催化裂化装置外取热器泄漏的判断与处理

2022-05-26董四强徐海龙

化工技术与开发 2022年5期

吴磊，董四强，文旭，徐海龙

（中国石油广西石化公司，广西钦州 535000）

1 装置简介

催化裂化装置是炼油企业中最重要的石油二次加工装置。催化装置的外取热器是确保催化装置平稳操作、安全运行的关键设备，同时也是一个重要的节能设备[1]，它的运行状况对降低装置的能耗、物耗有很大的作用[2]。

某石化公司350万t·a-1重油催化裂化装置，由反应再生、分馏、吸收稳定、双脱、富气压缩机组、烟气能量回收机组及烟气锅炉等组成。采用高温短接触时间的提升管反应，反应时间控制在3.5s，再生部分采用重叠式两段再生工艺，为有效控制再生温度，设置了2台外取热器。该外取热器采用取热量可灵活调节的全重力流密相催化剂取热技术[3]。外取热器的流化风使用全厂工业风，汽水系统采用强制循环，以保证取热器管束内的汽水分配均匀。外取热器为UOP专利设备，单台设计负荷58.6MW（外取产汽口产汽量124.817t·h-1，外取汽包最大产汽量90t·h-1），壳体直径2.74m。

为维护两器热平衡，增加操作灵活性，在第一再生器旁设置了可调热量的2台外取热器。由第一再生器床层引出的高温催化剂流入外取热器后，自上而下流动。取热管浸没于流化床内，取热器通入流化空气，以维持良好的流化。流化床催化剂对取热管进行良好传热，经换热后催化剂降温，通过外取热器的下斜管及下滑阀进入第二再生器密相床。外取热器用的脱氧水，经重压锅炉给水泵加压后进入汽包，与外取热器换热出来的汽-水混合物混合、传热并进行汽、液分离后，产生的3.82MPa、285℃饱和蒸汽送至蒸汽过热锅炉过热。外取热器的工艺流程见图1。

图1 外取热器的工艺流程

2 外取热器泄漏的危害

2.1 催化剂热崩、跑损

汽包中的水、汽混合物从换热管束内漏进入外取热器后，与高温催化剂接触，造成催化剂热崩，改变了催化剂的粒度分布，使20μm以下的催化剂的占比上升。随着催化剂大量热崩，催化剂的活性随之下降，反应深度发生改变。一方面，随着催化剂热崩，催化剂的细粉含量增加，而20μm以下的催化剂不易被旋风分离器分离，导致更容易跑剂。另一方面，大量的水、汽内漏进入外取热器后急剧汽化，造成旋风器压降增加，线速增加，旋风分离器偏离工作性能曲线，形成二次夹带。同时线速过高也易造成催化剂磨损，使得旋风分离器的负荷增加，易造成催化剂大量跑损。

2.2 流化异常，烟机结垢

大量除氧水内漏进入外取热器后急剧汽化，造成再生器压力异常上升，催化剂流动的推动力减小，易导致催化剂架桥等事故，如果处理不及时，会造成设备超压及装置的非计划停工。催化剂跑损导致三旋入口的粉尘浓度高，三旋回收效率下降，大量催化剂细粉颗粒进入烟机，使得烟机的结垢速度加快。而且大量催化剂细粉进入烟机后，会磨损烟机叶片，影响烟机的长周期运行。

2.3 水汽系统大幅波动

外取热器发生内漏，会使汽包的上水量增大，锅炉给水泵的出口压力下降，负荷上升。如果调节不及时，严重时会造成汽包液位为空。另外，随着外取热器内漏，大量除氧水在外取热器中汽化，大量热量进入再生烟气，造成产汽量下降，如果不及时引进系统蒸汽，会发生气压机停机等次生事故。

2.4 排放超标

大量跑损的催化剂随着再生烟气进入余锅脱硝段，会在脱硝段沉积，使得再生烟气与脱硝催化剂的接触面积减小。如果主操未及时进行，不仅会使余锅省煤段结盐结垢，还会使外排烟气的氮氧化物超标。如果催化剂长时间大量跑损，跑损的催化剂随着烟气进入脱硫段后，会使洗涤塔循环浆液的固体悬浮物超标，还会使外排烟气中的二氧化硫超标。

