催化裂化装置长周期运行-炼化装备处

催化裂化装置长周期运行设备关键点分析炼化分公司装备管理处催化裂化装置长周期运行炼油厂炼化装置长周期安全稳定运行是企业取得经营业绩的重要举措。催化裂化装置无论在技术上还是在管理上、在国外还是在国内都有长周期安全稳定运行的成熟经验。国外大石油公司的炼化企业检修间隔一般按四年一修安排，中国石油许多炼化企业已经做到三年一修，即使加工高硫高酸原油的企业例如西太平洋、克拉玛依、辽河石化也都已实现了三个以上全厂三年一修。因此长周期运行是可以做到的，不是什么难事。单独某套装置长周期运行较易做到，但意义不大，难的是整系列炼化装置实现三年一修，包括公用工程系统，这其中的难点是催化裂化装置。催化裂化装置长周期运行催化裂化装置长周期运行所以难点较多，是因为催化裂化工艺过程涉及的工程技术领域比其他装置多，除一般炼化装置涉及的化学工程、机械工程、热力工程、流体工程、控制工程外，还涉及到催化动力学、流态化工程、高温材料工程、气固相分离工程等等，把这些工程集成在一起还需要系统工程。特别是微球催化剂流态化带来的冲蚀磨损问题、催化反应的结焦问题、气固相分离问题都是催化裂化装置长周期稳定运行的难题。催化裂化简介是炼油厂最重要的二次加工（重油转化）装置之一，尤其是在中国中国催化裂化能力约为1.8亿吨/年，约占一次总加工能力的40%中国约80%的汽油和30%的柴油来自于催化裂化原料:常压渣油,减压渣油,焦化蜡油,减压蜡油等产品:汽油,柴油,液化气（副产丙烯）、催化干气等反应生焦再生燃烧提供反应所需热量，多余热量副产蒸汽高温烟气通过烟机透平产生机械能，驱动主风机流态化反应、再生是催化裂化的工程基础核心技术集中在反应再生系统工艺和设备涵盖范围反再系统——沉降器、再生器、催化剂循环管、旋风分离器分馏系统——分馏塔、油浆系统、换热系统、空冷系统吸收稳定系统——吸收塔、稳定塔机组系统——包括主风机、烟机能量回收和富气压缩机系统蒸汽锅炉系统——外取热器、内取热器、高温烟气余热锅炉给水泵、省煤器、过热器各专业的综合系统工程——水、电、汽、风反应再生、能量回收系统工艺简图1DC230102191甲B12345D6C45BA6分馏系统工艺简图1DC230102191甲B12345D6C45BA6吸收稳定系统工艺简图1DC230102191甲B12345D6C45BA6典型反应再生系统外取热器两段再生外循环管烧焦罐高速床串联两段再生催化裂化长周期运行主要工程技术取热器—催化剂、高温烟气烟气轮机旋风分离器—粗旋、一二级、三旋高温管线蠕变密封隔热耐磨衬里—单层、双层滑阀—单动双动主风分布器—管式、板式待生催化剂气提油浆系统—蒸汽发生器、油浆泵冲蚀防护腐蚀防护防止结焦取热器外取热器技术特点：冷壁设计—衬里管束密相取热—很高传热效率和传热强度中压蒸汽系统—压力4.2Mpa、饱和温度设计流化线速较低—磨损较少催化剂循环—取热负荷可调0~100%较高的机械可靠度—无管板蒸发取热—列管采用碳钢或低合金钢，造价较低系统大多采用自然循环与工艺过程密切相关取热器蒸发取热管锅炉给水内管（给水下降管）外管-浸在流态化密相催化剂中△！↓↑主要失效形式及原因1、蒸发管爆管——a、取热强度太高；b、循环倍率低；c、给水压力波动以上原因致使蒸发管变为过热管，管壁超过设计温度2、催化剂冲蚀——局部催化剂流态化线速高，入口处、偏流3、器壁热点——隔热耐磨衬里失效，主要是衬里质量不好4、膨胀受阻——拉筋布置不合理，膨胀量预留不足5、密封泄漏——高温状态紧固力不足、不均，材料抗蠕变性能差△——内管与外管的底部流通间隔尺寸Φ——环隙同心度要求Φ措施：1、取热强度≯200Kw/㎡：去除筋板，局部衬耐磨层，缩短管长2、加大循环倍率≮30—及时带出热量3、保持给水压力—提高饱和点温度4、保证△、Φ不能有大的偏差5、降低流态化线速或耐磨防护6、柔性支撑，留足膨胀长度7、优先选焊接阀，及时热紧。