分析催化装置两器旋风分离器不同设计结构的施工工艺对比

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

分析催化装置两器旋风分离器不同设计结构的施工工艺对比

谭航行

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

本文主要通过对旋风分离器不同设计形式的对比，分析升气管平口式连接结构在施工上满足设计要求的优点，同时给更大型两器内件旋风分离器结构设计提供参考依据。

旋风分离器；升气管平口；连接结构

一﹑引言

旋风分离器是催化裂化装置中两器的核心设备，沉降器中旋风分离器要完成催化剂与反应油气的分离，再生器中旋风分离器要完成再生催化剂与待生催化剂烧焦所产生的烟气的分离。可见两器中旋风分离器设计与安装的成功与否，将直接关系到装置能否高效长周期地运行。随着重油催化裂化技术的不断进步，两器中旋风系统也在向大型化，复杂化发展，对两器的旋风系统的设计与安装也就有了更加严格的要求。从设备的角度看，主要体现在：

图1：沉降器升气管平口连接结构

图2：再生器升气管平口连接结构

1 旋风单体几何尺寸与重量的不断扩大。

2 旋风系统结构的复杂化。

3 如何在施工安装过程中达到设计的要求。

4 如何在保证设备可靠性的前提下，提高安装效率且不使设备投资增加。

所有这些都给两器旋风系统的设计提出了更高的要求，同时对施工工艺也提出了更高要求。本文结合延安炼油厂40万吨/年催化装置,﹑80万吨/年催化装置﹑﹑200万吨/年重油催化裂化装置﹑榆林炼油厂180万吨/年催化裂化装置﹑靖边工业园150万吨催化裂化制乙烯装置（DCC）（相当于480万吨催化裂化两器规模，目前国内最大催化装置）两器旋风系统的图纸设计思路研究，并结合现场的实际安装与使用情况从设备的结构设计和现场的安装角度，谈谈在两器旋风系统的施工工艺过程中，结合理解设计思路和施工工艺研究，对旋风升气管（即旋风分离器与内集气室的连接管）的一处改进结构，同时提出提高施工效率的措施。

二﹑升气管平口连接结构

本文所要讨论的这处结构：“升气管平口连接结构（图1：沉降器升气管平口连接结构；图2：再生器升气管平口连接结构）”位于旋风分离器与内集气室连接的旋风升气管上，通过现场实践，该结构的设置对两器旋风系统的安装精度 和安装效率都有一定的提高。（由于大处理量沉降器和再生器（200万吨／年以上），通过造价﹑工程量等方面的比较，内集气室结构有着较大的优越性，且被普遍采用，所以本文所述的“升气管平口连接结构”就是针对两器内集气室结构的改进措施。根据多套催化装置两器的施工经验，内集气室和旋风分离系统的设计在催化两器的设计中是密不可分的，两者在工艺流程上一直是在一起的，同时又是两器最重要的环节之一。（图3：沉降器该系统的竖面图及横截面；图4：再生器该系统的竖面图及横截面）在设计过程中合理布置内集气室和旋风分离系统的结构和安

图3：沉降器该系统的竖面图及横截面

照片资料一

照片资料二

装尺寸是一个非常复杂的过程，而且内集气室和旋风分离系统的准确安装是整个两器安装过程中最难，最复杂的工作之一，下面我将分别从设计，安装的角度通过比较采用“以往升气管结构”和 “升气管平口连接结构”的方法，来介绍“升气管平口连接结构”比之我们现在通常采用的升气管结构，对提高两器旋风系统的安装精度和安装效率的帮助。

