催化裂化装置外取热器炉管泄漏原因分析及处理过程

赵晓晓

摘 要：本文介绍重油催化裂化装置外取热器炉管泄漏的处理过程，分析其泄漏原因。在正常生产中及时发现并能够处理有利于催化裂化长周期安全生产，有利于提高炼油厂的经济效益。

关键词：催化裂化；外取热器炉管泄漏；原因分析及处理过程

1 海南炼化外取热器设备简介

海南炼化催化裂化装置生产设计规模为2.8Mt/a，以渣油加氢尾油为主要原料。外取热器主要担负着调节催化裂化装置的热平衡，提供以维持装置正常生产所需的反应再生温度，同时也是一项重要的节能措施。它的使用性能的好坏不但受设计、制造等因素的影响，而且还与操作状态及运行条件密切相关。因而要有高的安全可靠性和较长的使用寿命，保证催化裂化装置安全平稳生产。

海南炼化催化裂化外取热器的设计上，为维持两器热平衡，增加操作灵活性，在第一再生器旁设置可调热量的外取热器2台，由第一再生器床层引出高温催化剂（600～700℃）；流入外取热器（301-C-104A/B）后，自上而下流动，取热管浸没于流化床内，外取热器通入流化风，以维持良好的流化，造成流化床催化剂对取热管的良好传热，催化剂温降100℃左右，通过外取热下斜管及下滑阀进入到第二再生器密相床。外取热器用的除氧水自烟气锅炉来，进入汽包（301-D-118A/B）与外取热器出来的汽-水混合物混合，传热并进行汽-液分离后产生的中压饱和蒸汽送至烟气锅炉过热[1]。工艺流程如图所示：

2 发生泄漏的可能原因及分析

（1）管束表面冲蚀、磨损。由于操作波动大，管束迎受面的高温催化剂冲刷相当严重，管束被不断减薄，最后磨穿。

（2）应力疲劳破坏。外取热器管束入口段，由于流速较低，容易产生汽水分层。加热中产生的蒸汽积聚在管子上部，汽泡增大后又被水带走，管壁出现干湿交替，引起管壁温度呈周期性的变化。随流速的提高，形成的汽泡变小，停留时间变短，使该处管子产生温度交变，引起交变应力疲劳破坏[2]。

（3）外取热器高负荷运行。为平衡罐区重油罐液位，满足全厂重油加工要求，催化装置长时间处于大处理量运行状态，加之催化原料性质重，生焦量较大，外取热一直高负荷运行，以保证再生器温度不超温。

（4）外取热器壳体上的各处松动风风量不对称，或大或小，周围的催化剂会吸附松动风所含的水蒸气而结块，结块了的催化剂使部分管束部分取热不均匀，导致管束局部过热。

（5）增压风的风量配比不合适。风量的变化使传热系数的变化敏感区很小，会减小催化剂的循环推动力和阻碍催化剂入口管的进料能力，影响管束的取热效果，热负荷不均匀，从而使管束上下易形成温差产生应力，造成管束破裂[2]。

（6）外取热个别管束水循环不畅，局部温度较高。

（7）设备施工过程中质量不合格或设计上存在缺陷[2]。

3 外取热器炉管泄漏的处理过程：

海南催化裂化装置外取热器A炉管泄漏发生于2012年8月20日，在20：03至20：06的较短时间内，当班操作员发现一再催化剂藏量由52%迅速上升至62%、二再催化剂藏量由44%下降至34%、外取热催化剂藏量由25%下降至11%、外取热A上水量由83t/h增加至102t/h但发汽量由82t/h下降至61t/h，并且锅炉岗位发现给水压力由5.88MPa下降至5.77MPa等一系列异常的操作参数变化，初步判断为外取热管束发生了泄漏所致。当班操作员立即汇报运行部、机动部和HSE部等相关上级部门，单元会同各相关部门领导根据操作条件确认为外取热A管束发生泄漏。单元安排逐步降低外取热A的负荷，关小外取热下滑阀并降低流化风量，至22：00操作参数逐步稳定后发现泄漏量为11t/h。由于泄漏点位于外取热器内部无法在线处理，因此只能采取将泄漏管束切除的方法处理。单元组织力量现场做了确认每一组管束上水管和排气管的对应以及现场检查压力表的校验等工作。为了避免在切除管束查漏过程中造成管束的干烧损坏管束（材质为20g，耐温上限为480℃），因此逐步将外取热A切出，但为避免外取热温度过低造成催化剂和泥，外取热A下滑阀开度保持在15%左右，提高流化风量维持外取热A的较低藏量（11%），逐步降温。

