催化裂化外取熱取熱管束泄漏排查及處置分析

徐兆祥

(淮安清江石油化工有限責任公司,江蘇 淮安 223002)

清江石化重油催化裝置于2004年7月進行技改，裝置擴能為50×104t/a，2010年8月進行MIP改造。裝置設計采用的原料油為蘇北常壓渣油，生產方案為以多產汽油為主，兼顧生產液化石油氣和柴油的方案，重油催化裝置作為清江石化的主要裝置，擔負著全廠原油二次加工的重要任務，直接影響著全公司其他裝置的運行。催化裝置的外取熱主要擔負著調節催化裂化裝置的熱平衡，提供以維持裝置正常生產所需的反應再生溫度，同時也是一項重要的節能措施。它的使用性能好壞不但受設計、制造等因素的影響，而且還與操作狀態及運行條件密切相關。因而要有高的安全可靠性和較長的使用壽命，保證催化裂化裝置安全平穩生產。重催裝置外取熱是2010年改造更新的設備，每次檢修時對管束進行檢查試漏，都沒有發現問題，運行至今操作平穩。

圖1 催化裝置反再部分流程簡圖Fig.1 Flow diagram of the reaction part of the catalytic unit

1 泄漏判斷及處理

1.1 第一次泄漏處理

2019年4月5日發現再生器催化劑藏量下降很多，由之前88 t左右降到78 t左右，立即安排向系統內補加催化劑，提高再生器催化劑藏量，維持生產，但補完后，催化劑還是跑，藏量還是低，而且連續幾天補充幾次催化劑，同樣還是跑劑。見圖2、表1。

圖2 再生器旋分壓降與藏量變化情況圖Fig.2 The relationship between spin partial pressure drop and storage capacity of regenerator

表1 跑劑前后操作參數變化Table 1 Changes of operation parameters before and after running agent

通過檢查發現再生器的床層溫度也下降很多(見圖3)，由680 ℃降到670 ℃，且后部的三旋入口、煙機入口溫度高，出現超溫現象，說明出現尾燃現象。為了提高再生器床層溫度，改善催化劑燒焦效果，消除尾燃現象，降低外取熱流化風量和提升風量，以降低外取熱發汽量，提高再生器床層溫度時，發現外取熱流化風、提升風量在逐步降低的過程中，外取熱發汽始終無法降低(外取熱流化風、提升風已經關到低限報警量以下)，仍保持發汽30 t/h左右。進一步檢查相關運行參數記錄還發現：稀相密度與煙氣集合管密度3日夜間同時下降(見圖4)，再生器旋分壓降從3日開始波動增大(見圖1)，再生器旋分料退藏量同樣隨著波動(見圖5)，外取熱汽包進水量與發汽量偏差逐步增加，三旋壓降上升，雙動滑閥開度變大(見圖6)。經過此多種現象綜合判斷為外取熱管束泄漏[1]。

圖3 再生器床溫變化情況Fig.3 Temperature variation of regenerator bed

圖4 稀相密度與煙氣集合管密度Fig.4 Dilute phase density and flue gas manifold density

圖5 旋風壓降與旋風料退藏量Fig.5 Cyclone pressure drop and cyclone material withdrawal

圖6 雙動滑閥(2只閥門)開度變化Fig.6 Variation of opening of double-acting slide valve

制定排查方案：通過室內外配合，外操至現場，對于取熱管進行憋壓法一一查漏。首先關閉上水閥門，然后迅速關閉對應蒸汽出口閥門，觀察現場壓力表變化，如果出現先升高然后急劇下降的現象爐管必然泄漏。同時內操在外操將爐管切出憋壓時，通過DCS參數變化判斷是否是該爐管泄漏，重點關注再生器壓力、再生器旋分壓降和雙動滑閥開度，綜合判斷是否泄漏。

