重油催化裂化装置烟机结垢原因分析及长周期运行措施

2020-11-09张燕文李刚张利国程诚

中国化工贸易·下旬刊 2020年5期

张燕文李刚张利国程诚

摘要：烟气轮机（以下简称烟机）作为重油催化裂化装置中主要的能量回收设备，可将烟气含有的热量转化为机械能发电，是当前国内外催化裂化装置回收能量的最有效方法。它的平稳运行与否直接关系到整个机组乃至整个装置的生产安全。随着装置检修周期的延长，对烟气轮机的长周期要求也越来越高，因此，烟气轮机长周期高效运行越来越受各个石化企业的高度重。其中烟气轮机结垢，成为影响催化裂化装置长周期运行的主要问题。本文主要根据本装置烟机运行情况，分析了烟机结垢的原因并提出了预防措施。

关键词：催化裂化;烟机;结垢

0 前言

烟机结垢在故障里占主要比例，如果将部分叶片断裂与结垢相关联，烟机故障与结垢的直接間接原因占70%以上。大机组内烟气轮机的结垢问题是影响装置运行的主要因素之一。

1 装置简介及烟机运行工况

某石化公司280万t/a催化裂化装置采用烧焦罐加二密相的完全再生烧焦方式，正常操作时主风量控制在330000m3/h-350000m3/h之间，再生器稀相采用18组两级PLY旋风分离器，一级旋风器入口线速控制在18m/s左右，二级旋风器入口线速控制在20m/s左右，可控制再生烟气三旋入口粉尘浓度在400mg/m3以下。再生器烟气出口采用立管式三级旋风分离器，由108根旋风单管组成，三旋出口的浓度可控制在100-120mg/m3之间，烟机入口粉尘浓度较低。烟气轮机--主风机能量回收机组中烟机为YL-30000A型烟气轮机。该烟机为轴向进气，垂直向上排气。转子结构为单级轮盘、悬臂结构。烟机轮盘设有前后两路冷却蒸汽，冷却蒸汽采用250℃以上的1.0MPa低压蒸汽，轮盘冷却蒸汽量控制1200kg/h，轮盘温度控制在300-350℃之间。

2020年3月23日本装置主风机组运行时间达到运行周期，累计运行13152h，未发生类似烟机结垢引起的烟机振动大等现象。按计划3月24日烟机正式开始检修。

烟机检修解体开盖后组织对动静叶片的结垢情况和部分结垢物进行认真分析。烟机解体后，收集的静叶片结垢物呈片状，有明显的吹蚀状，停机后附着力较弱，可轻松剥离，整个静叶片上结垢不多，不影响流道面积;动叶片表面流道外缘处有轻微结垢，垢层较酥脆，可用手剥离;在动叶片齿根部有质地较为坚硬的垢层，呈玻璃晶体烧结状，附着力较强。通过检修来看在烟机运行全周期期间本装置只有轻微结垢，未对烟机运行工况造成影响。

2 结垢原因分析

主要原因：烟机结垢的主要原因在于三旋出口烟气中含有较高浓度<3μm超细粉催化剂颗粒，这些超细粉颗粒在烟机入口环境下，与叶轮根部、围带等部位发生高速碰撞，在各种因素的综合作用下结垢。

烟气中超细粉含量高的原因在于：①新鲜催化剂颗粒形态不佳（微观检查存在超细颗粒粘连、大颗粒空心等问题）、新鲜催化剂中细粉含量较高、催化剂颗粒强度低导致使用过程中产生大量超细粉;②MIP工艺本身相应添加较高比例的择形分子筛专用催化剂，反再系统中水蒸汽含量较高，上述情况催化剂颗粒容易热崩破损，从而产生大量<3μm的超细粉颗粒;③一、二级旋风系统故障、效率低、负荷过高及排料不畅等问题容易增加三旋粉尘负荷，导致进入烟机的烟气中催化剂微粉浓度升高;④再生器催化剂跑损，三旋无法回收的细粉进入烟机，造成烟机动静叶片迅速结垢;⑤两种剂或新旧剂磨损强度有差异，在系统混合使用过程当中，催化剂破损量增加，细粉、超细粉含量增多;⑥三旋分离效果不好，烟气细粉含量增加，也会加速结垢;⑦外取管束泄漏对催化剂产生冲击导致细粉和微粉增加;⑧催化剂理化性质不合格导致微粉增加，或导致一些装置流化异常，催化剂磨损加剧;⑨主风分布板、分布管等设计不合理或损坏导致床层偏流，造成催化剂磨损加剧或影响旋风料腿排料。

