催化裂化裝置反應再生系統襯里沖蝕風險分析

(中國石油化工股份有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255434)

催化裂化裝置是煉油企業重要的二次加工裝置，主要由反應再生(反再)系統、分餾系統、吸收穩定系統和能量回收系統等部分組成。該裝置主要以直餾減壓餾分油等重質餾分油為原料，由蒸汽霧化噴入提升管，與來自再生器的高溫催化劑(600～750 ℃)接觸，發生以裂化反應為主的一系列化學反應。反應產物進入旋風分離器分離出夾帶的催化劑后，離開沉降器進入分餾塔;積有焦炭的催化劑進入沉降器汽提段，汽提后的待生催化劑通過待生斜管進入再生器去除積碳,再生后的催化劑經再生斜管送反應器循環使用。催化劑顆粒會造成反再系統設備管道沖刷磨損，導致發生失效事故[1]。

某煉油廠在催化裂化裝置日常生產過程中定期采用紅外熱成像對反再系統襯里溫度分布情況進行檢測，發現很多超溫部位，主要集中在循環斜管和再生斜管，于是采取了外壁包盒子的方式進行處理。在裝置停工檢修期間，對這些部位進行了對比檢查，發現內部存在襯里開裂、脫落等問題，部分器壁已經磨蝕穿孔。

1 襯里損傷情況

1.1 循環斜管

圖1為包盒子的循環斜管內壁襯里情況，可以看到有多處襯里脫落。循環斜管頂部彎頭連續兩處相鄰包盒子部位的內部襯里存在較為嚴重的內襯開裂現象，裂縫長100～200 mm，寬10 mm左右，見圖2。

圖2 內部襯里開裂

1.2 再生斜管

檢查發現，再生斜管內襯破損情況比循環斜管嚴重，這與日常紅外熱成像檢測發現的熱點分布情況相符。圖3為再生斜管內部襯里損傷情況。

在內部有襯板的部位，由于底部襯里施工難度大，質量難以保證，更容易發生沖蝕[2]。再生斜管內部反吹點襯板部位，催化劑沖刷磨穿襯板，在襯板下面掏洞，導致管壁整體穿透。由于在穿透前已經用紅外熱成像檢測出該部位溫度超標，并在其外部進行包盒子處理，因此該部位在生產過程中未發生泄漏。

圖3 再生斜管內部襯里損傷

2 紅外熱成像檢測情況

根據斯蒂芬-波爾茲曼定律，通過測量物體的輻射能，紅外熱成像可反映出物體表面的溫度分布情況。在煉油化工企業,紅外熱成像被廣泛應用于襯里損傷檢測、加熱爐爐管檢測和保溫材料損傷檢測等領域[3-5]。由于催化裂化反再系統襯里一旦發生損傷，高溫煙氣直接與器壁接觸，會導致器壁表面溫度升高,因此通過紅外熱成像檢測可以及時發現超溫部位及溫度分布情況，從而采取補板包盒子等措施進行防護，實現預見性維修。

圖4為再生斜管上下料口部位的紅外熱成像照片。從圖4可以看出，在補板包盒子部位附近出現新的超溫點，最高溫度達到348 ℃，而該部位附近的平均溫度在100 ℃左右。

圖4 上下料口部位的紅外熱成像

圖5為再生斜管膨脹節下部的紅外熱成像照片，在膨脹節下部超溫明顯，最高溫度達到398 ℃。

根據經驗，如果反再系統外壁溫度超過350 ℃，需要立刻進行包盒子處理。溫度未達到臨界值則不作處理，可監控使用。

圖5 膨脹節下部的紅外熱成像

3 沖刷風險分析

催化裂化裝置反再系統襯里發生損傷的主要原因有施工質量問題、材料的線膨脹系數差異、新舊襯里銜接不好和工藝操作頻繁超溫超壓等。隨著裝置開工周期的延長，襯里損傷的情況呈上升趨勢，表現為反再系統設備外表面的異常超溫點不斷增多。圖6為某催化裂化裝置反再系統2011年到2014年生產周期內的定期紅外熱成像檢測發現的異常超溫點數量統計。從圖6可以看出，在裝置開工初期，反再系統器壁超溫點很少，但隨著裝置運行時間延長，超溫點的數量呈遞增態勢;在生產中后期，每個月的紅外熱成像定期檢測都能發現10到30處不等的超溫點。統計結果表明，該裝置反再系統一個生產周期通過紅外熱成像發現異常超溫點(溫度≥300 ℃或相對溫差≥200 ℃)共計313個。

