影響催化裂解裝置長周期運行原因及措施

錢堃，洪芙蓉（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

2.2 Mt/a催化裂解裝置（以下簡稱DCC）采用中國石化石油化工科學研究院開發的（DCC-plus）技術，主要包括反應-再生、分餾、吸收穩定、富氣壓縮機組、煙氣能量回收三機組、備用主風機組、余熱鍋爐、再生煙氣脫氮除塵部分以及裝置邊界以內的公用工程部分。實際進料量為220.42 萬噸/年（滿負荷），開工時數按8 400 h計，設計彈性為70%～110%。原料為潿洲、西江常壓渣油和加氫尾油的混合原料，主要產品為液化氣、裂解石腦油、碳十粗芳烴、C5組分，同時副產干氣及油漿。

1 影響DCC裝置長周期運行的因素

通過對裝置2016年開工以來存在的瓶頸問題分析及同類裝置的相關經驗學習，總結出影響DCC裝置長周期平穩運行的因素主要有以下幾點。

1.1 原油性質

從生產與操作層面來講，原油性質是影響裝置運行的第一要素，它不但決定了產物分布和產品性質的好壞，還決定裝置是否能夠長周期平穩運行。該裝置正常生產時所需的原料為常壓渣油和加氫尾油，其中常壓渣油（90 ℃）一部分由75 萬噸/年瀝青裝置熱供裝置（Ⅰ常），另一部分由罐區送入裝置； 一部分加氫尾油由蠟油加氫處理裝置直接送入裝置，另一部分加氫尾油由罐區送入裝置，各路原料在管線內混合后一起送入本裝置的原料油緩沖罐。其中Ⅰ常加工原油種類對DCC裝置原料性質影響較大，自2016年開工以來Ⅰ常裝置主要加工過渤南、陸豐、潿洲、西江、錦州、番禺，原油性質如表1所示。

表1 Ⅰ常加工主要原油性質

從上表1中可看出，渤南、陸豐、潿洲原油殘炭含量低，鏈烷烴占比高，有利于生成低碳烯烴。相反殘碳值高會對DCC裝置造成以下影響：（1）受再生燒焦能力的限制，被迫降低處理量，不能保證高負荷生產；（2）再生系統易發生尾燃，嚴重時會燒壞設備；（3）沉降器結焦嚴重，導致被迫停工檢修。

1.2 反應系統設備結焦

設備結焦是目前影響DCC裝置長周期運行的主要因素之一。DCC裝置為提高轉化率和多產低碳烯烴，反應部分采用提升管與床層組合反應器形式，同時為提高反應深度，需較高的反應溫度、較低的反應壓力、較多的反應注汽量和較低的反應空速。雖然反應溫度越高，劑油比越大，有助于裂化反應和芳構化反應，但生焦量也隨之增加，當溫度低于這些組分在其油氣分壓的露點溫度時，就會凝析出來，同時油氣在沉降器中停留時間越長，油氣中重組分凝析概率也越大。凝析出的重組分附在器壁和內構件上，不斷結聚、固化，導致嚴重結焦。2018年、2021年兩次大檢修過程中均發現沉降器穹頂及內壁、頂旋外壁和集器室內壁、一二級旋風分離器料腿內部、翼閥內部及旋風分離器升氣管、提升管噴嘴上方1 m處、大油氣管線結焦嚴重。反應系統設備結焦會造成以下危害：（1）提升管進料噴嘴上方結焦影響油氣和催化劑的均勻分布，進而影響反應過程；（2）沉降器集氣室結焦焦塊易脫落堵塞料腿或卡住翼閥，導致旋風分離器分離效率下降；（3）沉降器頂部焦塊脫落堵塞待生劑汽體和輸送線路。

1.3 煙機運行工況

煙機作為催化裝置能量回收的關鍵設備，直接關系到裝置的加工量和能耗，對確保裝置的長周期平穩運行和降低能耗有非常重要的作用。DCC裝置三機組為軸流式壓縮機型號AV80-11，設計風量4 100～5 500 nm3/h，煙氣輪機型號YL-16000E，于2016年6月與裝置同步投用。該機組運行期間均出現煙機排氣側軸振動頻率高的問題，嚴重威脅著裝置長周期平穩運行。裝置通過對相關操作參數的分析后判斷為催化劑粉塵在煙機葉片處形成低熔點的復雜鹽類或者氧化物導致煙機振動上升，并在2018年、2021年大檢修時對煙機進行解體檢修時確定了這一原因。

