FCC再生器跑劑原因分析及對策

白小春

(陜西延長石油(集團)有限責任公司榆林煉油廠，陜西 靖邊 718500)

延長石油一套180×104Mt/a FCC裝置由中石化洛陽工程有限公司設計，應用中國石化石油化工科學研究院研發的降烯烴技術(MIP)。裝置再生器為兩段再生，下部燒焦罐，上部二密相。外取熱設置兩組，采用下流式取熱方式。裝置以常壓渣油為原料，設計規模180×104Mt/a。裝置反應沉降器采用粗旋+單旋旋風分離器分離技術，再生器采用12組兩級旋風分離技術。

1 再生器跑劑描述

該裝置設計正常負荷為214 t/h(100%負荷)，設計操作彈性為70%～110%，裝置自2011年6月開車以來，到2016年10月檢修后進入第三運行周期。在第三周期內裝置一直處于低負荷(加工量125～140 t/h，催化劑單耗為0.93 kg/t渣油)運行狀態，在低負荷運行期間，裝置間斷進行部分油漿回煉。2017年9月份該裝置再生器催化劑跑損量呈現持續上升趨勢，每天通過補入定量平衡劑維持系統藏量(裝置加工量140 t/h，油漿回煉量6 t/h，主風量235000 Nm3/h，原料霧化汽12 t/h，再生器壓力0.25 MPa，每天補平衡劑日均3 t，補新鮮劑約3.3 t)。10月份為平衡全廠渣油庫存，將催化裝置運行負荷由65%提至85%時(裝置加工量180 t/h，主風量265000 Nm3/h，再生器壓力0.26 MPa)，再生器出現大量跑劑，催化劑的跑損量由原自然跑損量的3 t/d升至15 t/d以上，裝置催化劑單耗由正常0.95 kg/t渣油上升至2.5 kg/t渣油以上，系統藏量需每天補充定量平衡劑進行維持。隨再生器催化劑跑損量增加，三旋回收的廢催化劑量隨之增多，廢催化劑罐的卸劑頻率也由正常運行時1次/周縮短至1次/d。針對催化裝置再生跑劑情況，為平衡全廠物料，決策將催化裝置加工負荷降至65%負荷，維持生產，擇機進行搶修處理。

2 跑劑原因分析

2.1 廢催化劑粒度變化情況

通過對比日常廢催化劑粒度分布，在再生器跑劑前三旋回收的廢催化劑0～40 μm，占比96%；0～60 μm，占比96.8%，說明跑劑前三旋回收的催化劑為破碎的細粉顆粒。跑劑后三旋回收的廢催化劑0～40 μm，占比35%；0～60 μm，占比60.5%。由跑劑前、中可以看出，發生跑劑后，有39.5%的60 μm以上顆粒組分通過旋風跑至三旋。圖1為再生器跑劑前后三旋回收的廢催化劑粒度變化情況。

圖1 廢催化劑粒度變化情況

2.2 主風量變化對再生器跑劑的影響

再生器主風量由4000 Nm3/min提至4400 Nm3/min時，再生器跑劑加劇，三旋出口煙機入口在線濃度分析由210 mg/m3升至450 mg/m3，再生器跑劑嚴重[1]。

2.3 平衡催化劑粒度分布分析

通過對平衡催化劑粒度分布化驗分析，再生劑中0～20 μm占比為0%、0～40 μm占比為5.8%、0～80 μm占比為45%，從平衡催化劑粒度分布數據中分析，平衡催化劑中0～20 μm、0～40 μm、0～80 μm的顆粒度占比例遠低于正常工況下平衡劑中的占比數值(正常工況下再生劑中0～20 μm 占比0.3%～0.8%、0～40 μm占比11%～15%、0～80 μm占比53%～56%)，同時對再生器出口煙氣間隔10 d的兩次采樣分析中，煙氣中催化劑濃度最高值達到690 mg/m3，最低值為380 mg/m3，越超其控制濃度200 mg/m3[2]。

