重油催化裂化裝置煙機(jī)結(jié)垢原因分析及長周期運(yùn)行措施

張燕文 李剛 張利國 程誠

摘 要：煙氣輪機(jī)（以下簡稱煙機(jī)）作為重油催化裂化裝置中主要的能量回收設(shè)備，可將煙氣含有的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能發(fā)電，是當(dāng)前國內(nèi)外催化裂化裝置回收能量的最有效方法。它的平穩(wěn)運(yùn)行與否直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組乃至整個(gè)裝置的生產(chǎn)安全。隨著裝置檢修周期的延長，對煙氣輪機(jī)的長周期要求也越來越高，因此，煙氣輪機(jī)長周期高效運(yùn)行越來越受各個(gè)石化企業(yè)的高度重。其中煙氣輪機(jī)結(jié)垢，成為影響催化裂化裝置長周期運(yùn)行的主要問題。本文主要根據(jù)本裝置煙機(jī)運(yùn)行情況，分析了煙機(jī)結(jié)垢的原因并提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：催化裂化;煙機(jī);結(jié)垢

0 前言

煙機(jī)結(jié)垢在故障里占主要比例，如果將部分葉片斷裂與結(jié)垢相關(guān)聯(lián)，煙機(jī)故障與結(jié)垢的直接間接原因占70%以上。大機(jī)組內(nèi)煙氣輪機(jī)的結(jié)垢問題是影響裝置運(yùn)行的主要因素之一。

1 裝置簡介及煙機(jī)運(yùn)行工況

某石化公司280萬t/a催化裂化裝置采用燒焦罐加二密相的完全再生燒焦方式，正常操作時(shí)主風(fēng)量控制在330000m3/h-350000m3/h之間，再生器稀相采用18組兩級PLY旋風(fēng)分離器，一級旋風(fēng)器入口線速控制在18m/s左右，二級旋風(fēng)器入口線速控制在20m/s左右，可控制再生煙氣三旋入口粉塵濃度在400mg/m3以下。再生器煙氣出口采用立管式三級旋風(fēng)分離器，由108根旋風(fēng)單管組成，三旋出口的濃度可控制在100-120mg/m3之間，煙機(jī)入口粉塵濃度較低。煙氣輪機(jī)--主風(fēng)機(jī)能量回收機(jī)組中煙機(jī)為YL-30000A型煙氣輪機(jī)。該煙機(jī)為軸向進(jìn)氣，垂直向上排氣。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為單級輪盤、懸臂結(jié)構(gòu)。煙機(jī)輪盤設(shè)有前后兩路冷卻蒸汽，冷卻蒸汽采用250℃以上的1.0MPa低壓蒸汽，輪盤冷卻蒸汽量控制1200kg/h，輪盤溫度控制在300-350℃之間。

2020年3月23日本裝置主風(fēng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間達(dá)到運(yùn)行周期，累計(jì)運(yùn)行13152h，未發(fā)生類似煙機(jī)結(jié)垢引起的煙機(jī)振動大等現(xiàn)象。按計(jì)劃3月24日煙機(jī)正式開始檢修。

煙機(jī)檢修解體開蓋后組織對動靜葉片的結(jié)垢情況和部分結(jié)垢物進(jìn)行認(rèn)真分析。煙機(jī)解體后，收集的靜葉片結(jié)垢物呈片狀，有明顯的吹蝕狀，停機(jī)后附著力較弱，可輕松剝離，整個(gè)靜葉片上結(jié)垢不多，不影響流道面積;動葉片表面流道外緣處有輕微結(jié)垢，垢層較酥脆，可用手剝離;在動葉片齒根部有質(zhì)地較為堅(jiān)硬的垢層，呈玻璃晶體燒結(jié)狀，附著力較強(qiáng)。通過檢修來看在煙機(jī)運(yùn)行全周期期間本裝置只有輕微結(jié)垢，未對煙機(jī)運(yùn)行工況造成影響。

