用全壽命周期費用理論指導催化兩器襯里的建造

趙東海

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

催化裂化裝置反應器和再生器襯里在運行中，處于高溫介質腐蝕、固相介質磨損工況，如果出現襯里脫落或裂口串氣現象，會造成器壁超溫，甚至形成安全隱患。本文所述項目是1200萬t/a煉油工程中的催化裂化裝置，年處理量為340萬t。

全壽命周期費用(Life Cycle Cost，以下簡稱LCC)技術，是通過一系列的技術、經濟和組織等的措施，對設備一生統籌管理的全過程。全壽命周期費用最低，就是一種科學手段，追求設備的整個壽命周期費用最小、獲得最大的壽命周期效益(最大的壽命周期利潤)【1】。應用LCC管理,符合科學發展觀。

決定催化兩器全壽命周期的主要費用構成如下【2】：

LCC=投資費用+運行費用+維護費用+故障費用+退役處理費用

在決定了催化工藝方案、技術形式、設備選型選材等主要數據之后，應從建設期和運行期考慮，通過降低維護和故障費用、穩定運行費用，從而顯著降低整個兩器的全壽命周期費用。

圖1顯示的是不同階段對全壽命周期費用的影響【1】。

1 本項目的工作方法

按照文獻【2】給出的LCC工作方法(見圖2)、組織和活動程序，業主建立了由設計人員、造價工程師、采購工程師、施工單位、供應商、運行操作人員和維護保運單位人員組成的工作組，組長由有制造和使用經驗的業主專家擔任，圍繞費用影響的構成，提出方案的對比并實施。

圖1 設備形成不同階段對全壽命周期費用的影響

2 主要技術階段關鍵費用的影響分析

2.1 本項目催化兩器基本設備參數

反應沉降器基本數據見表1，第一再生器基本數據見表2，第二再生器基本數據見表3。其中，第一再生器與第二再生器疊裝在一起，第一再生器位于上部，第二再生器位于下部，通過一錐形過渡段相連接，該過渡段長度為3 324 mm。

圖2 全壽命周期費用的循環分析方法

表1 反應沉降器基本數據

表2 第一再生器基本數據

2.2 安裝和建造費用的影響

2.2.1 兩器建造形式

催化兩器有現場組裝和整體到貨2種方式。1千萬噸級煉油項目催化兩器現場組裝周期大約需要100 d以上，涉及大量占用現場場地、安全管理、無損檢測工作，即交叉作業與其他工種協調引起的時間成本等等，而且反應器壁還是成環到場，遠遠超過整體到貨大件運輸和大型吊車費用，就整個催化裝置的建設計劃而言，現場組裝必然是關鍵路線，組裝工序受土建及鋼結構施工影響很大。同時，質量控制難度也較大。

表3 第二再生器基本數據

本項目最終確認的方案為分大段到貨，這樣可以按照次長周期設備訂貨，可大大縮短工期，降低成本，具有明顯的LCC優勢。

2.2.2 按照LCC方法，著重襯里循環分析

統計近20年來催化裂化裝置的生產實踐，引起裝置事故停工的原因和裝置檢修處理的問題中，很多都與襯里有直接或間接的關系。文獻【3】記載，2011年就有2套催化裂化裝置出現嚴重質量問題，導致關鍵設備的襯里被迫全部拆除后重新施工、建造費用增加。

本項目最終確認的方案為，在設備制造階段，必須做好襯里施工工作。

2.3 設備維護費用

催化兩器運行情況下的設備維護費用，主要是在襯里脫落或裂紋串氣后造成器壁超溫需要及時在線處理時產生的。按照變色區域的變色程度和面積大小，需要采用補板、灌注襯里料等不同方式進行修補，材料成本是一方面，另一方面，人工成本不僅高，而且作業條件非常惡劣，即使穿著高溫冷卻及防熱輻射服裝，一個焊工的連續可焊時間也極為有限，導致修補所需的處理時間很長；同時，故障維修之后，還需要不斷監測補板區域的設備變化情況。

以往類似裝置的建設，襯里幾乎全部出現過問題，造成維護費用高、工程量很大，成為維護工程的關鍵路線，而且安全生產壓力極大。

2.4 設備大修理費用

設備大修理時，主要工作之一是檢查、處理襯里脫落情況，包括從根本上解決運行過程中的補板和超溫情況。這部分工作的費用主要體現在搭設架設、處理襯里、養護等等。難點之一是，在除去脫落或裂紋的襯里時，因襯里硬度很高，非常難以破碎，敲擊會造成臨近的襯里質量受到影響且不能及時發現，造成惡性循環。

催化裂化裝置是煉油關鍵裝置之一，若大修理時間延長，會直接影響到煉廠效益。

2.5 設備停車直接費用及設備停車對上、下游裝置影響等次生費用

在線維修不具備條件時，只能停車處理故障。催化兩器的停車，必然導致催化裝置的停車，有極大可能牽涉到上、下游裝置的降量或停車，損失以千萬元計。特別是在安全和環保上，損失更是難以控制。