2.4 再生器旋風差壓變化情況

連續監測再生器跑劑后旋分差壓波動趨勢，其波動范圍達0.6 kPa左右，對比再生器跑劑前旋分差壓7.5 kPa，波動趨勢0.2 kPa以內。旋分差壓有明顯上漲。

2.5 二密相藏量變化

裝置發生跑劑后，通過工藝調整，將再生器二密相藏量由140 t，補劑提高至180 t；二密相密度由280 kg/m3，提高至350 kg/m3，及提高再生器二密相床層高度，提高旋分料退埋藏深度，再生器跑損量有一定緩解。

通過上述再生器跑劑出現的旋分差壓變化、主風量變化、廢催化劑粒度變化、平衡劑粒度變化等情況，最終確定為再生器旋分工作異常是再生器跑劑的原因。

3 問題分析

經對再生器停工檢查發現，再生器4號二級旋風料腿在翼閥上方6 m處斷裂，斷裂口處于同一水平面，斷裂的料退與翼閥一同掉落在再生器大孔分布板上方。再生器二級旋風料腿斷裂形貌見圖2。分析再生催化劑跑損的原因為料退斷裂，使斷裂位置周圍壓力高于腿內部壓力，從而料退周圍高壓氣體攜帶高密度催化劑向低壓區域高速流動，同時二級旋風收集的催化劑在流至料退斷裂處時，被該區域內高壓氣體反竄上行的氣流逆向帶出，旋分內分離線速被破壞，旋分正常工作環境被破壞。從而導致二級旋分工作效率降低，再生器大量跑劑。

圖2 再生器二級旋風料退斷裂圖

4 措施與對策

對再生器12組旋風一、二級共24 個旋風單體的料腿焊縫、料腿之間連接件焊縫、料腿之間錐體連接件焊縫、料退上部、下部連接件的焊縫進行全面檢查，發現料退間有4處發生連接件掉落在再生器內，5處連接件焊縫開裂。針對4號料退斷裂處、掉落的連接件及連接件焊縫開裂部位進行整體更換、補焊等加強處理，同時對12組二級旋風兩段料腿之間完好的連接件進行加強處理。對4號料退斷裂處看，該處斷裂非焊縫處開裂斷裂，而是裸露光桿處齊茬斷裂，周圍沒有明顯的減薄現象和塑性變形，屬典型的應力斷裂特征。

通過對旋分分離器材質及所處高溫、高振動工作環境的研究，旋分分離器料腿的斷裂是由于料退的304鋼材質在高溫環境(600～700℃)中在焊縫處出現脆化傾向，及焊縫區域會有脆性相(主要是σ相)析出，當脆性相在晶界上呈現連續片狀或在晶內呈現針狀形貌時會使材料脆化，塑性和韌性降低，脆性顯著增加，在長期振動的工作環境中造成焊縫出現裂紋，運行過程中裂紋的擴展直至連接件掉落[3]。

連接件的掉落，加之旋分料退在運行過程中受料腿內氣固兩相流的不穩定流動形成了脈動壓力致料退振動加劇，在高溫、脈沖壓力的環境中旋分振幅度增加，長時間的大幅度振動迫使旋分分離器料退形成交變應力，逐漸產生應力疲勞，從而使料退發生疲勞斷裂。分析原因振動是旋分料退斷裂的主因。防止料腿超設計的脈沖振動，應從改進料腿振動特性與消減脈沖力兩方面進行[4]。

5 改造運行總結

自裝置2018年6月搶修完畢開工以來，再生器旋風差壓一直維持在7.8～8.4 kPa，旋風差壓波動范圍在0.2 kPa之內；通過監控再生器系統催化劑藏量變化、催化劑細粉含量，裝置系統催化劑藏量波動微小，催化劑單耗0.85 kg/t，單耗符合正常消耗；平衡劑0～40 μm顆粒質量分數基本維持在8.5%左右，再生器運行回歸于正常工況。通過對再生器內平衡劑粒度的化驗抽查分析，平衡劑粒徑平均在78 μm左右，粒度分布屬于正常。顯微鏡觀察再生劑形貌，個別再生劑球形度不完整，但顆粒表面無尖銳棱角。其他催化劑顆粒度完好，無破碎，表明非球形度為正常磨損所致[5-6]。通過運行現料退斷裂問題得到徹底解決，再生器跑劑影響裝置運行難題也得以解決。