化工设备长周期运行

化工过程系统及装备长周期安全运行

西安交通大学

程光旭

主要内容一、西部大开发对我国过程装备技术带来的机遇及面临的新挑战二、化工过程装备长周期安全运行工程背景三、化工过程装备长周期安全运行保障体系四、工程案例分析本项目研究涉及的学科化学工程与工艺过程装备与控制材料科学机械工程

一、西部大开发对我国过程装备技术带来的机遇及面临的新挑战

西部大开发的四大支柱产业：煤炭、油气、电力和化工。涉及的三个重大工程：西煤东运、西电东送、西气东输。目前存在四大挑战和机遇（I）

产品质量难以满足日益严格的国家环保标准要求

2002年1月1日，我国柴油执行新的国标（GB252-2000），要求硫含量不大于0.2%，氧化沉渣不大于2.5毫克/100毫升，色度不大于3.5。催化裂化柴油，特别是重油催化裂化柴油，不采取深度精制措施难以达到新标准。

我国制定新的无铅汽油标准（GB17930-1999），将于2003年1月1日执行，规定汽油中芳烃含量不大40%，烯烃含量不大于35%（v/v），硫含量不大于0.08%（800ppm），笨含量小于2.5%。由此提出的重要研究课题：石油化工传统产业的提升，研制新型精炼装备重油裂化防催化剂污染的设备降低汽油中硫含量的净化设备降低汽油中烯烃含量的工艺及相应设备挑战及机遇（II）2．传统装备能耗较高

炼油企业综合能耗，既包括动力（电、蒸汽、水）和燃料（煤炭、天然气等），又包括加工过程中自用燃料（重油、瓦斯）以及催化裂化烧焦。由此提出的重要研究课题：

先进合理的节能工艺流程是FCC节能的前提，采用新工艺对老装置进行改造，应采用高活性、高选择性催化剂和低回炼比操作，降低生焦。高效的设备是实现节能降耗的基础，应降低总输入能（烧焦放热、燃料消耗、外供蒸汽和外供电），提高能量回收水平。研究开发高效雾化喷嘴、高效旋风分离器、高效规整填料等。搞好装备“安、稳、长、满、优”运行控制是节能降耗的保证。全面考虑综合用能过程和全面优化是节能降耗的根本，应优化换热网络（外取热器、余热锅炉、油浆蒸汽发生器、分馏塔等）。挑战与机遇（III）

3．迫切要求大型装备国产化2001年上半年，全国成品油市场消费柴汽比为2.08，而炼油企业生产柴汽比为1.71左右。市场汽油过剩，柴油短缺。造成柴汽比供需矛盾的根本原因是我国炼油企业的原油二次加工以催化裂化为主，而催化裂化以生产汽油为主。由此提出的重要研究课题：

提高柴油收率和改善柴油品质的精炼设备研究增产柴油的工艺及设备（目前已研究成功的催化剂有LRC-99，MLC-500、DMC、RGD-1等，可以提高柴油收率4%左右）

渣油催化裂化的反应特点及新工艺与装置的动态机理模拟研究反应深度的控制原理，建立氢转移、异构化和烷基化反应控制技术研究多相反应过程，开发清洁燃料生产的多相反应器挑战与机遇（IV）

4.催化裂化装置的长周期运行不理想（安、稳、长、满、优运行）目前国内炼油厂主要生产装置一般大修周期约为“三年两修”，而在国外，大修期一般为三年，甚至可延至五年以上。由此提出的重要研究课题：

目前国外石油化工企业生产的发展趋势是从向生产装置优化控制要效益，转向发挥工厂资产运行最大效益发展，即从生产系统的长周期运行要效益。过程状态控制变量的调控技术、过程变量非稳态、非线性技术研究不停车条件下设备现场无损检测方法及相关新技术研究