綜上所述，全面、全過程分析全壽命周期費用構成，提前入手制定方案，以組織機構的形式全員控制質量程度，可以有效控制LCC。

3 建設期影響催化兩器LCC的重點分析及措施

從上述分析可以看出，在兩器選型已經確認的情況下，影響全壽命周期費用的主要內容在于維修和大修理，減少在線和大修理的機會以及工作量，從而有效控制后續費用的支出。就工程建設期催化兩器安裝的特點來看，應主要控制以下幾個方面：

1) 選擇最適合項目的采購和建造模式。

2) 做好到廠監造、運輸工作。

兩器是分段到貨的，要做好到廠監造的工作，特別是在制造廠進行的隱蔽工程和襯里制作工程。

本催化兩器的部分部件是專有技術產品，需要在授權的制造廠制造。授權制造本身就是質量控制的方法，但本項目并未放棄監造，仍關注襯里質量、組裝組焊的水平、廠家質檢體系及落實情況等。

3) 控制內件安裝質量，主要包括以下內容：

a) 翼閥、料腿及旋分的安裝，須控制好安裝精度，包括尺寸和角度；

b) 噴嘴及各管嘴接口要控制好焊接和安裝質量。

4) 必須嚴格控制襯里質量。

作為LCC控制的重要環節，開展主要費用因素分析循環，在設計已經確認選材的基礎上，選用科學、合理的施工技術方案，做好質量控制、檢驗檢測工作后，再開展次要費用因素分析循環并確認方案。

本項目LCC的次級分析環節結論為重點掌控襯里質量。

4 項目建設實施階段襯里制作的LCC控制重點

本項目催化兩器在選型之初，就要求按照LCC理念監造，相關各級人員、質量部門、設備和生產管理部門、所在裝置、承包商和制造商等“全員”、“全組織”非常重視，各方“全過程”參與，使項目進行得非常順利，這也是文獻【2】、【4】、【5】的要求。

4.1 明確工作重點、確認方案

全面梳理了LCC影響因素，在確認設計選型后，通過費用分析循環，進一步明確了建設期的質量控制重點，仔細分解施工過程，提出對應方案，以保證建造質量、減少運行后的日常及大檢修的修理工作量。襯里施工重點為原材料、施工方法、質量控制和檢驗檢測【3】。

督促施工方向施工人員、監理、業主質量跟蹤人員進行詳細的技術交底，設置控制點，如：不同部位，不同操作位置，上、下封頭，筒壁，提升管，分布環，插入構件處的襯里制作方法等。

保證自檢、旁站、監理檢查工作，業主安排專人全程跟蹤見證。

4.2 科學分包、選擇最佳供應商

襯里材料制造廠較多，原材料質量和施工技術方法都會對襯里質量有重要影響，參考菲迪克條款，項目指定了襯里料供貨分包商，并且由其進行施工，突出了質量責任唯一性。

本項目選擇的襯里料制造和施工商是行業標準的編制單位——天津金耐達筑爐襯里有限公司，兩器以及裝置整體承包商是中石化十建公司，業主負責做好協調工作。

4.3 業主主動并全過程參與質量控制

對襯里施工的全過程監控，除監理單位外，業主也安排生產崗位的操作工進行培訓，并對兩器的整個施工過程進行了全面跟蹤。

4.4 原材料質量

針對沿海地區的鹽度和堿度專門選型，確定強度等各種技術指標、級配及摻入量、材料保質期和保存方法，并驗證襯里料的到貨驗收、存放、送檢合格證明及其相關文件。

4.5 龜甲網、錨固釘安裝

應關注龜甲網安裝，尤其是筒體過渡相貫線部位的平整度、貼合度、網子除銹除污情況、重疊方式、焊接質量等。

同時，還應關注錨固直度、滿焊程度、藥皮清除及釘頭軟質橡膠帽的安裝情況。本項目目測及逐個敲擊檢查近39萬個錨固釘，確保滿焊并確保安裝完全滿足技術要求。

4.6 襯里混凝土攪拌

施工方、監理和監督人員應關注襯里混凝土攪拌的時間、溫度、水質及其配比、一次攪拌量、環境及轉運距離、攪拌過程及發熱情況、鋼纖維的摻入時機、摻入手法和摻入量等細節。

4.7 搗打和支模及振搗過程

搗打關系到材料的最終強度；而振搗時間短則強度不夠，時間長又有可能造成材料的粗細骨料和粉料出現分層等。環境溫度和養護條件等會影響水泥的水化反應能否充分進行，并影響到襯里強度。

攪拌程度，攪拌后放置的時間，一次澆筑量，澆筑振搗的插入深度、時間，拆模條件，升模速度等各個環節對襯里質量均有很大影響。業主現場跟蹤施工的操作工在每個施工工位旁站，按照提前批準的施工標準控制，一寸一寸隨著模板升高或搗打面積擴展過程走，不符合標準不能進入下一步。

