催化裂化装置三旋存在问题分析及改造措施

， ， ， ， (.洛阳石化工程设计有限公司， 河南 洛阳 470; .洛阳石化工程公司， 河南 洛阳 470；. 中国石油化工股份有限公司 洛阳分公司， 河南 洛阳 470)

催化裂化装置三旋存在问题分析及改造措施

毕宏1，张伟1，王燮理1，顾月章2，孙正立3
(1.洛阳石化工程设计有限公司， 河南 洛阳 471012; 2.洛阳石化工程公司， 河南 洛阳 471012；3. 中国石油化工股份有限公司 洛阳分公司， 河南 洛阳 471012)

针对中国石油化工股份有限公司洛阳分公司100万t/a重油催化裂化装置再生器第三级旋风分离器效率低的问题，对三旋运行状况进行了工艺核算，认为单管数量不在单管最佳处理范围、单管防返混锥标高相差较大以及集尘室净空尺寸偏小是造成三旋分离效率低的主要原因，从减少单管总数、扩大临界流速喷嘴口径、三旋内部结构优化等方面提出了改造措施，改造后的三旋运行状况良好，分离效率明显提高，满足安全生产需要。

旋风分离器； 催化裂化装置； 分离效率； 改造

第三级旋风分离器(以下简称三旋)是催化裂化装置能量回收系统的关键设备之一，其运行过程中分离效率的高低直接影响烟气轮机的使用[1-6]。中国石油化工股份有限公司洛阳分公司100万t/a重油催化裂化装置现有2台立管式三级多管旋风分离器，壳体尺寸为Ø5 800 mm×10 972 mm×18 mm，每台内设49根(共98根)PSC-300型旋风管，内圈各堵3根旋风管没有使用。

2008年曾对三旋单管进行过整体更换，初期三旋的运行状况良好，出口粉尘质量浓度一般在50～60 mg/m3，烟机运行正常。2015-01发现催化剂跑损严重，三旋出口粉尘质量浓度增大到140 mg/m3，最高时达到267 mg/m3，超过中国石油化工股份有限公司标准规定的烟气轮机入口质量浓度不大于150 mg/m3的要求，严重影响烟气轮机的使用寿命，因此进行了停工检修。检修期间发现三旋单管磨损严重，单管底部锥体出现磨穿现象，三旋内吊筒与三旋外壳体锥形连接处局部撕裂分离。对单管及吊筒与三旋外壳体连接处加固并局部补焊后重新开工，三旋运行状况没有得到完全改善，曾因三旋烟气出口质量浓度偏高两次切出烟气轮机。该三旋已经运行多年，有必要按照现有工况对其进行核算，根据核算结果对三旋进行适应性改造，以保证烟气轮机长周期安全运行[7-15]。

1 三旋目前运行状况核算

2015年改造前三旋部分运行参数见表1，现有操作数据见表2。

表1 改造前三旋部分运行参数

表2 三旋现有操作参数

1.1 所需单管数

根据表2所列三旋现有操作数据，核算出三旋进口烟气总量的正常操作范围为240 584.2～256 275.2 m3/h，波动下限为203 105.5 m3/h，波动上限为264 318.2 m3/h。按照单管的额定风量3 000 m3/h计算，波动下限时所需单管数nmin=203 105.5/3 000=67.7(根)，正常操作时所需的单管数n1=240 584.2/3 000=80.2(根)、n2=256 275.2/3 000=85.4(根)，波动上限时所需单管数nmax=264 318.2/3 000=88.1(根)。可以看出，现有单管数量98根偏多，处理烟气量偏低，不在单管最佳处理范围内，应适当减少单管数量。

1.2 泄气率

已知临界流速喷嘴前烟气温度T1=923 K，喷嘴后烟气温度T2=868 K，喷嘴前压力p1=0.227 42 MPa，按照波动上限计算，进入每台临界流速喷嘴的烟气量qV=264 318.2/2=132 159.1(m3/h)。

三旋底部的泄气率KV=qVzq/qV=0.026<0.03，说明临界流速喷嘴口径的设计与现有工况不匹配，造成三旋泄气量不足，从而极大影响了三旋的分离效率。

2 三旋分离效率低原因分析

工艺计算证明，现有的三旋单管数量使单管不在最佳处理范围内，泄气率偏低，进而造成三旋分离效率低。

对三旋进行内部检查发现，三旋内吊筒与三旋外壳体锥形连接处局部撕裂分离。该处焊接结构为角焊缝，受力不好，虽经过加固处理，但仍出现局部撕裂现象，造成粉尘烟气不能进入单管内进行分离，而是直接窜至集气室，从烟气出口排出，降低三旋工作效率。

