催化裂化裝置煙氣輪機結垢原因分析與對策

梁忠林

（中國石油廣東石化公司，廣東揭陽 515200）

0 引言

隨著經濟的快速發展，能源消耗量也在不斷增加。石油作為一種重要的化工原料和燃料，在我國國民經濟中占有舉足輕重的地位，而煉油企業是一個國家石油化工產業鏈上最主要的組成部分，其生產過程中產生大量含油、含塵廢氣及廢渣等污染物排放到大氣環境中造成環境污染。

某石化公司30 萬噸/年催化裂化裝置中，煙機是重要的工藝設備之一。由于催化裂化裝置生產運行過程中存在大量粉塵和高溫氣體，因此會導致煙機出現不同程度的結垢現象。而且，隨著時間推移，這些結垢物會逐漸增多、變厚，嚴重時甚至堵塞整個流道，使得煙氣流量減小或中斷，進而造成裝置被迫停工檢修。為了保證催化裂化裝置能夠安全穩定地運轉，必須及時采取措施進行處理。本文針對催化裂化裝置煙氣輪機結垢問題展開研究，并結合實際情況提出相應的解決方案。通過對催化裂化裝置煙氣輪機結垢現狀以及產生原因的深入分析，找出具體的解決方法，以便更好地提高裝置運行效率，降低其故障率。

1 煙機結垢成因及除垢方法

為了進一步確定煙機結垢的具體情況，對該裝置煙機進行全面檢查。通過對煙機運行狀況、煙氣流動狀態等方面進行綜合分析后發現：在煙機正常工作時，煙氣經過導流板進入轉輪內部，而當煙機出現故障或異常停車時，受外界因素干擾和影響，煙氣不能及時排出，造成煙氣中夾帶大量灰塵顆粒，并且隨著時間推移，這些灰塵顆粒逐漸沉積下來形成垢層。煙氣輪機主要結構包括殼體部分、葉片部分以及軸系部分，結垢部位如圖1 所示。

圖1 煙氣輪機結垢部位

通過對該裝置煙機結垢現象調查，結合現場實際運行情況，采用X 射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）、能譜分析儀（EDAX）等設備對煙機結垢樣品進行檢測分析，結果表明，煙機葉輪葉片上沉積的物質以CaO 為主要成分，此外還包括少量的Fe2O3、NiO、ZnO 等雜質。由于煙機葉輪葉片材料特殊，無法使用常規清洗方法去除，只能選擇物理除垢法來解決。首先將葉輪拆解下來后用去離子水沖洗干凈再放入超聲波清洗器中超聲振蕩1 h，然后利用高壓空氣吹干備用。最后選取合適濃度的草酸溶液浸泡煙機葉輪一段時間，使得煙機內壁形成一層致密堅硬的保護膜，達到防止煙機再次被堵塞的目的。

2 原因分析和措施

2.1 催化劑問題

2.1.1 催化劑結垢

對于催化裂化裝置煙氣輪機的結垢問題，在進行了大量的調查后發現，導致結垢現象出現的主要原因是催化劑中含有一定量的水蒸氣。為了減少催化劑中水分的含量，需要做好以下工作：首先是要保證催化劑的干燥程度達到要求；其次是通過提高催化劑的溫度來降低其中的含水量；最后是加強對催化劑質量的控制力度。只有這樣才能有效避免催化劑中存在過多的水汽而造成催化劑結垢，從而延長催化劑的使用壽命，催化裂化裝置原料及產物分布見表1。

2.1.2 反應再生系統操作條件

通過分析裝置內的催化劑、工藝流程，發現煙機結垢的另一個原因是裝置內的溫度過高。因此，在日常生產中應嚴格控制反應再生系統的運行參數，降低煙氣溫度，從而減少或避免因溫度高造成的結垢。具體措施如下：①加強對裝置各設備的巡檢工作；②定期檢查并及時更換磨損嚴重的密封件；③保證裝置內催化劑床層的溫度低于露點以下5 ℃以上。還要注意防止催化劑顆粒進入煙氣流場中。另外，為了防止煙氣冷凝后進入汽輪機內部，將其出口壓力提高至0.6 MPa 左右。

2.1.3 設備改進

通過以上分析可知，導致催化裂化裝置煙氣輪機出現結垢現象的主要原因是催化劑在使用過程中會產生一定量的SOx氣體。而這些SOx氣體會隨著煙氣一起進入煙機內部，并附著在煙機內壁形成一層厚厚的污垢。為了減少這種情況的發生，需要采取有效措施，保證裝置的正常運行。具體來說，首先要做的就是對煙氣進行凈化處理，清除其中的雜質，然后再利用催化劑對其進行再次加工，另外還應該定期清洗煙機，以避免污垢的進一步增加。

2.2 控制平衡催化劑稀土和磷的含量

通過以上分析可知煙機結垢的主要原因是煙氣中的SOx、NH3等物質進入催化劑表面造成。因此，為減少這些物質在催化劑表面沉積，就要降低催化劑中稀土和磷的含量。為此采取以下措施：①嚴格控制原料油中氯元素含量；②加強工藝調整，提高催化劑活性，使催化劑保持較高的活性；③定期檢查催化劑性能，及時更換老化的催化劑。通過采取以上措施，可以有效防止催化劑沉積物過多，從而避免煙機發生結垢現象。