1沉降器的设计考虑及相应安装工艺控制要求

仔细研究分析，在布置沉降器内集气室和旋风分离系统的结构和安装尺寸设计过程中，我们可以发现设计结构上主要有如下考虑和要求：

（1）通常内集气室的最小结构尺寸是根据工艺操作要求确定的，但它并不是最终数据，设计时往往先根据最小结构尺寸先设定一个内集气室的直径和高度。

（2）根据工艺要求的最小旋风入口标高来初步确定旋风入口标高与封头焊缝线的相对位置。

（3）根据VQS直连管悬臂的最小回旋半径（或粗旋的最小半径）确定最小单级旋风圆和旋风平面角度。

（4）根据单级旋风的最靠近器壁未来在工作状态下的热位移量和衬里施工的最小距离确定最大旋风圆

（5）根据旋风到内集气室的最小安装距来确定旋风的最大安装标高。

（6）根据旋风的水平安装角度和旋风圆来设置旋风顶部吊点的位置。

（7）根据旋风吊点的位置再来调整内集气室直径。

（8）最终根据设备的造价，施工的工程量和上述数据间的相互关系，最终确定内集气室和旋风分离系统的结构和安装尺寸。

因此在安装内集气室和旋风分离系统的时候，如果安装尺寸出现偏差很难独立的调整回来。因而总结出现行的标准安装方法只能是用如下步骤和措施来保证：

（1）首先是保证内集气室与封头的相对安装位置。

（2）保证内集气室斜锥上升气管开口与旋风方位的一致。

（3）保证VQS系统（或粗旋）的垂直度和与沉降器的同轴度。

（4）保证VQS直连管悬臂（或粗旋出口）的标高和角度。

照片资料三

图4：再生器该系统的竖面图及横截面

由于上述结构的控制点都在不同标高和方位上，且有着不同的安装偏差，要将旋风吊入，并与上述结构预组对，此时就出现一个问题，即由于设计院的标准设计思路是将旋风上升气管的折弯结构与旋风本体设计成一体构，而且为了在旋风组对时留有一定调整余量，升气管与相应的内集气室开口是采用的承插结构，一般是插入50mm左右，而正是这一体的升气管折弯结构和这50mm的插深，使得旋风无法达到它实际的安装位置进行预组对，而为了解决这一问题我们现场的通常施工工艺做法是将内集气室锥段开口进行扩孔，而此时的旋风为了完成与VQS直连管悬臂（或粗旋出口）在标高和角度上的组对势必要在标高和方位上进行一些调整，这时内集气室锥段上的开口必须再次进行扩孔以配合旋风组对，这样几次调整下来内集气室锥段上的开口与插入连接的旋风升气管外壁的间隙一般都扩大到20mm左右（见照片资料一），且不规则，现行的安装方法是垫板堆焊（见照片资料二），此方法的采用不仅由于焊接量过大很容易对升气管内的衬里造成损坏（见照片资料三），而且也对设备的长周期平稳安全运行埋下了一个不安全隐患，可见由于将旋风上升气管的折弯结构与旋风本体设计成一体，这对安装的质量和效率都是有一定影响的，而且根据多年来对催化装置的施工和检修发现，由此带来的对设备长周期可靠运行的影响也是一个潜在的隐患。

而采用“升气管平口连接结构”就可以使内集气室和旋风分离系统的安装过程即避免了采用内集气室扩孔的低效不安全安装，又可以提高整个内集气室和旋风分离系统的安装精度和效率。

“升气管平口连接结构”是这样的，在从旋风顶板伸出的升气管的直管段的适当位置将升气管与旋风分离器分开，这样在组对时只要将旋风与VQS直连管悬臂（或粗旋出口）在标高和角度上完成组对，且组对时旋风垂轴与理论位置的圆半径偏差不超过20mm，旋风标高偏差不超过正负10mm，就可以达到安装使用要求，

因为在这个偏差范围内，只要升气管外壁与相应的内集气室开口留有3～4mm的间隙，升气管通过以开口为轴的适当旋转很容易找到在旋风顶部与之对应的连接口，并通过外套管实现密封连接，从而最终完成组焊，通过现场实践，采用此结构后，完成一组旋风的组对调整通常只需要3～4小时，而以前的结构单就组对调整来说通常需要一天，可见此结构的优越性。

2再生器的设计考虑及相应安装工艺控制要求

仔细研究分析，在布置再生器内集气室和旋风分离系统的结构和安装尺寸的设计过程中，我们可以发现设计结构上最主要的要求是：

吊挂二级旋风分离器的吊杆上端支承处与内集气室与壳体的相贯线等标高，这样就保证了整个内集气室和旋风分离器系统沿垂直方向的谐调膨胀。而系统与冷壁壳体间的膨胀差则可通过吊杆沿径向向外的偏转来吸收，为达到这个目的，对安装后吊杆的垂直度要求很高，且尤其不能发生沿径向向外的偏差。

在我们的研究设计院现行设计中，他们虽然将二级升气管的折弯结构与旋风本体设计成了分体承插结构，但他们主要考虑的是解决设备结构尺寸超大问题，而忽略了这种承插结构对现场安装可能产生的影响，根据现场检查和图纸分析，这种承插结构将会导致下列两种情况出现。

（1）安装人员对吊挂安装要求认识不足时，他们往往是在预组对时都能保证一，二级的标高和方位，而且已经将内集气室开孔修好，升气管调整到安装位置，这时候发现由于是承插结构，升气管与二级旋风出口差20mm左右的一段标高差，无法安装，此时由于内集气室开孔间隙限制，无法完全满足此处的临时安装调整要求（即：将升气管向上抬起，并周向移动一定角度），必须将旋风沿径向再推开一定角度，才能够实现安装，这往往导致安装后吊杆不能回位（见照片资料四），如前所述这种偏差是不能接受的而且严重影响装置的安全运行。

（2）另一种情况就是保证吊挂位置不动，对内集气室开孔扩孔，这势必又要产生前面提到过的垫板堆焊的弊病，而且由于再生器的内集气室和升气管的材质都是不锈钢，采用垫板堆焊的施工量和施工难度将更大，而潜在的不安全性也就越高。

可见这里采用承插结构是不适宜的，而如果采用“升气管平口连接结构”由于安装时没有了错标高的20mm，将使得安装变的更加方便，快捷。

照片资料四

结语

根据多套催化裂化装置两器（反应器和再生器）的施工工艺对比，不同结构的形式，确实要有相应针对性的施工特殊工艺，但从施工工艺角度考虑，这种“升气管平口连接结构”最早是在调整现场内集气室和旋风分离系统组对时发生过大偏差时使用过，后经现场的实践与完善，发现如采用此种结构不仅可以解决现场经常出现的安装问题，而且可以大大提高安装精度和效率。但由于目前炼油装置还在采用一些现有的斜口一体旋风升气管结构，好在此次靖边工业园150万吨催化裂化制乙烯装置（DCC）（相当于480万吨催化裂化两器规模，目前国内最大催化装置），两器旋风系统的图纸设计思路采用了“升气管平口连接结构”，因此我们的施工效率大大提高，希望在今后的两器旋风系统设计中，设计方能够多考虑施工的工艺，否则设计再标准，施工工艺达不到，可能就会对生产工艺造成影响。

以上分析，仅供参考！

[1] 70B124-2002，催化裂化装置反应再生系统设备工程技术条件[S]．

[2] SH/T3504-2009，催化裂化装置反应再生系统设备施工及验收规范[S]．

[3] NB/T47015-2011,压力容器焊接规程[S]．

[4] GB150．4-2011,压力容器[S]．

[5]催化裂化装置反应器和再生器设计[J]．当代化工，2012：（41）．

[6]最新石油炼制技术创新与工艺设计实用手册》（上卷）[M]．北京：石油工业出版社，2007：334-335．

[7]重油催化裂化装置再生器的设计[J]．石油化工设备技术，2011：32（2）．

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