涉及的学科新增长点西部大开发涉及学科新增长点：工程装备的现代制造技术煤化工石油、天然气化工盐化工煤化工的核心技术及装备煤的气化----煤的干粉气化（Shell核心技术及装备）、水煤浆气化（美国德士古核心技术）煤的液化----煤的直接液化技术挑战传统化工和能源装备制造业的发展和升级的关键技术和系统集成技术具有自主知识产权的煤气化及净化技术及装备天然气化工核心技术及装备主要内容：合成氨、甲醇、乙烯、二甲醚、醋酸等核心技术：天然气制合成气、合成烃、制二甲醚、乙醇等。相关的所有设备几乎全部依赖进口工程装备的现代制造技术

现代集成制造技术先进制造工艺、方法与装备先进微型加工技术先进机器人二、催化裂化长周期安全运行工程背景

装置长周期运行，是指通过挖掘装置的生产潜力，增加有效生产时间，从而减少修理费用，减少非计划停工、延长设备的使用寿命、提高企业的经济效益。装置的可靠度＝（运行周期日-非计划停工日）/（运行周期日）100%一般来讲铃，“二年朵一修”指滤连续运行筒23个月火（运行周扁期日为6崭90天）险，“三年结一修”由指连续另运行3时5个月户（运行位周期日伐为10役50天炕），“四年一左修”指连荣续运行4滋7个月（仅运行周期棕日为14夹10天）[2]。重催装置贫的可靠度赢：“二年凝一修”应防≥96%密,“三年耽一修”应申≥96%涛,“四年封一修”应是≥95.铜5%重油催化待裂化装置睡运行周期票考核目标但为2年。据统计测，19遇98年外中石化恐系统催睁化裂化何装置全属年共发头生停工缓24次派81.民15天郑，其中古，因设鹅备、仪景表原因共停工1不8次6裤6.3侮3天，糠分别占纸总数的窑75%拳和81马.74拼%。因产企业内路、外电直网原因锋停工3搏次11弹.17愧天，分恋别占总翅数的1芽2.5医%和1贱3.7甘6%。腐因操作瞧失误停阀工1次盆2.6悦9天，侧分别占跃总数的撑4.1戒3%和拜3.3理1%。坦另外，失因工艺甚、技术屑和公用缺工程原朵因各停握工1次踪蝶。总体上浙看，我里国装置巡寿运行周宁期与国锡外发达火国家相胡比，差蔑距很大惰。1既997翁年底，室中国石联化总公伞司考核躬的48蚂套催化制裂化装政置中已丈有28脉套实现哲二年一帖修，1累5套实壳现三年秀二修。太200浅2年尚肺未实现姨全行业笑重油催窗化裂化愈装置的揪二年一殃修目标万。从国外蛛来看，饲德国BASF公司的生兰产装置，奇装置的长踪蝶周期运行帮时间为5年；埃克驼森公司炼殿油厂、Phib纽奉ro公司休斯瘦顿炼油厂庭催化裂化游运转4～5年；荷植兰DSM和北欧监化工公旗司BOR甜EAL樱IS工厂装觉置是“容四年一虑修”。绢发达国使家国外席催化裂尾化装置遣一般连瞎续运转3～4年，甚龟至更长倡。在原油哗涨价和悼各种减恐利因素娱增加的防情况下确，催化谁裂化装只置实现栏安全平符稳的长吵周期运负行，既教可以减少检影修费用，增加开检工天数，比又可以可著以节约修矮理费，减万少不必要惩的开支，使企业砌增加经赏济效益刚。因此，如何使催成化裂化装色置实现长贵周期运行氧，是目前尝各个炼塌油厂面反临的一岗个重要停课题，受到炼油副企业领导致和工程技历术人员的闸高度重视做。该领域也恋是当前我乐国最为迫指切需要研熊究的领域砖之一。我国在该梦领域研究赚工作刚刚帜开始，目衬前处于研粥究活跃阶急段。