催化裂化裝置設備運行優化分析

張俊猛，廣進華，儲南翔，王俊宏，黃 富

(中國石油四川石化有限責任公司生產一部，四川成都 611930)

中國石油四川石化250Mt/a重油催化裂化裝置，由反應再生單元、熱工單元、煙氣脫硫單元、分餾單元、吸收穩定單元和產品精制單元組成，以加氫重油為原料，采用石油化工科學研究院開發的降低催化汽油中烯烴含量的 MIP－CGP工藝。裝置于2014年2月份一次開車成功，在開車過程中及正常運轉時暴露出一些設備問題。由于催化裂化裝置設備較多，設備管理難度較大，特別是大型機組、特閥較多較復雜。只有保證大型機組及特閥等設備連續高效平穩運行，催化裂化才能實現長周期運行［1］。本文針對本裝置開工以來設備出現的問題進行分析，并提出了解決辦法。

1 輔助燃燒室技術改造

催化裂化輔助燃燒室屬于正壓爐，與再生器連接。正常開工時，輔助燃燒室內可用瓦斯或燃燒油加熱主風，提供兩器烘襯里和催化劑升溫所需的熱量。再生器裝入一定量催化劑，將催化劑加熱，噴著燃燒油后，即可停用輔助燃燒室。正常生產時輔助燃燒室只作為主風通道，一二次風閥全開［2］。在反再系統緊急停工時，也可以用來維持系統溫度或升溫使床層溫度達到噴燃燒油溫度點。輔助燃燒室內有燃燒器可以實現點火槍的自動點火，可以大大降低點火時的操作強度，提高點火成功率。在催化反再兩器烘襯里時，發現當主風量在2000 m3/m時輔助燃燒室發出異常聲響，隨著主風量提高異響聲音逐漸增大，當主風量在2500 m3/m時異響聲音開始減小。烘襯里結束后對輔助燃燒室進行檢查時發現燃燒器的百葉窗和導流片損壞，一二次風擋板軸斷裂。分析設備損壞原因:

(1)設備與主風形成共振。當主風在2000～2500 m3/m時輔助燃燒室發出異常聲音，在此主風量區間內聲音明顯，且輔助燃燒室震動明顯加強。

(2)設備型式沒有更新。由于輔助燃燒室訂貨時間早，開工延遲，輔助燃燒室的點火器有了新型式，并且在易損部位并未進行加固。

(3)操作原因。在進行烘爐時存在調整操作幅度偏大，調整頻繁，燃燒器溫度偏高等現象。針對上述問題，在第二次烘襯里時采取了更換燃燒器和一二次風擋板軸，并對關鍵部位進行加固。在調整操作過程中采用慢調整，快速越過共振區等措施。在第二次烘襯里檢查時輔助燃燒室未發現類似問題。

圖1 改造前損壞的燃燒器

圖2 改造后的燃燒器

2 煙氣脫硫氧化罐攪拌器改造

催化裂化裝置煙氣脫硫單元設有三個氧化罐，澄清液自澄清池頂部自流至氧化罐，氧化罐底部通入鼓風機提供的空氣和濃度20%的堿液，在攪拌器的作用下，空氣、堿液和澄清液充分混合，大量的曝氣有效的降低排液的化學耗氧量COD，保證煙氣脫硫單元外排水質達標。一般經過空氣氧化后，外排水的COD降至60mg/L以下排放。

2014年6月份發現煙氣脫硫外排水質量出現偶爾不合格現象，而且不合格的次數越來越多，且超標數值劇增，最高時達到2160 mg/L。通過各種檢查調節情況均不見好轉后，在對氧化罐進行拆人孔檢查后發現氧化罐攪拌器葉片變形脫落，氧化罐內大量結垢堵塞曝氣孔，并有大量雜物(圖3結垢堵塞的曝氣孔，圖4氧化罐內結垢及雜物)。分析攪拌器損壞原因:

(1)氧化罐攪拌器葉片結垢嚴重，攪拌器徑向阻力大，攪拌器超負荷運行，是造成攪拌器損壞的主要原因。

(2)氧化罐內雜物較多，與氧化罐攪拌器葉片發生碰撞。在某催化裂化裝置也曾出現過因雜物造成攪拌器葉片斷裂的現象。

改進措施:

(1)更換氧化罐攪拌器，攪拌器葉片由原來的一級葉片更換成三級葉片，增強氣液混合效果，降低徑向阻力(圖5改造前損壞的攪拌器葉，圖6改造后攪拌器葉片);

(2)對氧化罐進行定期清垢除雜，保證氧化罐清潔;

(3)加強對氧化罐的檢查，觀察攪拌器電機運行情況，并用聽針監測有無異常聲音。通過改進后煙脫外排水化學耗氧量大大降低，而且氧化罐由原來的三臺同時運行改成兩開一備，不僅提高了氧化罐操作靈活性，更節省了一臺氧化罐投用及維護的費用。表1和圖7是采集的煙氣脫硫外排水化學耗氧量數據。

圖3 結垢堵塞的曝氣孔

圖4 氧化罐內結垢及雜物

圖5 改造前攪拌器損壞的葉片

圖6 改造后攪拌器葉片

表1 煙脫外排水化學耗氧量(2014年)

圖7 煙脫外排水化學耗氧量圖(2014年)

3 富氣壓縮機控制系統優化

催化裂化裝置富氣壓縮機組為沈陽鼓風機廠離心式2MCL706兩段壓縮機，動力系統為杭州中壓蒸汽汽輪機，型號NG50－40。富氣壓縮機擔負著控制反應壓力的任務，反應壓力是生產中主要參數，對裝置產品分布、平穩操作、安全運行有直接影響。反應、分餾、吸收穩定是一個相互關聯的大系統，反應壓力變化影響分餾、吸收穩定系統操作，一般將壓力檢測點設在分餾塔頂。正常運行時操作員通過調節汽輪機轉速來保證分餾塔頂壓力穩定，以保證氣壓計入口壓力及兩器差壓穩定。同時還要調節氣壓機的防喘振閥的開度以保證機組平穩運行。

圖8 投用性能控制前后分餾塔頂壓力歷史趨勢

圖9 投用性能控制前后氣壓機DV值歷史趨勢

圖10 投用性能控制前后氣壓機反飛動流量歷史趨勢

圖11 投用性能控制前后氣壓機轉速歷史趨勢

圖12 性能控制投用前后汽輪機蒸汽流量歷史趨勢

在操作過程中發現，防喘振閥在關閉時會出現不定期的抖動，而且防喘振閥開度過大增加無用功，不利于裝置節能降耗。因為需要同時控制兩器差壓及氣壓機DV值，使操作調整過于頻繁，增加了操作難度。針對以上實際問題，采取了如下優化:

(1)增加分餾塔頂壓力自動控制功能，由防喘振閥和轉速同時控制分餾塔頂壓力，使壓力穩定;

(2)修改防喘振控制程序，實現防喘振閥快速啟動控制;實現防喘振閥開閥速率控制與分餾塔頂壓力關聯控制;

(3)針對控制程序和操作畫面中一些不滿足操作需要的地方進行優化，完善操作記錄，歷史數據記錄和SOE記錄等。

控制優化方案實施后，當出現工藝變化時可減少壓縮機組波動，提高產品的質量，避免壓縮機防喘振閥在工藝波動時不合理的打開，減少能耗和保證工藝穩定帶來效益。減少安全隱患，全面提高壓縮機組控制的自動化率，減少操作人員的操作強度。減少蒸汽消耗，壓縮機通過減少回流量達到節約蒸汽的目的。催化裂化裝置負荷為100%，處理量為滿負荷298t/h加氫渣油。通過富氣壓縮機控制優化，汽輪機蒸汽用量對比投用前明顯平穩，分餾塔頂壓力運行比較平穩(見圖8)，壓力波動由投用前±8kPa降低至±1kPa;優化控制后，可以自動精確控制氣壓機DV值(見圖9)，反飛動流量明顯下降(見圖10)，汽輪機轉速下降約70r/min(見圖11)，消耗4.0MPa汽量下降2.7t/h，節能效果明顯，圖12為性能控制投用前后汽輪機蒸汽流量趨勢圖。

4 結論

通過對四川石化250萬t/a催化裂化裝置設備運行情況分析，找到了輔助燃燒室、煙氣脫硫氧化罐以及富氣壓縮機運行問題和缺點原因。通過對這些問題和缺點進行科學的技術改造，并成功實施，有利于裝置平穩、安全和長周期運行，有利于降低能耗等。