三旋上、下隔板为球面半径，造成等长的三圈单管防返混锥标高相差较大，易加剧低处防返混锥处的粉尘窜混。

三旋外壳体为多年前设计，集尘室净空尺寸较近几年设计偏小，集尘室粉尘沉降空间小，不利于粉尘沉降。

3 三旋改造措施

3.1 调整单管总数

取三旋单管数n=80根，则单管的实际处理量为3 007.3～3 203.4 m3/h，处于单管处理量的最佳范围。考虑到今后增大处理量的可能性，在每台三旋内筒设置42根单管，同时封堵2根，以便扩能改造时使用。

所选单管的型号为PST-300型，该单管是由洛阳石化工程公司和营口庆营石化设备有限公司共同开发的，其有效操作范围宽，单管工况体积流量的最小值为2 700 m3/h、最大值为3 500 m3/h，涵盖了现有三旋正常操作时所需的2 864.1～3 050.9 m3/h烟气量范围。

3.2 扩大临界流速喷嘴口径

三旋的泄气率应当在0.03～0.05才能保证旋风管与灰斗有一定的压差，从而使排尘通畅，减轻排尘返混现象。由于可以在烟机处回收高温烟气能量，所以泄气率太大会造成浪费。通过计算，将临界流速喷嘴口径扩大至Ø81 mm，此时三旋泄气率为0.04，满足三旋正常操作需要的泄气量，提高了三旋分离效率。

3.3 内部结构空间优化

将分离吊筒连接结构由锥角连接改为圆角过渡，将角焊缝改为对接焊缝，从而极大改善了受力，并更新了原球壳的碳钢连接板。改造前后分离吊筒连接结构见图1。

图1 改造前后分离吊筒连接结构

缩小3圈单管防返混锥之间的距离，适当抬高第二、第三圈单管，将3圈单管防返混锥之间距离缩短为50 mm(图1)，趋于等高排料，以减缓窜混，提高效率。

为保证三旋集尘室有必备的催化剂粉尘沉降空间，将分离单元标高整体提高。

原来采用的上、下隔板加强筋结构的焊接量大，隔板成型精度差，受热后容易变形，造成焊接在隔板上的单管同轴度和其它精度无法保证，影响三旋分离效率。故取消上、下隔板的加强筋板，采用整体加厚结构。

3.4 单管适应性改造

单管局部喷涂的优点是抗磨损，但同时增加了堵塞可能性，单管堵塞比单管磨损对三旋长周期、高效运行的危害更大，统筹考虑后决定取消单管的防磨喷涂。此外，将第三圈(最外圈)单管采用全防返混锥结构形式。

改造后三旋部分运行参数见表3。

表3 改造后三旋部分运行参数

4 结语

通过工艺数据核算以及对三旋设备现有结构的分析，找出了造成三旋分离效率低的主要原因，通过调整单管数量、扩大临界流速喷嘴口径，同时对三旋内部结构空间进行了一系列优化和单管适应性改造，改造后三旋的分离效率得到显著提高，三旋出口粒度大于10 μm的催化剂均小于5%(体积分数)，保证了烟气轮机的安全运行，满足生产需要。

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ProblemAnalysisandSolutionoftheThirdStageCycloneSeparatorinFluidizedCatalyticCrackingUnit

BIHong1，ZHANGWei1，WANGXie-li1，GUYue-zhang2，SUNZheng-li3
(1.Luoyang Petrochemical Engineering Design Co .Ltd.， Luoyang 471012， China； 2.SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation, Luoyang 471012, China; 3.China Petroleum & Chemical Corporation Luoyang Company, Luoyang 471012,China)

Process calculation are reviewed for the third stage cyclone of 1 000 000 t/a fluidized catalytic cracking unit regeneration of China Petroleum & Chemical Corporation Luoyang Company. Single tube numbers beyond the most preferred range, large elevation height difference between anti-back mixing cones and smaller collection chamber space are recognized as the main causes for low efficiency of the third cyclone. Reducing the total number of single tube, expanding the critical velocity nozzle diameter and optimizing the third cyclone internal structure and etc. countermeasures are proposed and applied and satisfying effect are achieved for both efficiency and safety production.

cyclone separator； fluidized catalytic cracking unit； separation efficiency； transformation

1000-7466(2017)06-0065-04

2017-06-12

毕 宏(1971-)，女，山西榆次人，高级工程师，学士，从事压力容器设计工作。

TQ051.8； TE969

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.06.012

(张编)