重油催化裂化裝置卸劑線腐蝕分析及改造

王海 吳艷萍（中國石油蘭州石化分公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060）

300萬噸/年重油催化裂化裝置是煉油廠的關鍵裝置，裝置運行的平穩與否直接影響到煉廠的綜合效益。近年來，反再卸劑線管線彎頭和閥門的閥道、閥板沖蝕減薄嚴重，嚴重影響了裝置安全生產。反再卸劑系統為高溫間歇操作，根據生產需求，每天卸劑量5~10噸，高溫催化劑溫度高達700℃，采用工業風輸送至催化劑罐，卸劑線溫度~550℃。催化劑為球形顆粒，高溫下，催化劑固體顆粒對卸劑管線，尤其是閥門處沖蝕磨損嚴重，多次出現催化劑線泄漏。2019年大檢修期間，我們對催化劑卸劑管線材料進行了升級改造，并對卸劑線閥門結構形式進行了優化，有效減緩了催化劑管線和閥門的沖蝕速度，開工至今未出現泄漏情況。

1 卸劑線腐蝕機理及運行現狀

反再系統為高溫操作系統，高溫氧化腐蝕和固體顆粒沖蝕磨損是該系統最常見的腐蝕。在500～700℃左右的操作溫度下，氧和金屬反應生成FeO、Fe3O4和Fe2O3等化合物，同時，金屬在高溫下還發生脫碳反應，使金屬表面的固溶碳減少，嚴重影響金屬的強度，并降低了金屬表面的硬度和疲勞極限。

沖蝕磨損是指固體表面與具有一定速度的含有固相微粒的氣體相互作用下所產生的一種磨損現象[1]。反再系統催化劑為小球型固體顆粒，型號LPC-70。卸劑線尺寸及材質為DN150 普通碳鋼，卸劑速度約5 噸/時，采用0.5MPa 工業風輸送。二再底部設置兩條卸劑線交替使用，每條卸劑線設有五道閥門，其中一道閥常開，并設置反吹風防止催化劑堆積，二道閥只在卸劑時打開，用來控制卸劑速度，三道閥、四道閥常開，二道閥與三道閥之間接入輸送風，五道閥設置在催化劑罐頂，卸劑時全開。

300 萬噸/年重催裝置卸劑線流程見圖1.2，卸劑線器壁閥至三道閥后為豎直管道，新舊卸劑線在三道閥后并為一路，水平延伸出反應框架后豎直向上至框架十二層催化劑罐頂。相較于氣體輸送閥門和固體輸送閩門，氣固兩相輸送閥門內部固體顆粒在氣體的帶動下更加容易與壁面產生相互碰撞作用，容易導致壁面的磨損破壞，從而降低閥門的工作壽命[2]。因此在卸劑管線彎頭多，路徑長的現狀下，卸劑線彎頭及閥門處沖蝕磨損嚴重，平均每一到兩個月就會出現泄漏情況，尤其在卸劑線二道閥（見圖1.2）處，閥門的閥道、閥板磨損最為嚴重，閥門盤根多次泄漏。

圖1.1 卸劑線流程圖

圖1.2 二再底部卸劑線及閥門

圖1.3卸劑線彎頭

圖2.1 TA-218高溫耐磨襯里材料

2 卸劑線腐蝕防護措施及改進方法。

由于卸劑管線彎頭多，路徑長，在彎頭及閥門處易發生磨損泄漏，且管線與閥門采用的普通碳鋼材質耐磨及耐高溫性能較差。為有效提高卸劑線的耐磨及耐高溫性能，我們從管線材質升級和改進閥門結構入手對卸劑線進行了改造。

2.1 管線材質升級，提高耐高溫和耐沖蝕性能。

更新設備材料可以延長設備使用壽命，緩解腐蝕問題[3]。我們根據卸劑線的實際操作溫度~550℃，比較了20 號碳鋼、不銹鋼和1Cr5Mo在高溫下的性能，見表2.1。1Cr5Mo鋼屬于鉻鉬耐熱鋼，由于這類鋼具有很好的抗氧化性和熱強性，且工作溫度可高達600℃，因此最終采取了將卸劑線材質由20#鋼升級為1Cr5Mo的方案。

在卸劑線大曲率半徑彎頭處，采用帶套管的等徑大曲率彎頭，在套管與彎頭的環隙中澆筑TA-218系列高溫耐磨襯里（見圖2.1）以提高彎頭處的耐磨性能，提高可靠性。TA-218系列高溫耐磨襯里材料(AA級)為高純度剛玉質復合材料，配以特殊粘結劑，形成耐高溫、高耐磨襯里材料。其耐火度可達1790℃以上，高強度高耐磨，且施工方便，在重催設備的內部防腐和關鍵閥門防腐有廣泛的應用。

表2.1 20#、304、1Cr5Mo高溫性能比較

≤≤20 475 0.17-0.24 0.2 5--0.2 5 0.3 5-0.6 5 0.1 7-0.3 7 390 245 20 0Cr1 8Ni9 Ti 1Cr5 Mo 700≤0.07 17-19--8-11≤2≤1 620 205 36 600≤≤≤0.15 4-6 0.45-0.65--0.6 0.5 590 390 18

表2.2 TA-218高溫耐磨襯里材料性能指標

2.2 改進閥門結構，提高閥門密封性能

改造前，卸劑線閥門采用Z2仿閘閥結構（見圖1.2），閥道無襯里。改造升級后，我們將卸劑線閥門升級為全通徑高溫耐磨閘閥，閥座、閥板和閥體通道都采用堆焊寬面≮2mm 硬質合金Co-Cr-W（STELLITE-6#）和剛玉襯里配合，閥門填料升級為加長型壓環填料，對易沖蝕的閥門兩側“凹窩”部位采用機加工+酸洗+焊接304 材質帶反爪加固板龜甲網+焊接加厚“S”保溫釘+耐磨襯里TA218 的方式有效提高閥門密封性能及耐磨性能。

3 改造效果及經濟效益

實施升級改造后，反再卸劑線投用正常，經6個月運行檢驗無異常泄漏及熱點出現，明顯改善了重催裝置卸劑線管線的耐高溫和耐磨性能，有效避免了了因卸劑線泄漏造成的污染問題和非計劃停車，有力保證了裝置的平穩運行。

本次改造涉及的管線管件等設備投入及施工費用共計55萬，為裝置避免非計劃停車1 次（按失去加工能力24 小時計算），挽回發電損失12萬元，用電損失21.33萬元，產汽損失67.2萬元，產品損失211.3萬元，共計挽回損失261.83萬元。

4 結語

300萬噸/年重催裝置卸劑線材質升級為1Cr5Mo，彎頭剛玉襯里澆筑，卸劑線閥門使用專利技術高耐磨襯里閥，有效解決了卸劑線管線和閥門沖蝕減薄、泄漏等問題，避免了催化劑泄漏造成環保污染的問題，確保了煉油廠重催裝置的長周期安全平穩運行，并對重催裝置反再卸劑系統改造提供了寶貴的借鑒案例。