2 結(jié)垢原因分析

主要原因：煙機(jī)結(jié)垢的主要原因在于三旋出口煙氣中含有較高濃度<3μm超細(xì)粉催化劑顆粒，這些超細(xì)粉顆粒在煙機(jī)入口環(huán)境下，與葉輪根部、圍帶等部位發(fā)生高速碰撞，在各種因素的綜合作用下結(jié)垢。

煙氣中超細(xì)粉含量高的原因在于：①新鮮催化劑顆粒形態(tài)不佳（微觀檢查存在超細(xì)顆粒粘連、大顆?？招牡葐栴}）、新鮮催化劑中細(xì)粉含量較高、催化劑顆粒強(qiáng)度低導(dǎo)致使用過程中產(chǎn)生大量超細(xì)粉;②MIP工藝本身相應(yīng)添加較高比例的擇形分子篩專用催化劑，反再系統(tǒng)中水蒸汽含量較高，上述情況催化劑顆粒容易熱崩破損，從而產(chǎn)生大量<3μm的超細(xì)粉顆粒;③一、二級旋風(fēng)系統(tǒng)故障、效率低、負(fù)荷過高及排料不暢等問題容易增加三旋粉塵負(fù)荷，導(dǎo)致進(jìn)入煙機(jī)的煙氣中催化劑微粉濃度升高;④再生器催化劑跑損，三旋無法回收的細(xì)粉進(jìn)入煙機(jī)，造成煙機(jī)動靜葉片迅速結(jié)垢;⑤兩種劑或新舊劑磨損強(qiáng)度有差異，在系統(tǒng)混合使用過程當(dāng)中，催化劑破損量增加，細(xì)粉、超細(xì)粉含量增多;⑥三旋分離效果不好，煙氣細(xì)粉含量增加，也會加速結(jié)垢;⑦外取管束泄漏對催化劑產(chǎn)生沖擊導(dǎo)致細(xì)粉和微粉增加;⑧催化劑理化性質(zhì)不合格導(dǎo)致微粉增加，或?qū)е乱恍┭b置流化異常，催化劑磨損加劇;⑨主風(fēng)分布板、分布管等設(shè)計(jì)不合理或損壞導(dǎo)致床層偏流，造成催化劑磨損加劇或影響旋風(fēng)料腿排料。

其他原因：①原料中的鈣、鐵、磷元素金屬離子在催化劑的表面及孔道中富集，加速了催化劑細(xì)粉的靜電吸附作用，在SOx的作用下易形成低熔點(diǎn)的硫酸鈣化合物，加之催化劑粉塵媒介的作用，造成煙機(jī)結(jié)垢;②催化劑表面來不及燃燒的殘?zhí)颗c低熔點(diǎn)的共晶物，在高溫狀態(tài)下，容易與催化劑細(xì)粉在煙機(jī)葉片表面集結(jié)而形成極具黏附力的垢;③再生器燒焦效果下降，焦碳附著在催化劑表面隨催化劑細(xì)粉進(jìn)入煙機(jī)，加速垢的生成;④煙機(jī)輪盤蒸汽溫度控制不好，造成蒸汽帶水，加速煙氣中夾帶的粉塵沉積在煙氣流道中;⑤進(jìn)料噴嘴、預(yù)提升蒸汽量控制等方面異常導(dǎo)致超線速，造成催化劑磨損破碎。

3 本裝置預(yù)防煙機(jī)結(jié)垢的措施

3.1 建立和完善超細(xì)粉檢測

三旋進(jìn)、出口煙氣均設(shè)置在線粉塵檢測儀表，對煙機(jī)入口超細(xì)粉含量開展在線檢測;每周一次定期手工采樣以校驗(yàn)在線分析儀表;建立煙機(jī)入口催化劑濃度及篩分臺帳，重點(diǎn)監(jiān)控<3μm、<5μm、<10μm超細(xì)粉含量及比例。