三、化工舞装备长周舍期安全运呜行保障体捎系目标：安冤、稳、长块、满、优缎运行=经岂济效益制约化工滚装备长周敞期安全运耍行的因素路较为复杂苦，归纳起拴来大致可悲以分为五舅个方面：原料性添质及工公艺操作设备故障电力及动慎力系统企业管雅理及设武备管理人为误衡操作等催化裂化杀装置长周叼期安全运恼行的保障炊体系归纳起个来大致笨可以分厅为四个籍方面：运行安预全状态浸监测及墓检测关键设唇备的故踏障预测卡及安全沟评定生产系统赵的危险性辣分析最佳运毁行周期介及检修炸方案的记优化几个重球要概念余的定义贫及主要谎研究成舅果（1）扔危害度盯及风险右性危险度舌是指可揭能产生来潜在损扁失的征愈兆，它致由两部分促组成：一是危险记事件出现麻的概率，二是一卖旦危险订出现，习其后果碑严重程都度和企业损搅失的大小。因此趋，越是碰已经知御道的故诉障、越具容易提晕前预防秘、危险卖度及风谋险性越轧低。（2）最扛佳运行周扒期综合分糖析经济予性、安啄全性而革获得的材企业经逮济效益善最大化页的连续哗运行周挑期。用国一般的贤形式表肝示为：化工企业经济性分萄析+设备拍风险性分疼析=最佳退经济点=悔最佳运行具周期（3）系裳统可靠性评定企朗业安全逆生产可劣靠与否载的重要甩环节，殊在于整虾个生产扶过程系搬统的可脾靠性如太何，如羞果只考唯虑某个钱设备的报可靠性丘，而忽退视了系抗统的可驰靠性或辆者处理富不当，棚都会带爆来巨大暗的消极决后果。在过程累系统中轰，装备籍的可靠絮性有着吨较为特英殊的地剧位，因办为系统欺的工艺哗一旦确诸立，系协统的可含靠性在蛾较大程园度上取扬决于装呢备的可丝式靠性。系统的舌可靠性拉直接和栽人员、肃机器、静物料等参各子系坟统的可荒靠程度仓相关联哪，是这僚三者可骆靠性的彼总体反逼映。Rs=Rp*Ro*RmRp---装备（脂或机器咸）子系炸统的可招靠度Ro---操作子丸系统的量可靠度Rm—物料供应割子系统可终靠度（4）镜最弱环巾模型Uni者t1枣uni钉t2律u孟nit跳3闷u条nit竿5Unit仔4--较-wea辜kest锋cha盏in危险性分兆析方法1安全煎检查(Safe垄tyr克evie划w)--堵-对过程次的设计种、装置插条件、抱实际操籍作、维略修等进骗行详细盲检查以棍识别所掀存在的昆危险性堵。2安凉全检查龟表分析紧（Saf答ety起Ch拼eck钳lis街tA慢nal络ysi吃s)-毕--识别与一构般工艺设呀备有关的恼已知类型司的危险、盘设计缺陷乱以及事故衰隐患。3预危物险性分析捎（Prel投imin党ary访Haza喉rdA润naly视sis菠PHA场)---犬-项目发过展初期伙分析可际能存在虾危险性吐。4故已障假设诞分析(Wha么t-i捎fa寨nal搁ysi屿s)-载--对工艺简过程或块操作进颂行假设衡故障分摔析。5危险斤与可操作揉性分析（Haza致rda颜ndO佛pera碎bili滔tyA闪naly汽sis齿HAZ穷OP)-领---为新设计党或新技术温进行危险扇性分析，茂适用项目奋的初期阶静段。6失效今模式与效方应分析（Fail邮ure匆Mode泉san恨dEf培fect制sAn狗alys浇is递FEMA康)---侦-分析设备丽故障发生疲的方式，摧以及这些点失效模式岛对工艺过喊程导致的菠结果。7故尺障树分擦析（Fau葬lt艇Tre堂eA属nal狠ysi划s处FTA棉)--别-把系统可垃能发生或族已经发生亡的事故作属为分析起测点，将事敞故原因事郑件按逻辑苦关系建立壮树型图。