重油催化裂化装置长周期运行的技术难点及改进措施

重油催化裂化装置长周期运行的技术难点及改进措施

大连西太平洋化工有限公司（wpec）生产装置由中国国际工程有限公司设计，加工量为2.0吨。反应采用折叠式改进管换热器，两年内生产后，沉降器和第一再生器按轴配置，第一再生器和第二再生器按行配置。2001年采用IFP专利技术对装置进行了扩能改造,改造后装置的加工能力为2.8Mt/a。装置于1996年10月投入运行,目前已进入第7周期,期间第3至第6周期的运行天数分别为1054,1062,1058,1357d。2001年以来,装置原料逐渐重质化、劣质化,原料硫质量分数、密度、残炭和金属镍+钒质量分数分别达0.6%,0.935g/L,6.5%和20μg/g,装置运行难度明显增加,长周期运行面临极大挑战,解决装置运行存在的技术难题势在必行。1循环操作的问题(1)催化剂、烟机入口1.2%氧化压装置二再旋分器料腿几次出现脱落现象,对装置长周期运行造成较大的影响。料腿脱落后,装置催化剂单耗最高达到1.6kg/t原料,三旋入口粉尘质量浓度最高超过2000mg/m3,烟机入口粉尘质量浓度高达300~500mg/m3,二再烟机运行周期明显缩短。(2)特殊运行方案装置运行末期,汽提段几次出现穿孔现象。穿孔后,干气产率明显增加,干气中氮体积分数增至15%~30%。汽提段穿孔后,烟气和待生剂、油气互窜,特别是在装置出现波动或停工时安全运行系数急剧下降,需制定特殊运行方案,保证装置安全。同时由于待生剂夹带部分油气直接进入一再稀相,导致一再烟机结垢速度增加,烟机运行寿命缩短。(3)器热点的影响在第1和第2周期的运行中,反再系统衬里的脱落非常严重,一度对催化剂的流化和输送造成重大影响,三器热点也成为装置运行的重大隐患。第2周期因沉降器过渡段衬里脱落堵塞塞阀装置被迫提前停工检修。(4)反应系统焦1提高管结焦在第1和第2周期运行中,提升管进料喷嘴上方1.5m处出现严重结焦,约占提升管总截面的1/3,装置被迫降负荷运行。2结焦部位分布在装置改造前的第1~3周期的运行中,沉降器顶部出现轻微结焦现象,结焦部位集中在防焦蒸汽环下1.0m器壁和旋分器顶部。器壁结焦为沿器壁同一水平高度的一个环带,宽150~200mm,最大厚度集中在环带的中心线附近,约为85mm,结焦质地坚硬,不易脱落。3分馏塔末端结焦油气大管线结焦一般厚度为35~75mm,结焦最严重的部位在油气大管线入分馏塔末端,严重时约占总截面的1/3,末期往往会成为装置运行负荷的一个瓶颈。(5)支管的更换在第2周期的运行中,主风分布管约有2/3的喷嘴出现不同程度的外磨,需要更换,同时一再有5根支管、二再有6根支管因喷嘴内磨而被割断。第3、第4周期因加工量有所提高,内磨程度进一步加剧,已成为装置长周期运行必须解决的一个瓶颈问题。(6)双级型式二再烟机装置设有2台烟机,与一、二再烟气分路流程相匹配。一再烟机为双级型式,二再烟机为单级型式。存在的主要问题是一、二再烟机因叶片和环带结垢,导致烟机振动超标。严重时最短运行周期仅为1个月,对装置的安全、大负荷运行带来较大影响。(7)再生器筒体、再生立管振动测量在第1周期的运行中,由于二再脱气斗脱气效果不好,再生立管出现“节涌”现象,立管密度在250~780kg/m3、反应温度在±4℃大幅度波动,二再二密相密度、藏量也大幅度波动,再生器筒体、再生立管振动失常。再生线路推动力明显不足,只能达到设计负荷的85%~90%。(8)2.部件壁侵蚀装置二再筒体和烟道曾出现过因应力腐蚀而产生的裂纹。(9)沉降器内件脱内构件磨损脱落、衬里脱落、焦块脱落会导致塞阀卡塞。装置曾因沉降器内件脱落引起2次塞阀卡塞,一次是汽提段热电偶套管脱落,另一次是旋分器料腿拉杆脱落。