取热器内取热器技术特点：取热管为蒸发管，也有设计为过热管强制循环一般位于器内密相稀相界面处水平设置——易于布置、操作取热强度较外取热器低主要失效形式：爆管冲蚀泄漏膨胀易致衬里损坏—卡箍固定，保持滑动措施尽量不采用内取热，优先选用外取热改过热管为蒸发管，强制循环，均衡给水多段，短管原因与措施：与前述基本一致取热器高温烟气取热炉技术特点：烟气温度高达1100℃，取热强度较高气液换热，蒸发取热设备立式布置，属烟管余热锅炉与工艺过程密切相关，前有再生器，后有烟气轮机控制要求高，不仅要取热，而且不能过量取热主要失效形式及原因：爆管——原因与外取热器基本相同隔热衬里失效——烟气入口处高速湍流冲蚀取热量失控——控制蝶阀失灵措施提高并均衡循环倍率，防止爆管。或选用火管余热锅炉工艺控制第一、第二再生器烟气比例，控制过剩氧烟气进炉入口处设置挡板，均散烟气，防止局部过热保持旁路蝶阀控制灵活性烟气轮机烟气轮机烟机基本结构特点：单级或双级，悬臂支撑轴向进气和径向排气结构机壳垂直剖分,从进气端拆装转子轮盘与轴之间采用止口定位,套筒传扭,拉杆拉紧叶片、围带等处,喷涂耐磨涂层壳体与转子之间设有空气和蒸汽密封径向轴承采用四油楔轴承烟机运行环境特点：•与工艺过程密切相关•热能工质携带催化剂粉尘•与之相连的工艺管线口径大、温度高、热胀量大、推力大•透平动力设备，控制要求高，工况恶劣烟气轮机烟机遇到的主要问题：1、动叶片断裂2、气动流道催化剂粉尘结垢3、催化剂对烟气流道过流部件的冲蚀4、机壳变形造成动静部件碰磨5、高温密封动叶片断裂烟气轮机催化剂在气动流道结垢烟气轮机叶片冲蚀烟气轮机针对动叶片频繁断裂的严重形势，06年上半年召开两次专题会议，组织有关厂家、科研单位和院校科研攻关，基本查清了叶片在制造、维修和运行过程产生的问题。主要原因：一是动叶片热处理工艺改变导致高温机械持久性能下降二是动叶片激光熔敷存在修复缺陷三是催化剂结垢刮蹭叶顶影响叶片疲劳性能板块为此下发会议纪要（油炼销字〔2006〕114号文件），制造烟机的有关单位随后又召开专业会议进一步研讨有关问题并形成会议纪要。根据初步查明的原因，及时布置了纠正和改进措施，主要是叶片锻造工艺纠正、热处理工艺纠正、暂停动叶片激光修复和加强生产管理措施。烟气轮机Waspalloy常温下力学性能热处理条件σbMpaσsMPaδ%ψ%aKJ/cm2HB1020℃水冷1325/13301009/98826.2/26.433.4/36.477.5/85360/3571020℃空冷1319/1375866/87625.3/25.132.8/36.060/65330/3561080℃空冷1243/1253774/77919.3/19.319.7/19.7315/321技术要求≥1200≥830≥15≥18≥39298～390732℃/510MPa高温持久性能δ%时间(h)1020℃水冷8.9/15.5﹥48/﹥241020℃空冷24.3/25.042/291080℃空冷10.2/11.4182.5/163.8技术要求≥10≥23热处理工艺—空冷与水冷的差异，影响高温持久性能（国产材料）兰炼机械厂对比国产材料做出的性能对比烟气轮机对叶片基体组织有影响！右图显示叶片修复后母材组织中产生的裂纹，经解剖分析，可见宏观和微观缺陷！母材与增量组织的金相不同：锻造和铸造组织区分明显烟机技术条件：动叶片材料为锻造状态叶片激光熔敷形状修复烟气轮机动叶片断裂应对措施1、要求制造厂恢复叶片毛坯1080℃+空冷锻造工艺，提高材料高温持久性能。2、加强动叶片毛坯锻造过程监造，按热塑变形图制订锻造工艺并严格执行。3、进口动叶片棒料。大大提高材料性能，且集中大批量引进形成规模效益，成本增加是可接受的。大批量引进形成储备，有利于缩短叶片订货周期。4、研究制造工艺，提高制造精度。重点研究齿面接触精度，提高均匀度，降低应力集中！研究榫槽沟底表面增强工艺，改善疲劳性能！