圖7 泄漏管束Fig.7 Leak tube bundle

經過排查確認是1根過熱蒸汽和1根飽和蒸汽取熱管泄漏(見圖7)，立即將泄漏管束切出[2]。從上表1和圖2～圖7可以看出，外取熱過熱蒸汽取熱管線泄漏，造成再生器催化劑跑損，再生器藏量下降，三旋壓降與雙動滑閥開度增加，主要是因為過熱蒸汽和飽和蒸汽取熱管泄漏時，泄漏量較大，當蒸汽遇到高溫催化劑時造成部分催化劑熱崩碎成小顆粒，再生器旋風效果變差，小顆粒隨煙氣被排出再生器，催化劑跑損，再生器旋風壓降波動大和稀相密度劑煙氣集合管密度下降同樣驗證此情況。另外取熱調整時發汽量沒有變化，床溫低，主要是因為2根蒸汽管泄漏，泄漏量大，可能造成外取熱內催化劑流化效果好，再由于過熱管泄漏部分蒸汽直接漏出，即使關小外取熱流化風、提升風，但發汽并沒有減小，造成再生器內大量熱量被取熱發汽，使得再生器床溫低。

1.2 第二次處理

5月16日發現三旋壓降逐步由18升高到20 kPa，雙動滑閥開度由21%上升到23.5%，再生器床層溫度682 ℃，外取熱進水與發汽偏差由3 t/h到7 t/h，但此次再生器藏量沒有發生變化。

表2 泄漏前后操作參數變化Table 2 Changes of operation parameters before and after leakage

表2中雙動滑閥泄漏前開度增加主要是加工量比4月份高，主風量提高?，F場排查后發現是1根飽和蒸汽管束泄漏，立即切出。從上表看出，泄漏后床溫下降很多，雙動滑閥和三旋壓降立即上升，但本次泄漏再生器藏量沒有變化，說明此根飽和汽管束泄漏并沒有造成催化劑跑損。另管束泄漏后外取熱進水量增大，而且進水量與發汽量偏差增加，在泄漏管束切出后偏差減小，也進一步證明切出的管束是泄漏的，排查切出的管束是正確的。

圖8 外取熱管束分布圖Fig.8 Distribution diagram of external heat pipe bundle

6月2日、18日發現同樣情況，依次切出2根飽和汽取熱管，因此共切出5根：依次過熱汽管束18#和飽和汽管束13#、1#、12#、11#。外取熱管束分布圖如圖8所示。

2 原因分析

(1)外取熱管束使用壽命為4年(設計圖紙注明)，此管束從2010年至今一直在使用，沒有更換，使用時間長，而且到今年外取熱已經使用基本達到9年，所以最主要的原因就是使用時間長[3]。

(2)外取熱泄漏后，蒸汽或水漏進再生器內，造成煙氣總量增加，導致三旋壓降上升，雙動滑閥開度增加，再生器床溫下降，同時造成了進水量變大，發汽并沒有增加，即進水量與發汽量偏差增大。

(3)當一管束發生泄漏時，泄漏出蒸汽或水汽混合物，沖刷周邊取熱管，加上取熱管周圍的流動的高溫催化劑，加速對取熱管束磨損，造成原泄漏管束周圍的管束發生泄漏。本次泄漏時排查的重點都是泄漏點周圍的管束，如圖8中本次切出的管束基本都是13#周圍的管束。

(4)當再生器內高溫的催化劑遇到取熱管泄漏出物料時，由于溫差大，造成高溫催化劑熱崩，催化劑細粉量增加，催化劑跑損量增加，再生器內催化劑藏量減少。

3 結論及操作管理[4]

由于外取熱運行周期長，老化造成取熱管束泄漏是最主要的原因。為了保證裝置安全平穩運行，制定了控制措施如下：

(1)嚴格控制外取熱發汽負荷[5]，不得超過26 t/h。

(2)根據外取熱發汽負荷，控制加工量，保證催化劑再生系統不超溫。

(3)除現有操作記錄報表記錄的數據，另增加操作參數記錄，密切監控外取熱運行狀態。

(4)現場增加巡檢點，加強現場運行監控。

經過嚴格執行此要求，外取熱沒有再出現漏點，持續穩定運行，直到2020年3月計劃檢修將管束進行更換。