8人泥的可靠缘瑞性分析主要研究惊结果（I）建立了链化工装添置及工习艺系统FTA模型和FME矿CA分析方法（下面夫来看理高论的核识心思想绕）故障树仰分析方买法（I贿）故障树分灿析方法（耕简称FTA）是进行欧可靠性像分析的矿重要方圈法之一另。它把宅系统最吉不希望津发生的毯失效状算态用相仰应的代赴表符号企及逻辑厉门用顶事件、中间事扎件、底事件联结成故例障树，找链出导致这岛一故障状摩态所有可接能发生的阴直接原因活，从而对升系统的失乞效进行定棋性分析及牲定量计算边。FEM常CA方握法（I退I）失效模式燥、效应和吊危害度分普析方法危险顺长序数（RPN劳）排序法排序法钢不但考梁虑故障万模式的盛危害程燃度，而袋且考虑妙其发生乱的概率菌及查明炊的难易碎程度。忠故障造察成的后草果越严狸重，发旧生的概钢率越高恭而且发哪生之前默难以检霸测到的叙系数越勉高，则幸其危险朋就越大盾。危险盲顺序数腔的数学榨定义为皂：RPN洲=S×爬O×DS—失效模式杠发生后果忆的严重程困度O—失效可例能发生检的频率D—发生失跑效的产惯品查明央难度危害度自（S）推荐评悦价准则发生概率够可能性（O）推荐评价溪准则失效查吊明难度将（D）推荐评价哈准则四、工程什案例分析1催化盯裂化系统也及装置（中国捡石油化杠工集团镜公司攻萄关项目傅）2化工毙厂聚氯乙廉烯生产装株置（企业合因作项目）3化肥侧厂煤气化晓装置（陕西宣省科技屿攻关项网目）1顾催化裂访化装置（兰炼原则发工艺流程省图）催化裂化桂长周期安恢全运行主哄要分析内突容冷原料带蜻水催化剂海的金属缝污染分馏塔结乌盐沉降器精、大油虾气管线吓等结焦催化剂亏跑损烟道衬里滑阀等U型波纹铅管膨胀乔节腐蚀穿宽孔高温取论热炉管束泄漏仪表控通制系统仪表失且灵腐蚀开家裂情况重催大机于组（烟机躬、主风机伯组、增校压机组优和气压谣机组。催化裂柏化装置贝系统催化裂化壶装置系统度通常可以火分为四大库部分来分讽析，即，红反应再生两系统、分威馏系统、般吸收稳定附系统和能规量回收系贼统，反应摸再生系统技是催化裂慰化的核心昏。反应-再匹生系统工首艺流程图分馏系评统工艺忙流程图吸收-导稳定系顾统工艺冤流程图主风机户组简图电动机电动盘车器齿轮箱轴流主风机烟气轮机单元最至弱环模室型能量回活收系统反应再生捡单元分馏单活元吸收稳厕定单元1-提升画管反应器冤2-再笛生器3敬-沉降器般4-分约馏塔5傅-三旋衣6-烟机肤7-风友机8-荒余热锅炉施9-双娇动滑阀贺1哲0-待生保塞阀1割1-再生售滑阀1喷2-主风叹机13快-增压机韵14-喊原料油泵碌15-回鸡炼油泵据16换热网器17傲换热炉原料及伐半成品哈工艺流苍程链：催化剂肥循环链拥：关键设翅备的关鄙系链：反应-再舒生系统的阔操作工艺旁失常状态简化的殖六个顶咱事件（1）提惭升管出口狱温度大幅取度波动（2）沉胡降器压力讨大幅度波泽动（3）再镜生压力大坊幅度波动（4）震再生器有与沉降匙器的差汉压大幅吵波动（5）伙催化剂叙循环中妻断（6）油阳浆固体含夺量大副上劝升反应-芹再生系罚统操作绪工艺失说常状态滋故障树催化剂抹循环中咏断故障迟树FTA植模型分闷析结论急：（1）筝由FTA可知,症导致绳反应-群再生失追常工艺嗓状态发做生共有钞23种得可能的激途径，垫从底事武件相对丝式概率重着要度的俘结果来粗看，原料油黎泵,回炼油榜泵,烟机，尤其是烟程机较其他屠设备更容槐易发生故雪障,也即雀薄弱环节只。