劇。(7)再生立管的釋放效果不理想原設(shè)計(jì)脫氣斗高度不夠,正常運(yùn)行時,催化劑占據(jù)了立管脫氣斗的脫氣空間,使立管出現(xiàn)“節(jié)涌”現(xiàn)象。(8)腐蝕液體形成的機(jī)理再生系統(tǒng)的應(yīng)力腐蝕開裂的原理是在富氧再生條件下生成的NOx和SOx等酸性氣體通過襯里滲透到器壁,當(dāng)器壁溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時,腐蝕性液體就會形成而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,其中以硝酸鹽腐蝕(即“硝脆”)較為嚴(yán)重。(9)帶內(nèi)構(gòu)件斷裂一套“四年一修”的重油催化裂化裝置在整個運(yùn)行周期里,很難保證不出現(xiàn)一次異物脫落現(xiàn)象,如沉降器內(nèi)旋分器的拉筋等內(nèi)構(gòu)件被催化劑、氣流沖刷而斷裂掉入塞閥處;運(yùn)行中溫度急劇變化或被沖刷造成襯里脫落掉入塞閥處;切、投進(jìn)料等引起的結(jié)焦在溫度劇變時脫落掉入塞閥處。WEPEC裝置沒有因焦塊脫落而卡塞塞閥,主要是由于內(nèi)構(gòu)件脫落和襯里脫落引起塞閥卡塞。(10)催化劑磨損管束管束泄漏第一次泄漏原因是增壓風(fēng)分布管磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致增壓風(fēng)偏流,催化劑磨損管束封頭造成泄漏。第二次泄漏原因是管束制造問題。一支外取熱器管束內(nèi)管過長,內(nèi)外管間隙偏小,下水量不足,導(dǎo)致水汽比失控,引起外壁超溫,使材質(zhì)碳化而損壞。(11)旋器壁筋板和內(nèi)鏡筋板的焊接裝置于2007年進(jìn)行三旋擴(kuò)能改造,對單管組合件進(jìn)行更換,單管擴(kuò)徑,三旋筒體利舊。三旋為立式結(jié)構(gòu),內(nèi)膽的重量主要由三旋器壁筋板和內(nèi)膽筋板承擔(dān),所以器壁筋板和內(nèi)膽筋板的焊口強(qiáng)度很重要。從1996年開工以來,三旋在運(yùn)行期間始終處于高溫狀態(tài),筋板的強(qiáng)度會有下降。擴(kuò)能改造時,老的筒體筋板和新的內(nèi)膽筋板進(jìn)行焊接,焊肉與筒體筋板的連接強(qiáng)度減弱,負(fù)載能力下降,導(dǎo)致運(yùn)行期間內(nèi)膽脫落。3技術(shù)法規(guī)和效果(1)確定4旋分器造成兩組料腰下邊緣的距離1將二再稀密相溫度控制指標(biāo)由原來小于760℃調(diào)整為小于740℃。2將料腿的加固形式由級間連接改為級間連接+組間連接,同時增加一層拉桿。3將一、二級料腿分別割掉0.5m和1.0m,一級料腿防倒錐至料腿下邊緣的距離由150mm降至130mm。調(diào)整后一、二級料腿下邊緣距大孔分布板的距離分別提高至1.5m和2.5m,使其遠(yuǎn)離大孔分布板上部的不穩(wěn)定區(qū),以減小床層不穩(wěn)定區(qū)對料腿的沖擊力。4旋分器耐磨短管的焊接形式由對焊改為承插焊,以提高焊口的強(qiáng)度。生產(chǎn)實(shí)踐證明,上述措施效果顯著,消除了因二再旋分料腿脫落而影響裝置長周期運(yùn)行的一個重要瓶頸。(2)環(huán)形斑塊焊接質(zhì)量分析對環(huán)形擋板的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)。原環(huán)形擋板與汽提段筒體內(nèi)壁呈一定角度焊接,施工過程很難保證焊接質(zhì)量,改造后的環(huán)形擋板在靠近汽提段筒體200mm距離為水平連接,作業(yè)環(huán)境明顯改善,并采取兩側(cè)焊接,焊接質(zhì)量得到充分保證。長周期運(yùn)行實(shí)踐證明,上述技術(shù)措施較好地解決了汽提段穿孔問題,改造后再未出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。(3)襯里的加工處理1從大檢修抓起,對襯里的檢修制定切實(shí)可行的方案,并嚴(yán)格實(shí)施,確保襯里的施工質(zhì)量。2襯里施工完畢后,要嚴(yán)格按襯里生產(chǎn)廠家要求的升溫曲線進(jìn)行烘干,烘襯是保證襯里長周期運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。