1.4 外取熱器

外取熱器是催化裂化裝置運行中不可缺少的重要設備，其作用是從再生器中取出反應多余的熱量，用于產生中壓飽和蒸汽，在維持反再系統熱平衡的同時，達到節能降耗的作用。該裝置采用的是下流式外取熱器，并設有兩臺熱水強制循環泵，充分發揮了催化劑高溫流化狀態下對金屬壁傳熱效率高的優勢，其取熱負荷和操作彈性較大。正常運行期間，外取熱器爐管泄漏和筒體磨損穿孔是常出現的問題。該裝置曾因外取熱筒體中下部器壁磨穿，催化劑外溢，被迫降量進行處理。在大檢修期間對外取熱筒體定檢時發現外取熱筒體局部厚度由18 mm減薄至3 mm，進入內部檢查時發現外取熱內部襯里開裂嚴重，對筒體減薄部位襯里拆除后，發現之前筒體器壁穿孔是由于煙氣從襯里開裂處進入襯里內部，形成渦流催化劑不斷沖刷筒體引起。

1.5 油漿泵運行工況

油漿泵是催化裂化裝置中用于油漿循環、油漿回煉和外甩油漿的關鍵設備，主要用于輸送含有催化劑顆粒的高溫油漿，其中油漿上返塔用于脫過熱和沖洗油氣中的催化劑，下返塔用于控制分餾塔底溫度，防止塔底結焦[1]。若油漿循環中斷，裝置需切斷兩器，中止兩器流化。所以油漿泵能否長周期平穩運行直接影響到裝置的效益和安全平穩生產。該裝置分餾塔底設有兩臺油漿泵，正常生產時保證一開一備，但裝置自2016年開工至今，兩臺機泵因機泵振動大、電流超標、機械密封泄漏等原因均進行過拆解維修。期間單泵運行，裝置安全運行得不到保障。分析主要原因是DCC工藝反應注汽量大，導致催化劑粉塵較多，易造成備用泵入口管道內積存大量催化劑粉塵。同時開工初期兩臺油漿泵基本1～2個月切換一次，造成催化劑粉塵越積越多，在切換機泵時大量催化劑粉塵進入泵體易造成機泵振動、電流偏高，機械密封泄漏等問題，以致不得不拆解檢修。

2 長周期運行優化措施及對策

2.1 平穩原料油性質

目前該裝置常壓渣油進料主要以西江、番禺為主。經長期摸索及優化調整，通過以下幾項措施降低原油性質較重對裝置長周期運行造成的影響：（1）采取西江、番禺原油混合加工模式，盡量提高西江加工比例；（2）在滿足反再系統熱平衡的前提下，提高加氫尾油加工比例；（3）嚴格控制原料中殘炭、重金屬、硫氮含量；（4）定期委托石科院對原料性質進行分析，評估對裝置長周期運行的影響。

自2021年5月大檢修后開工以來，該裝置常渣進料一直以西江/番禺=1/1比例的混合加工模式，原油性質穩定，各重要工藝參數趨勢平穩，丙烯回收率較上一周期提高1%，經濟效益顯著。

2.2 緩解反應系統設備結焦趨勢

隨著催化裂化原油的重質化、劣質化趨勢加劇，催化裂化原料性質不斷變差，其密度、殘炭、硫和重金屬含量越來越高，設備結焦問題已成為制約裝置長周期穩定運行的瓶頸。裝置針對2018年、2021年兩次大檢修反應系統結焦分布情況，通過技改、優化操作等措施以緩解反應系統設備結焦趨勢，具體措施如下：（1）改善原料油性質，提高石蠟基原油加工比例；（2）優化工藝參數，緩和操作條件，控制反應深度，避免發生過度裂解；（3）更換原料油噴嘴，提高原料霧化效果；（4）沉降器新增設一組防焦蒸汽環，以中壓過熱蒸汽作為防焦介質，利用其溫度高、流速快特點，有效緩解沉降器結焦；（5）提高旋風分離器一、二級翼閥高度，相應縮短料腿長度，保證翼閥開啟更加靈活，旋分系統運行更加穩定，降低旋分器料腿結焦可能性。