3 外取热器的泄漏判断

3.1 再生器的烟气粉尘浓度上升

外取热器水管泄漏后，高压水蒸气从泄漏口高速喷出，导致催化剂破损，再生器烟气中催化剂的粉尘浓度会增加。图2为再生器烟气中的粉尘浓度趋势图，由图2可知，正常操作期间，再生烟气中的粉尘浓度含量为310～330 mg·Nm-3，1:55开始，粉尘浓度开始缓慢上升，由330mg·Nm-3上升至370mg·Nm-3，说明外取热器可能发生了泄漏。

图2 烟气中粉尘浓度

3.2 烟机入口蝶阀的开度上升

再生器压力的调节，可通过调节器分程控制烟机旁路的大小蝶阀和烟机入口蝶阀来实现，当压力升高时，烟机入口蝶阀的开度增加。外取热器水管泄漏后，高压水蒸气从泄漏口高速喷出，随催化剂进入再生器中，导致压力快速上升。图3为烟机入口蝶阀的开度趋势图，由图3可知，正常操作期间，烟机入口蝶阀的开度为37%～39%，1:55开始，蝶阀开度缓慢上升，由38%上升至47%，说明外取热器可能发生了泄漏。

图3 烟机入口蝶阀开度

3.3 主风机的电机功率下降

烟气能量回收机组采用三机组形式，即烟汽轮机+轴流主风机+增速箱+电动机。正常操作时，主风机流量通过主风机静叶角度和烟机入口蝶阀开度进行调整。当外取热器水管泄漏时，再生器压力升高，烟机入口蝶阀开度加大，烟机做功增加，为保持主风量稳定，电机功率下降。图4为主风机的电机功率趋势图，由图4可知，正常操作期间、处理量恒定时，电机功率约为6500kW·h-1，1:55开始，电机功率缓慢下降，由6500kW·h-1下降至4800kW·h-1，说明外取热器可能发生了泄漏。

图4 主风机电机功率趋势图

3.4 外取热器上水量大于产汽量

汽包液位与蒸汽流量、给水流量共同组成汽包三冲量控制系统。汽包水位根据该汽包的蒸汽流量及给水流量的变化，控制汽包给水调节阀的开度。当外取热器发生泄漏后，蒸汽泄漏至再生器内，产汽量减小，为维持水位在正常范围，上水量会增大。图5为汽包上水量与产汽量的趋势图，由图5可知，正常操作时汽包上水量约60t·h-1，略小于产汽量。1：30开始，汽包上水量明显大于产汽量，且偏差度越来越大，说明外取热器可能发生了泄漏。

图5 汽包上水量与产汽量趋势图

3.5 相应措施

判断外取热器发生内漏后应立即联系调度。催化外取热器泄漏时，需要将其切除，同时降低装置处理量20t·h-1，中压蒸汽降低50～70t·h-1。再生温度由另一台外取热器控制，应缓慢关闭流化风控制阀，调整量为0.5Nm3·min-1；缓慢关闭外取热器滑阀，每次的调整量为1%～2%。根据汽包液位，及时调整上水阀，控制汽包液位为30%～70%。外取热器温度降到200℃，即停用外取热器强制循环水泵。再生器的烧焦能力决定装置的处理量，在一台外取热器切除的情况下，由于装置取热受限，处理量由405t·h-1降低至395t·h-1，主风量由5700Nm3·min-1降低至5000Nm3·min-1。为提高装置处理量，保证全厂的物料平衡，催化装置应对进料及操作参数进行优化：

1）回炼油由22t·h-1降低至5～10t·h-1，冷蜡线为重芳烃，为10～20t·h-1。

2）提高另一台外取热器的取热量，设计最大产汽量为90t·h-1，正常控制为80～90t·h-1。

3）降低提升管的进料温度为220～222℃，提高剂油比，以提高催化剂的循环速率。

4）控制再生烟气的CO浓度为4.8%～5.7%，在保证二再不尾燃的情况下，控制较高的CO浓度，将再生器中的热量转移至CO焚烧炉中。

采用上述操作处理后，由表1可以看出，优化后的液体收率明显大于泄漏后的收率。