4 查找泄漏炉管的方法与经验

（1）优先查找外取热器下料侧管束；

（2）先关闭待查管束排汽阀后根据入口压力表压力变化情况缓慢关小直至关闭此管束的上水阀；

（3）在关闭上水阀时要严格控制管束压力不超过5.5MPa，如果出现压力持续上升则表明此管束不漏，如果出现压力上升后持续下降则表明此管束泄漏；

（4）查出泄漏管束将其切出平稳操作参数10分钟后，检查外取热器汽水是否平衡，如果平衡则表明已无泄漏管束，如果不平衡则表明仍有泄漏管束按上述方法继续查漏；

（5）将泄漏管束全部切出后，外操巡检时要定期检查切出管束的定排是否有水排出，如果连续有水排出表明上水阀内漏，为避免催化剂水热失活续加盲板；

（6）在关闭排汽阀时为避免阀前后压差过大无法迅速打开此阀，此阀需有一定的小开度；

（7）在关闭上水阀后管束压力会出现先上升后下降后再升的现象，是由于管束内为饱和汽水混合物，压力上升后部分蒸汽冷凝导致压力出现下降。

5 操作的注意事项

外取热器的合理设计是保证其延长寿命的关键，精心操作与严格管理对外取热器的良好运行也是十分重要的，为此应注意以下几个方面：

（1）外取热器在正常操作时要平稳，不可大幅度波动，调节时多注意个参数的变化，不能忽大忽小的调节增压风风量与滑阀的开度，投用时要尽量缓慢；

（2）绝对避免发生干烧、断水事故，提高水循环的可靠性。要保证四台热水循环泵两开两备，保证运行泵平稳，无异常；

（3）适当减少增压风的用量，只要保证外取热器能够正常硫化即可，以减小高气流携带催化剂造成的磨损，同时这对保护增压风分配器管嘴也是大有好处的[2]；

（4）在外取热器能够保证发气量与整个再生取热平衡的情况下，尽量避免使其处于高负荷状态下運行；

（5）在正常生产中，定期对外取热器壁及上部头盖做热检分析，能够及时掌握工作状态，根据热检温度分析判断其内部管束运行情况。

6 总结

（1）本次泄漏管束位置在靠近外取热A进料口位置，因此如果再出现外取热器管束泄漏时应优先检查靠近下料口位置管束；

（2）在管束泄漏前后301-TI-0404B温度由610℃下降至220℃，切除后温度有上升为610℃，表明泄漏位置应为下联箱，靠近流化风的位置，因此在检修时应着重检查此位置同时在正常生产过程中加强平稳操作避免流化风的大幅度波动；

（3）此次发现并能够及时处理，保证了设备的长周期运行，且未造成次生的事故，也为今后的工作中积累了经验同时能够提高工作效率，避免同样的问题发生时不能准确判断和和及时操作处理，损害设备，影响装置的安全平稳运行；

（4）本次外取热器管束泄漏为自首次开工以来的第一次，本次成功处置不仅锻炼了队伍，还为以后的工作中积累了宝贵经验。

参考文献

[1] 白锐. 海南炼化催化裂化操作规程[M].2008

[2] 伯文. 催化裂化装置技术问答[M].第二版），2003

[3] 催化外取热器换热分析[J]. 王春峰，万德斌，王宁，孙惠山. 当代化工. 2010（05）

[4] 外取热器取热管内壁裂纹成因分析[J]. 赵玉香. 化工设备与管道. 2009（03）