目前以上措施均已采用，具體效果需下次大檢修時根據實際結焦情況進行對比分析。

2.3 延長煙氣運行周期

DCC裝置設計參數與常規催化裂化相比，煙氣溫度高、催化劑成分不同、催化劑細粉含量多、水汽分壓大，煙氣運行條件更為苛刻，國內同類DCC裝置的煙機運行周期一般不超過6個月就因為催化劑結垢、沖刷導致煙機運行不穩定而被迫停機檢修[2]。本裝置運行至今煙機振動同樣出現頻繁波動，為了控制煙機振動趨勢的進一步惡化，裝置采取的具體措施如下：（1）嚴格控制三旋出口粉塵濃度均值≤200 mg/nm3、煙機入口溫度在680～690 ℃之間、機組潤滑油溫度39±1 ℃之間；（2）增設煙機輪盤冷卻蒸汽專用線，提高輪盤冷卻蒸汽品質，保證蒸汽流量800 kg/h，溫度≤ 285 ℃；（3）定期提高煙氣密封蒸汽流量，對煙機進行吹掃；（4）優化調整再生器操作，控制一級旋分器入口線速17～19 m/s，二級旋分器入口線速22 m/s，保證旋分分離效果；（5）三旋入口增加一臺激光粒度儀，可通過與三旋出口的數據分析，判斷分析催化劑跑損情況，進一步優化操作。

2.4 優化外取熱運行工況

因此次檢修工期緊張，只對磨損嚴重的筒體進行了局部更換處理，新施工襯里由于現場無法按襯里烘干曲線進行烘干，加之原襯里施工質量較差，在運行期間仍存在襯里脫落的風險，無法保證運行期間是否會局部開裂而造成器壁磨損穿孔。為防止因外取熱運行問題，導致裝置異常停工，裝置制定相關措施如下：（1）調整優化DCC裝置3.5 MPa蒸汽管網，避免通過大幅調整外取熱器產汽量的方式以平衡外供DCC裝置3.5 MPa蒸汽量；（2）加強兩器工藝參數監控，穩定兩器熱平衡；（3）摸索適宜的外取熱下滑閥開度與流化風流量的匹配度；（4）重點監控外取熱筒體高溫變色漆情況，出現熱點及時處理；（5）編制外取熱運行異常應急預案。

2021年大檢修開工后，裝置外取熱氣產氣量基本維持在25 t/h左右，趨勢平穩。生產時除了外取熱筒體穿孔外，外取熱器管束泄漏及爆管也是影響催化裂化裝置長周期運行的一項重要因素，雖本裝置開工至今未發生該問題，但日常操作中將加強監控，并不斷優化外取熱工況，避免因管束問題造成裝置非計劃停工。

2.5 加強油漿泵運行監控

油漿內催化劑顆粒和焦粉含量超標是破壞油漿泵長周期安全運行的關鍵因素，為保證油漿泵長周期穩定運行及裝置異常工況下的抗風險能力，近幾年裝置通過對技術改造及操作優化后，油漿泵運行工況明顯改善，具體措施如下：（1）增設油漿泵出口與回煉油泵出口跨線，在油漿泵故障時，短時間可用回煉油泵代替；（2）將油漿泵預熱線從DN25擴徑至DN40，提高備用泵預熱溫度；（3）將油漿泵出入口閘閥更換為剪切閥，避免因閥門關閉不嚴，無法加裝盲板隔離檢修，機泵長時間帶病運行問題；（4）油漿泵切換時間由1個月縮短為15天，減少入口管線內催化劑細分沉積量；（5）調整優化反應器旋分入口線速，保證分離效果；（6）加強對油漿固含量的監控，控制適宜的油漿外甩量。

通過以上努力，有效地保障了油漿泵的長周期平穩運行。

3 結語

催化裂解（DCC）裝置長周期運行對煉油企業的生產安全、經濟效益至關重要，過程中需要生產操作、設備設施、工藝技術等多方面共同努力才能實現。通過近幾年的經驗積累和技術改造，本裝置在實現裝置長周期運行方面取得了長足的進步。對制約裝置長周期運行的原料油性質不穩定、反應系統結焦、煙機葉輪結垢、外取熱及油漿泵運行工況問題已經得到了有效的改善。但對裝置低溫防腐、水汽系統中SiO2含量、兩器流化狀態、儀表故障等問題還需進一步分析研究和優化調整。在今后保障裝置長周期運行的工作中除了要全員參與、群策群力外，還必須加強管理、提高員工技術水平、重視檢修質量；面對正常生產中出現的各種問題時，要及時分析解決，消除運行隱患，努力實現“三年一修”，向煉油先進水平不斷邁進這一目標。