5、停止激光熔敷修复工作，待对激光修复工艺做进一步科研评定后确定修复原则。6、修改烟机设计条件：1）动叶片材料要保证高温机械持久性能2）榫齿榫槽硬度差异，要求榫齿低于榫槽3）榫齿表面残余加工应力要求—压应力催化剂结垢问题催化剂在烟机中结垢现象早有存在，但没有现在这样严重，这样普遍。原来仅在采用不完全再生工艺的催化装置中发生，如西太、前郭。自2004年起逐渐较普遍的影响烟机的正常运行，部分企业受影响严重。催化剂结垢是现存的严重问题，严重影响了生产装置安全平稳运行！是目前亟待解决的问题！催化剂结垢成因尚不清楚，但现象特点值得我们关注：1、催化剂细粉浓度高、线速高！2、结垢发生在气流转向和发生涡流的地方！易结垢的部位：烟机流道、三旋单管卸料孔、双动滑阀后等处。观点：烟机结垢是诸多因素积累形成的综合结果。催化剂结垢问题预防催化剂结垢的措施轮盘冷却蒸汽1、严格控制蒸汽品质，温度控制在240-250℃左右。2、轮盘中心温度按设计上限控制，蒸汽量尽量按操作下限控制，不宜大于0.5吨/小时优化催化剂再生操作1、在保证床层流化、催化剂活性的前提下，尽量减少主风量，控制烟气过氧量。2、控制并尽量减少再生烟气中的水汽含量。加强工艺、设备各项操作指标的控制与管理1、保持平稳操作，避免加工量大起大落。2、严格控制沉降器汽提段汽提蒸汽量和过热度。3、严格控制旋分入口线速不超速，特别是三旋。4、保持已回收细粉退路的畅通。三旋泄气量按设计上限控制。研究制定减少催化剂细粉的措施1、加剂或卸剂均应遵循少量连续的原则。2、关注并改进易造成催化剂磨损、破损的工艺过程。烟机气动流道部位1、即要耐磨又要求有相当的光洁度，特别是叶顶围带。2、气动力学效应对结垢的成因影响。旋风分离器再生一、二级旋风分离器特点：•串联结构•高温环境•内吊挂•高线速•一级入口催化剂浓度高主要失效形式：1、刚玉龟甲耐磨层冲蚀2、吊挂失效，结构开裂3、料腿堵塞4、翼阀失效措施：1、工艺操作严格控制一级入口线速2、不超温3、翼阀阀板可以耐磨防护旋风分离器三旋分离单管泻料椎管结垢堵塞旋风分离器图二卧管式第三级旋风分离器隔热耐磨双层衬里集气筒集尘室气体分配室隔热耐磨双层衬里集气室烟气出口吊筒隔热耐磨单层衬里烟气出口分离单管烟气入口储槽气口管入烟图一立管式第三级旋风分离器集尘室气体分配室吊筒集气室口气出烟催单管剂化裙座上隔板离分上隔板厚100～120隔热耐磨单层衬里厚100～120龟甲网型隔热耐磨双层衬里气口出烟多管三旋的问题：1、烟气分布不均2、单管效率高，整体效率不高3、结构复杂，膨胀节易出现变形损坏4、上下隔板或内外吊筒易变形损坏5、加工难度大，造价高，检修困难6、单管易磨损、易堵塞7、分离线速高，催化剂易磨碎和结垢观点：单管的效率固然重要，但分离单元系统组合后的整体效率更重要！旋风分离器BSX型三旋特点：1、结构简单，易安装维护2、烟气分布均匀3、分离线速低4、造价低5、改造扩能弹性大6、外形尺寸可与原有三旋一致进气室集尘室壳体旋分集气室烟气出口烟气入口中心管隔吊板装卸孔（A）（C）15（B）238467DD109旋风分离器海南洋浦石化280万/年催化装置BSX型三旋独山子石化旋流式三旋（裸式“BSX型”三旋）旋风分离器VQS结焦是主要矛盾!料腿易堵塞，汽提段筛网易架桥。提升管出口处、旋分器内结焦的主要原因是原料裂化问题，包括进料雾化不好、原料与催化剂接触不均、催化剂活性不足、油气停留时间、器顶结焦主要是催化剂长时间堆积积累的结果。措施是尽量消除催化剂停留堆积的环境。沉降器旋风分离器：•油气与催化剂分离•高密度•高线速•温度较低•易结焦催化剂滑阀单动滑阀催化剂滑阀双动滑阀高温管线高温热壁烟气管线、油浆系统、外取热器等高温法兰密封易发生泄漏。主要原因：螺栓预紧力不足、不均设备升温过程中热紧不及时螺栓选材偏低，抗蠕变性能不好设计裕度不足应对措施：按设计参数预紧，及时、渐近、均匀预紧和热紧螺栓按温度条件选材，滚制加工工艺