圖6 器壁紅外檢測異常超溫點統計

該次檢修設備發現，反再系統補板包盒子處對應的內襯部位均出現程度不同的缺損，除個別部位的損傷形式為貫穿孔外，其余均為不規則的襯里開裂或脫落。在超溫點補板附近出現新的超溫點是一個普遍現象，主要是因為襯里發生損傷后，催化劑沿著損傷部位不斷沖刷，使得裂縫不斷擴展。如果超溫部位不及時處理，隨著時間延長，該部位會因沖刷而發生泄漏。

目前,將該裝置超溫包盒子的溫度門檻值定為350 ℃，但從實際運行看，也有部分溫度未達到350 ℃的超溫部位后期發生了泄漏事故。2014年1月，反再系統再生斜管1處超溫點發生泄漏，紅外熱成像檢測最高溫度328 ℃。該部位最早發現超溫點為2013年7月，其最高溫度變化見圖7。

圖7 泄漏部位超溫點溫度變化

從圖7可以看出，該部位最高溫度雖略有波動，但整體呈上升趨勢。從發現該部位溫度異常至穿孔泄漏，時間跨度大約在6個月，期間最高溫度338 ℃，未達到包盒子的溫度要求，因此未進行處理。由此可見，將外壁最高溫度350 ℃作為是否需要包盒子的依據不可靠。

統計表明，當反再系統外壁局部溫度高于320 ℃，或相對溫差值超過200 ℃，如果不采取措施，那么繼續運行6個月左右，就會發生器壁磨損泄漏的事故。某石化設備檢測監理研究中心根據“催化襯里損傷的紅外微機診斷及維修決策”項目，對反再系統襯里損傷情況進行劃分：外壁表面溫度在70 ℃以下為正常；70～100 ℃為輕度損傷；100～150 ℃為中下程度損傷；200～250 ℃為中上程度損傷；250～320 ℃為較嚴重損傷；320～420 ℃為嚴重損傷;420 ℃以上需停工檢修。當器壁出現較嚴重損傷時，就應采取包盒子措施。通過實際運行，發現該方法較為可靠。因此，如果只考慮反再系統外壁最高溫度，超過320 ℃作為包盒子處理的依據更合理，可以最大程度避免反再系統的沖刷泄漏問題，實現預見性維護、維修。

4 結 語

(1)某催化裂化裝置反再系統存在較嚴重的襯里開裂和脫落問題，主要集中在循環斜管和再生斜管，損失情況和裝置運行期間的紅外熱成像檢測結果具有良好的一致性。

(2)采用紅外熱成像技術定期對反再系統設備外壁溫度分布情況進行檢測，可以及時發現外壁超溫點。建議反再系統設備外壁最高溫度超過320 ℃時，應當及時采取包盒子的防護措施，避免器壁沖蝕泄漏。

[1] 劉國防，徐士平.催化裂化裝置襯里運行情況及改進措施[J].齊魯石油化工，2003,31(4):331-334.

[2] 周偉權.催化裂化設備襯里損壞原因分析及改進措施[J].石油化工技術與經濟，2012，28(2):43-46.

[3] 程玉蘭.紅外診斷現場實用技術[M].北京：機械工業出版社，2002：140-142.

[4] 孫卉.紅外熱像技術在催化襯里損傷診斷中的應用[J].工業爐, 2011,33(1):28-29.

[5] 李曉剛,付冬梅.紅外熱像檢測與診斷技術[M].北京：中國電力出版社,2006：91-95.

(編輯 王維宗)