3.2 建立新鮮催化劑入廠質(zhì)量臺帳

對每批次新鮮劑的篩分（尤其是<20μm的細(xì)粉含量）、活性、磨損指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行分析，并與供貨商的質(zhì)量報(bào)告比對。當(dāng)發(fā)現(xiàn)煙機(jī)入口<3μm超細(xì)粉濃度或比例異常變化時(shí)，對該批次新鮮劑外圍增加顆粒顯微觀察，以輔助檢查新鮮催化劑的顆粒形態(tài)。

3.3 強(qiáng)化催化劑、助劑管理

嚴(yán)格控制催化劑混用，尤其減少不同顆粒強(qiáng)度催化劑的混用，以減少相互磨損產(chǎn)生超細(xì)粉。比如丙烯助劑、復(fù)活劑等使用要嚴(yán)格計(jì)算加注量。

3.4 優(yōu)化煙機(jī)運(yùn)行狀況

保證煙機(jī)輪盤蒸汽品質(zhì)，避免水蒸汽中含有Ca、Mg、Fe、Na等化合物雜質(zhì);確保煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽過熱度，最好達(dá)到250℃以上;加強(qiáng)煙道催化劑顆粒激光在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，控制指標(biāo)不大于150mg/m3。一旦發(fā)生三旋出口催化劑顆粒濃度超標(biāo)的現(xiàn)象，要及時(shí)關(guān)小煙機(jī)入口蝶閥，直至全關(guān)，采取相應(yīng)的調(diào)整保護(hù)措施，確保機(jī)組安全。

3.5 優(yōu)化再生器操作

操作中避免再生密相超溫、稀相尾燃、避免內(nèi)外取管束泄漏、減少主風(fēng)事故蒸汽量，以減少催化劑因遇水熱崩而產(chǎn)生超細(xì)粉塵。摸索合理的主風(fēng)用量，主風(fēng)量過高將導(dǎo)致旋風(fēng)分離器線速過高偏離工作性能曲線，形成二次夾帶，導(dǎo)致其效率下降;同時(shí)線速過高也易造成催化劑磨損，進(jìn)而影響煙機(jī)入口顆粒濃度。

3.6 加強(qiáng)常減壓裝置電脫鹽操作管理

嚴(yán)格控制脫后含鹽量小于3mg/l，催化原料含鹽量小于6mg/l;降低催化裝置原料中的金屬，特別是鈣、鐵、鈉離子的含量。

3.7 嚴(yán)格控制煙機(jī)入口粉塵濃度

定期測算稀密相等各部位線速和密度，保證床層流化均勻穩(wěn)定;控制煙機(jī)入口粉塵濃度低于150mg/m3，其中>10μm的顆粒不操過3%。

3.8 維持平穩(wěn)操作，減少操作波動

控制穩(wěn)定的裝置進(jìn)料量、進(jìn)料品質(zhì)，合理調(diào)整和控制反再系統(tǒng)操作料位、操作溫度及壓力，減少裝置工藝操作的波動;在調(diào)整操作時(shí)保證再生器壓力緩慢變化，保證旋風(fēng)分離效果，防止造成催化劑的跑損和再生器內(nèi)部構(gòu)件的損壞使催化劑跑損增加，保證旋風(fēng)分離器高效運(yùn)行。

3.9 降低煙氣中的CO含量

本裝置采用完全再生燒焦方式，再生煙氣中的CO含量基本為零，降低了催化劑在煙機(jī)上結(jié)垢的概率。

3.10 事故狀態(tài)下的應(yīng)急處置

當(dāng)裝置催化劑跑損嚴(yán)重或發(fā)生催化劑突發(fā)性跑損，三級旋風(fēng)分離器出口煙氣粉塵超標(biāo)時(shí)及時(shí)調(diào)整操作，關(guān)小煙機(jī)入口蝶閥開度，必要時(shí)切除煙氣輪機(jī)。

4 結(jié)論

通過對催化裂化裝置的優(yōu)化操作，消除了煙機(jī)異常結(jié)垢，本檢修周期內(nèi)，未發(fā)生異常結(jié)垢，說明對煙機(jī)結(jié)垢的控制措施有效。

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