3對于襯里的修復(fù)要高度重視,以“四年一修”的標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃、制定施工方案,必須做到“應(yīng)修必修、修必修好”。4敢于使用新技術(shù)、新材料。裝置反再系統(tǒng)原為隔熱加耐磨雙層襯里,經(jīng)過技術(shù)改進(jìn),更換的部分采用單層無龜甲網(wǎng)襯里,改進(jìn)后的襯里質(zhì)量有較大改善。通過采取上述措施,襯里的運(yùn)行能夠滿足“四年一修”的標(biāo)準(zhǔn)。(4)反應(yīng)系統(tǒng)的焦洗液1改善監(jiān)督管理和焦化劑2升管終端設(shè)備進(jìn)料噴嘴改為IFP專利技術(shù)的高效噴嘴;提升管終端設(shè)備由倒L改為IFP專利技術(shù)的LDD;并控制較高的反應(yīng)溫度。裝置改造后,沉降器結(jié)焦情況明顯好轉(zhuǎn),幾乎沒有結(jié)焦現(xiàn)象。3確保油氣運(yùn)移的措施保證裝置大負(fù)荷運(yùn)行,盡可能控制油氣大管線線速度不小于35m/s;保證提升管預(yù)提升段和進(jìn)料噴嘴的良好運(yùn)行質(zhì)量;并做好油氣大管線的保溫工作。WEPEC催化裂化裝置原料偏重,密度高達(dá)0.935g/L,結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)非常高,通過采取上述措施,反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦始終處于可控狀態(tài)。(5)調(diào)整支管線長度對一、二再主風(fēng)分布管進(jìn)行改造。對于內(nèi)磨采取2項(xiàng)措施來提高支管內(nèi)部的壓力:1支管擴(kuò)徑,以降低支管線速度;2增加噴嘴伸入支管的長度,以增加支管的壓力降。對于外磨,采取襯里保護(hù)的辦法,將主管、分管、支管、噴嘴進(jìn)行360°外襯耐磨襯里。主風(fēng)分布管的改造較好地解決了內(nèi)磨和外磨問題,消除了裝置長周期運(yùn)行中的一個技術(shù)瓶頸,為裝置“四年一修”提供了可靠保障。(6)降低煙機(jī)結(jié)垢1保證一、二級旋分器的分離效率,采取有針對性的措施,解決了二再料腿的脫落問題。2控制原料鎳+釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于15μg/g?？刂戚^為合適的原料金屬含量,目的是控制催化劑單耗。催化劑單耗過高,會導(dǎo)致三旋和煙機(jī)入口粉塵濃度增加,從而加劇煙機(jī)的結(jié)垢速度。3控制適當(dāng)?shù)脑偕鷾囟?減少催化劑熱崩。二再溫度指標(biāo)從原來小于等于760℃調(diào)整至小于等于740℃,調(diào)整后同比條件下三旋入口粉塵質(zhì)量濃度降低至250mg/m3。4控制新鮮催化劑中小于20μm細(xì)粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3%。5解決好汽提段穿孔問題,避免汽提段穿孔現(xiàn)象發(fā)生。6編寫《異常狀態(tài)下煙機(jī)的處置預(yù)案》,避免因反再系統(tǒng)的波動導(dǎo)致三旋單管和煙機(jī)結(jié)垢加劇。采取上述措施后,煙機(jī)運(yùn)行周期有了較大改善。一再煙機(jī)的運(yùn)行周期可達(dá)1年以上,二再煙機(jī)的運(yùn)行周期可達(dá)3年以上。(7)化劑料面與料斗上邊緣的合作對二再脫氣斗實(shí)施技術(shù)改造,將二再脫氣斗加高1.2m,并采取格柵式結(jié)構(gòu)。改造后二再催化劑料面與料斗上邊緣基本處于同一水平面,催化劑從料斗側(cè)面進(jìn)入脫氣斗,充分發(fā)揮了脫氣斗的脫氣能力。改造后二再密度、藏量達(dá)到正常水平,再生線路推動力提高35~40kPa,反應(yīng)溫度波動范圍由原來的±4℃變?yōu)椤?℃,為裝置長周期、大負(fù)荷運(yùn)行消除了一個重大瓶頸。(8)煙氣露點(diǎn)溫度和煙氣冷凝水的測量1對二再筒體、煙氣管道、集氣室、三旋等進(jìn)行外保溫,使器壁溫度大于煙氣的露點(diǎn)溫度。2對煙氣組成、露點(diǎn)溫度、煙氣冷凝水進(jìn)行綜合測量。3優(yōu)化原料的性質(zhì),盡可能地降低原料中N,S等的含量。采取上述措施后,二再系統(tǒng)再未發(fā)現(xiàn)因應(yīng)力腐蝕而開裂的現(xiàn)