在第二周期运行中,因沉降器衬里脱落堵塞塞阀,装置被迫提前停工检修。(10)外取热器管的泄漏在第2和第3周期运行中,一再外取热器管束分别出现一次泄漏,因无法切除泄漏管束,只能停掉外取热器,装置被迫降负荷运行。(11)入口粉碎浓度的影响一再三旋曾经出现过2次内胆脱落现象,内胆脱落后,进入单管中的烟气部分走短路,单管的分离效率下降,导致烟机入口粉尘浓度增加,烟机运行周期缩短。2原因分析(1)装置控制的工艺指标二再料腿脱落的主要原因是二再操作温度过高。装置原设计最高操作温度760℃,装置控制的工艺指标小于760℃,实际操作温度750~760℃。过高的温度会使实际运行中旋分器材料及其焊口的强度降低。此外,料腿埋入密相床偏深,处于不稳定区上边缘,料腿受力不稳定且产生较大力矩。(2)反再系统衬里数值不稳定因素,反再系统衬里成为反再系统衬里穿孔的原因为环形挡板与器壁焊缝有缺陷,通过缺陷的小孔洞,蒸汽带动催化剂冲刷器壁,随着时间的延长,器壁开始穿孔,且穿孔逐渐扩大。(3)反再系统衬里脱落装置因建设时期较长,未烘的衬里过冬保养不善,是衬里频繁脱落的根源。一套装置建设期间反再系统衬里的施工质量是该装置能否长周期运行的基础条件,须引起足够重视。(4)旋分器顶部结焦1提升管结焦的原因主要是预提升蒸汽流量偏低导致预提升段提升效果不理想,剂油接触效果变差。原预提升蒸汽流量只有1t/h,需大幅度提高预提升蒸汽流量。2沉降器结焦主要是顶部死区油气停留时间偏长、防焦蒸汽部位温度偏低,焦炭前躯物凝析成焦。旋分器顶部结焦是由于在顶部死区处催化剂沉积,二次反应加剧所致。3油气大管线结焦主要是焦炭前躯物凝析成焦。油气大管线存在4~10℃的温降,开工初期或冬季温降较大,结焦较快。随着油气大管线运行时间延长,结焦厚度增加,管线的温降减小,线速度增加,重组分凝液产量减少,结焦速度相应放缓,少量的结焦因油气的线速度增加而无法积存在管线的内壁,这就是运行后期油气大管线压力降不再增加或增加缓慢的原因。油气大管线入塔末端结焦主要是高温油气中焦炭前躯物遇到塔内下流的冷油浆凝析所致。(5)内部磨结合型内磨主风分布管喷嘴的磨损分为内磨和外磨。外磨是在喷嘴线速度较高和较低时都会出现的磨损形式,较为普遍。内磨是在喷嘴线速度较高时存在的磨损形式,过高的线速度在支管内产生负压,将催化剂通过喷嘴吸入支管而产生磨损。一般情况下,内磨的破坏程度远大于外磨,因为内磨往往会因喷嘴的磨损扩大而将支管在根部切断,给床层流化和烧焦带来严重影响。(6)要素的存装置烟气系统结垢主要存在于一、二再烟机和三旋单管底部,三旋单管结垢会加剧烟机的结垢速度,控制三旋单管结垢也是抑制烟机结垢的一个重要手段。烟机和三旋结垢的机理是一致的,发生结垢必需同时具备三要素,即黏结物,较高的粉尘浓度和足够的旋流速度,三要素缺一不可。检查烟道和三旋系统后发现,除三旋单管底部和烟机叶片外,双阀滑道后涡流区及烟道内插构件的背流侧均具备结垢条件,且检修中已发现轻微结垢现象。要解决结垢问题,就要消除三要素的存在或至少消除其中一个。对于三旋分离单管和烟机来讲,要消除黏结物和结垢所需的旋流速度几乎不可能,唯一的方法就是尽可能降低烟机入口烟气的粉尘浓度,从而抑制结垢速度。一再烟机结垢有其特殊性,除控制好烟机入口粉尘浓度外,汽提段穿孔也是一再烟机结垢的重要因素,穿孔后汽提段中的待生剂和油气漏入一再稀相,造成待生剂细粉和油气一并进入三旋,导致一再烟机结垢速度增加。反再系统异常,特别是当系统压力平衡失控的情况下,催化剂会出现非正常的跑损,引起三旋单管和烟机结垢加剧。(7)再生立管的释放效果不理想原设计脱气斗高度不够,正常运行时,催化剂占据了立管脱气斗的脱气空间,使立管出现“节涌”现象。