關注平面布料量、搗打錘頭的選擇、壓錘距離對密實度的影響，及時調換施工人員，避免疲勞引起的質量下降，并隨時檢測厚度。

所有操作都應按照產品使用技術條件中闡明的施工方法、工藝要求以及相關的國標和行標規定執行。

4.8 制造廠跟蹤及到貨質檢

派技術人員到制造廠，對在制造廠內制作的外取熱器、流化蒸汽提升分布管、空氣環、分布板進行檢查和檢驗。運輸過程中，如遇到有局部損壞的，堅決返工重新制作，絕不允許安裝。同時要關注現場存放、吊裝和安裝等環節。

4.9 烘襯制度

嚴格按照襯里材料制造廠根據襯里材料的特性所提供的、經過設計院批準的烘襯制度執行。

4.10 使用過程

嚴格遵守操作規程，精心操作，避免開、停工溫度的快速變化對襯里的沖擊。生產及技術系統在這個方面應該有很多經驗和可以總結的地方。

4.11 關注特殊部位的施工

主要包括接管、插入管和構件部位的襯里。

4.12 其他內件的安裝

關注安裝質量精度，如：翼閥的角度、開閉情況；分布環等帶有成品襯里的部件不受磕碰；保證各人孔、法蘭的密封性等。本項目外取熱器大法蘭直徑為φ3 300 mm，安裝前檢查發現法蘭面變形，采取補焊、研磨的方式進行了處理，整個周期無泄漏。

5 效果

5.1 正常生產運行過程

催化裝置自2014年4月12日開工以來，操作精心、運行良好，沒有出現任何停工現象，年平均負荷率98%，年最大負荷達到109%。僅2016年8月發現外取熱器B一側與再生器斜管相貫線局部溫度偏高。

認知彈性理論認為只有從不同方面多次對知識進行建構，才會以最佳的方式掌握知識。要達到知識的最佳掌握水平，需要知識進行多次建構，這是一個積累性過程，在這個過程中，需要教師對學生的逐步掌握情況做出即時性反饋。中學階段的學生處于角色同一與角色混亂的矛盾時期，這一階段他們心理發展不穩定，易沖動，這就要求教師即時的引導他們，找到自己的價值與方向。教師的即時性評價對于學生的引導無疑有著很重要的作用，有了教師的評價和建議，學生才能在迷茫或走錯方向時明確自己的目標，不斷向前發展進步，進而體會到學習的樂趣，提升學生學習滿意度。

5.2 大修理停工檢查襯里部分情況

裝置在2017年11月隨全廠進行首次停工大修理，打開兩器后發現，反應器、第一再生器和第二再生器內部襯里狀況十分理想，各分配管、分配器、料腿、斜管、翼閥等襯里均良好，襯里燒結得跟陶瓷一樣，光滑、堅硬、無結焦；主要內件總體完好；沖刷沖蝕影響較小；翼閥尺寸、角度完好，開閉靈活，關斷嚴密。

襯里的主要問題為 2016年8月溫度略高對應的內部區域有1段襯里裂紋(見圖3)，專家分析認為，為熱應力開裂與催化劑沖刷所致。由于裂紋開裂寬度小于3 mm，且沒有貫穿，根據文獻【6】，可以不必進行處理。

圖3 沉降器氣提段上部1處龜甲網開裂

襯里開裂的數量僅此1條，遠遠優于其他老廠以往裝置大檢修時的襯里情況，從而大大降低了檢修成本、節約了檢修時間，使原計劃的檢修施工關鍵路線立即轉化為時間充裕的普通路線。

本次檢查中，非襯里部分的其他部件總體效果也比較好，主要問題有3項：

1) 油料噴咀口部均有不同程度磨損，其中1個堵死，需清理(見圖4)；

2) 外取熱器換熱管固定卡子有個別螺栓脫落；

3) 個別滑閥閥座局部磨損等或連接圈局部開裂。

圖4 器壁襯里很好，1個油料噴咀堵

6 結語

2) 工程建設質量是影響LCC的重要因素。在設計選型確認后，工程建設質量是保證后期費用最低的關鍵點，可極大地減少日常維護工作量及大檢修工時，產生的效益合百萬元以上；而可能因襯里影響造成的相關上、下游停車的費用，可達千萬元。

3) LCC一定是全組織、全員、全過程的管理結果，制造廠和承建單位的作用不可忽視。

4) 良好的操作運行也是LCC活動成功的極為關鍵的因素。

【致謝】：感謝杜國盛、張強、胡福磊、杜永智、楊同民、劉其峙、路貴生、王欣剛、蘇其林、仵栓強、林紅軍、李善輝等同志在本項目LCC的實踐工作中，分別在決策、實施、執行、運行、檢查判斷等方面所做出的貢獻。