其他原因：①原料中的钙、铁、磷元素金属离子在催化剂的表面及孔道中富集，加速了催化剂细粉的静电吸附作用，在SOx的作用下易形成低熔点的硫酸钙化合物，加之催化剂粉尘媒介的作用，造成烟机结垢;②催化剂表面来不及燃烧的残炭与低熔点的共晶物，在高温状态下，容易与催化剂细粉在烟机叶片表面集结而形成极具黏附力的垢;③再生器烧焦效果下降，焦碳附着在催化剂表面随催化剂细粉进入烟机，加速垢的生成;④烟机轮盘蒸汽温度控制不好，造成蒸汽带水，加速烟气中夹带的粉尘沉积在烟气流道中;⑤进料喷嘴、预提升蒸汽量控制等方面异常导致超线速，造成催化剂磨损破碎。

3 本装置预防烟机结垢的措施

3.1 建立和完善超细粉检测

三旋进、出口烟气均设置在线粉尘检测仪表，对烟机入口超细粉含量开展在线检测;每周一次定期手工采样以校验在线分析仪表;建立烟机入口催化剂浓度及筛分台帐，重点监控<3μm、<5μm、<10μm超细粉含量及比例。

3.2 建立新鲜催化剂入厂质量台帐

对每批次新鲜剂的筛分（尤其是<20μm的细粉含量）、活性、磨损指数等指标进行分析，并与供货商的质量报告比对。当发现烟机入口<3μm超细粉浓度或比例异常变化时，对该批次新鲜剂外围增加颗粒显微观察，以辅助检查新鲜催化剂的颗粒形态。

3.3 强化催化剂、助剂管理

严格控制催化剂混用，尤其减少不同颗粒强度催化剂的混用，以减少相互磨损产生超细粉。比如丙烯助剂、复活剂等使用要严格计算加注量。

3.4 优化烟机运行状况

保证烟机轮盘蒸汽品质，避免水蒸汽中含有Ca、Mg、Fe、Na等化合物杂质;确保烟机轮盘冷却蒸汽过热度，最好达到250℃以上;加强烟道催化剂颗粒激光在线监测系统运行数据的监控，控制指标不大于150mg/m3。一旦发生三旋出口催化剂颗粒浓度超标的现象，要及时关小烟机入口蝶阀，直至全关，采取相应的调整保护措施，确保机组安全。

3.5 优化再生器操作

操作中避免再生密相超温、稀相尾燃、避免内外取管束泄漏、减少主风事故蒸汽量，以减少催化剂因遇水热崩而产生超细粉尘。摸索合理的主风用量，主风量过高将导致旋风分离器线速过高偏离工作性能曲线，形成二次夹带，导致其效率下降;同时线速过高也易造成催化剂磨损，进而影响烟机入口颗粒浓度。

3.6 加强常减压装置电脱盐操作管理

严格控制脱后含盐量小于3mg/l，催化原料含盐量小于6mg/l;降低催化装置原料中的金属，特别是钙、铁、钠离子的含量。

3.7 严格控制烟机入口粉尘浓度

定期测算稀密相等各部位线速和密度，保证床层流化均匀稳定;控制烟机入口粉尘浓度低于150mg/m3，其中>10μm的颗粒不操过3%。

3.8 维持平稳操作，减少操作波动

控制稳定的装置进料量、进料品质，合理调整和控制反再系统操作料位、操作温度及压力，减少装置工艺操作的波动;在调整操作时保证再生器压力缓慢变化，保证旋风分离效果，防止造成催化剂的跑损和再生器内部构件的损坏使催化剂跑损增加，保证旋风分离器高效运行。

3.9 降低烟气中的CO含量

本装置采用完全再生烧焦方式，再生烟气中的CO含量基本为零，降低了催化剂在烟机上结垢的概率。

3.10 事故状态下的应急处置

当装置催化剂跑损严重或发生催化剂突发性跑损，三级旋风分离器出口烟气粉尘超标时及时调整操作，关小烟机入口蝶阀开度，必要时切除烟气轮机。