2.3 控制平衡催化劑中鈣、釩、鈉、鐵的含量

（1）控制原料質量。造成煙機結垢的主要原因是催化劑中含有大量的SiO2，因此在選擇原料時應該盡量避免。如果非要用到這種原料，就要嚴格控制其質量，只有這樣才能從根本上解決問題。另外，還可以采取一些其他的方法來減少或者防止催化劑中硅元素進入氣輪機。比如可以將原料進行預處理，加入反應器之前先除去其中的雜質等，可有效降低或消除硅元素對煙機產生的不利影響，達到預防結垢、延長煙機壽命以及提高裝置運行經濟效益的目的。

（2）加強對常減壓蒸餾裝置電脫鹽的監控。在催化劑生產過程中，為了保證產品品質，需要嚴格控制原料油的質量。由于催化裂化裝置使用的是進口原油，因此，原油中可能會含有一定量的雜質，這些物質如果進入到煙機系統，很容易導致設備出現結垢現象。通過對裝置進行檢查發現，造成這一問題的主要因素就是裝置內部的電脫鹽設施不夠完善，無法有效去除其中的雜質。

（3）優選脫鈣劑。導致煙機結垢的主要因素是煙氣中含有大量的CaO。為了解決這一問題，需要在煙氣進入催化裂化裝置之前加入一些脫鈣劑來降低煙氣中的鈣離子濃度，這樣就能夠有效減少結垢現象的發生，保證裝置正常運行，同時也可以降低經濟損失。

（4）加大催化劑用量和使用重金屬含量低的平衡催化劑。由于催化劑是煙機運行中最重要的組成部分，因此要想減少煙機結垢現象就必須提高催化劑的質量。在生產過程中可以通過以下3 個方面進行改善：①增加催化劑的數量；②降低催化劑中的重金屬含量；③選擇合適的催化劑型號。只有將這3 個因素同時考慮到才能夠從根本上解決問題。另外還需要注意，如果在生產過程中出現催化劑中毒或者活性下降等情況，也會導致催化劑失活從而引發煙機結垢現象的發生。因此，為了避免這一現象的發生，應該盡量保證催化劑處于良好的狀態。此外，還需要加強對催化劑的管理力度，定期做好檢查及更換工作，以防止催化劑中毒或失效。

（5）油漿盡量不回煉，加大油漿外甩量，在保證裝置正常運行的前提下，盡可能減少油漿中焦粉、瀝青質等雜質的含量。同時，通過提高油漿外甩量來降低油漿中物質的含量，從而達到防止或延緩結垢現象發生的目的。另外，還要加強對原料油性質及加工工藝條件的控制，避免因原料性質變化造成結垢。由于煉油廠催化裂化工藝流程較長，且各工序之間物料存在一定的交叉影響，因此，為了確保整個系統能夠平穩高效地運轉，必須采取相應的技術手段，將各個環節產生的油漿進行有效分離。由于催化裂化裝置是一個連續運轉的系統，因此，必須確保油漿質量合格后再進行外甩處理，以免影響到后續工序的正常運行。

（6）使用抗鈉和鈣的金屬鈍化劑和催化劑，由于催化裂化裝置煙氣中含有大量鹽類物質，會在煙機內部沉積，造成煙機內壁腐蝕。而且隨著時間的推移還會逐漸增加，最終導致催化劑中毒失活，使得催化劑活性降低，從而影響了整個裝置運行的穩定性。經過研究發現，向煙機內部加入適量的抗鈉和鈣的金屬鈍化劑可以有效防止煙機內部積聚過多的鹽類物質，進而達到緩解或者消除煙機內部結垢現象的目的，加入具有抗鈉和鈣的金屬鈍化劑和催化劑，能有效防止催化劑出現結垢現象，保證催化劑的正常工作效率。

2.4 煙機工況

通過以上的分析可以看出，煙氣中含有大量的CO、SOx等物質會導致煙機葉片上形成較厚的積灰。而且在煙機運行過程中，由于煙氣流速大，煙氣中攜帶的粉塵也多，這些因素都將加速煙機葉片上積灰的沉積速度，最終造成煙機葉片嚴重磨損，甚至出現斷裂現象。

為了減少或避免煙機葉片上產生積灰，需要采取以下措施：①加強裝置內各部位巡檢力度；②提高裝置內催化劑再生頻次；③降低裝置內溫度；④定期清理煙氣管道及設備內部積灰；⑤控制好煙氣輪機入口煙氣溫度；⑥合理調整煙氣輪機出口背壓；⑦保證煙氣輪機正常工作時處于良好狀態。

通過以上方法可以有效解決催化裂化裝置煙氣輪機結垢問題，并能延長煙氣輪機使用壽命，從而確保裝置安全平穩長周期運行。同時也要考慮到催化劑在高溫條件下會發生變化，所以應該及時更換新的催化劑，以免因催化劑活性下降導致裝置不能穩定生產。此外，還需要關注煙氣輪機的振動情況，一旦發現異常就必須立即停機進行檢查維修，避免造成更加嚴重的后果。

3 結束語

通過分析催化裂化裝置煙氣輪機的工藝流程，確認導致煙機結垢的主要因素是催化劑。因此，在以后的生產過程中要嚴格控制催化劑質量和運行參數，防止因催化劑問題造成煙機結垢。同時也為其他同類型裝置提供參考依據。同時也應該注意到，由于催化劑會隨著使用時間的增加而逐漸失效，所以必須定期更換催化劑，才能保證煙機長周期安全穩定運轉。另外還有裝置本身設計、操作條件等其他方面的原因，也有可能引起煙機結垢，需要進一步深入研究探討。