所以，她要重点监锹测其“健艇康”状态亩。主要研究效结果（II）2诉反应-再生系唯统的失偶效模式款、效应烧和危害钞度分析FTA的特点是这：找出容易慈产生事故丧的关键部屿件和导致扔这一故障抚状态所有着可能发生莲的直接原各因，不知影道危害程凤度。失效模屑式、效熔应和危省害度分帮析（FMEC凡A）的特点摊是：不仅能肝找出失吐效概率食较大的首关键部界件，而献且给出薄关键因末素的危王害程度泡。反应-再威生系统危铁害度评估为了评水价故障窑模式的罚危害度授，主要让有危害度等粱级评定法和危险顺邻序数（RPN呈）排序法等司两种方法蛛。危害度等寺级评定法根据故扭障后果宴的严重光程度、遭可能的善经济损川失等对狮故障进拴行分类池，我们尼建议炼糟油企业翅故障的怨危害度锁分为4攀级：Ⅰ类--吉-致命故扰障（事故隶导致设仔备破坏掌和人员幕伤亡）Ⅱ类-甘--严奇重故障（事故导加致装置被迁迫非计划匆停车）Ⅲ类--嘴-一般故潮障（发现事事故，替可在设乐备运行库过程中务排除故冬障）Ⅳ类-奖--轻绑度故障（发现际轻微事员故，可栗到下次确检修时她再修理若）分析重催首装置考虑龙的主要检丝式测仪器FME按CA分析结论嗓：（1）烟机、且泵、三哗旋分离庸器的危宪险顺序碍数较大，是反怕应-再参生系统企的关键蛛设备，叫也是薄置弱的环景节，应档重点监梦测其安皆全状态田。（2）嗓其次，再生和待瞎生阀的卡条涩，风机径的振动也是较危忙险的，应碧及时的采挑取措施，窃消除其潜牲在故障的林发生。（3）另鸡外，沉降器和难反应器的帝结焦也是值亮得注意推的问题怎，不仅塔影响裂胶解的程愚度和分旱离的效辰果，影辱响产品租的质量云，结焦湿严重时绕会造成嘉装置的挥非正常耐停车。将FME概CA与FTA综合可颤知：（1）反句应-再生绞系统及设之备最危险坏的部位是属：烟机、三旋、回炼油怨泵、再生滑滋阀和待址生滑阀等。比较线危险的失找效模式是壤：烟机振月动、三旋挪的露点腐爱蚀、烟机允的冲蚀、岁再生滑阀则或待生滑坟阀的堵塞睛、再生器去的腐蚀等。（2）泽从国内材几十家跃炼油厂涌的调查坊来看，巧再生器借的失效若模式主蔑要有：露点腐袖蚀、化学扛腐蚀、炼疲劳失镜效、硫化物济腐蚀、料腿放断裂、诱结焦和应力腐凑蚀开裂等。反筐应器的懒失效模侮式主要毛有膨胀乖节裂开瓜、喷嘴颗结焦等捉。(3)研究了喝催化裂稠化工艺皂操作条承件对装蜘置长周陵期运行箭的影响绣、通过操泪作工艺椒条件的昼分析，境找出影蚂响催化斩裂化长绸周期运盛行的关催键工艺纳因素和洋防止措呼施。重点研究咐了分馏塔滩结盐、提升管山和旋分缝器结焦罗、催化剂跑鹊损和冷原料带击水等工艺场因素。研究结论丙可知：关杨键设备、良仪表、参晚数（4）提伶出的模型蹄可以找出嫩影响反应宋-再生系焦统操作工泰艺失常状作态的失效偏模式和关独键因素，科学合理郑地制定检生修计划、缩短检修呆时间、降低维屠修成本衬，从而实现甲企业生产衡质量成本喇的最优化嗓。主要研洪究结果皂（III誉）3.校建立了吃设备“爪健康”莲档案和金长周期吴运行安辩全保障李系统开发相应漂的安全运拾行保障软浪件包软件包的俩主要功能羽：（1）恶能够及执时地鉴离别设备踢的运行菌状态是它否正确民、确定嘉故障的过性质、般发现故呀障的部慕位、分灰析故障庙的起因拿、提出始排除故诱障的相欣应措施查。（2）痒按早、虾中、晚艘“健康舍”状况房诚提出个灶各设备阁不同的违保养措突施。（3）能伏够对非正醒常