(8)腐蚀液体形成的机理再生系统的应力腐蚀开裂的原理是在富氧再生条件下生成的NOx和SOx等酸性气体通过衬里渗透到器壁,当器壁温度低于烟气露点温度时,腐蚀性液体就会形成而产生应力腐蚀,其中以硝酸盐腐蚀(即“硝脆”)较为严重。(9)带内构件断裂一套“四年一修”的重油催化裂化装置在整个运行周期里,很难保证不出现一次异物脱落现象,如沉降器内旋分器的拉筋等内构件被催化剂、气流冲刷而断裂掉入塞阀处;运行中温度急剧变化或被冲刷造成衬里脱落掉入塞阀处;切、投进料等引起的结焦在温度剧变时脱落掉入塞阀处。WEPEC装置没有因焦块脱落而卡塞塞阀,主要是由于内构件脱落和衬里脱落引起塞阀卡塞。(10)催化剂磨损管束管束泄漏第一次泄漏原因是增压风分布管磨损严重,导致增压风偏流,催化剂磨损管束封头造成泄漏。第二次泄漏原因是管束制造问题。一支外取热器管束内管过长,内外管间隙偏小,下水量不足,导致水汽比失控,引起外壁超温,使材质碳化而损坏。(11)旋器壁筋板和内镜筋板的焊接装置于2007年进行三旋扩能改造,对单管组合件进行更换,单管扩径,三旋筒体利旧。三旋为立式结构,内胆的重量主要由三旋器壁筋板和内胆筋板承担,所以器壁筋板和内胆筋板的焊口强度很重要。从1996年开工以来,三旋在运行期间始终处于高温状态,筋板的强度会有下降。扩能改造时,老的筒体筋板和新的内胆筋板进行焊接,焊肉与筒体筋板的连接强度减弱,负载能力下降,导致运行期间内胆脱落。3技术法规和效果(1)确定4旋分器造成两组料腰下边缘的距离1将二再稀密相温度控制指标由原来小于760℃调整为小于740℃。2将料腿的加固形式由级间连接改为级间连接+组间连接,同时增加一层拉杆。3将一、二级料腿分别割掉0.5m和1.0m,一级料腿防倒锥至料腿下边缘的距离由150mm降至130mm。调整后一、二级料腿下边缘距大孔分布板的距离分别提高至1.5m和2.5m,使其远离大孔分布板上部的不稳定区,以减小床层不稳定区对料腿的冲击力。4旋分器耐磨短管的焊接形式由对焊改为承插焊,以提高焊口的强度。生产实践证明,上述措施效果显著,消除了因二再旋分料腿脱落而影响装置长周期运行的一个重要瓶颈。(2)环形斑块焊接质量分析对环形挡板的结构形式进行改进。原环形挡板与汽提段筒体内壁呈一定角度焊接,施工过程很难保证焊接质量,改造后的环形挡板在靠近汽提段筒体200mm距离为水平连接,作业环境明显改善,并采取两侧焊接,焊接质量得到充分保证。长周期运行实践证明,上述技术措施较好地解决了汽提段穿孔问题,改造后再未出现穿孔现象。(3)衬里的加工处理1从大检修抓起,对衬里的检修制定切实可行的方案,并严格实施,确保衬里的施工质量。2衬里施工完毕后,要严格按衬里生产厂家要求的升温曲线进行烘干,烘衬是保证衬里长周期运行的重要环节。3对于衬里的修复要高度重视,以“四年一修”的标准编制计划、制定施工方案,必须做到“应修必修、修必修好”。4敢于使用新技术、新材料。装置反再系统原为隔热加耐磨双层衬里,经过技术改进,更换的部分采用单层无龟甲网衬里,改进后的衬里质量有较大改善。通过采取上述措施,衬里的运行能够满足“四年一修”的标准。(4)反应系统的焦洗液1改善监督管理和焦化剂2升管终端设备进料喷嘴改为IFP专利技术的高效喷嘴;提升管终端设备由倒L改为IFP专利技术的LDD;并控制较高的反应温度。装置改造后,沉降器结焦情况明显好转,几乎没有结焦现象。3确保油气运移的措施保证装置大负荷运行,尽可能控制油气大管线线速度不小于35m/s;保证提升管预提升段和进料喷嘴的良好运行质量;并做好油气大管线的保温工作。WEPEC催化裂化装置原料偏重,密度高达0.935g/L,结焦的风险非常高,通过采取上述措施,反应系统结焦始终处于可控状态。(5)调整支管线长度对一、二再主风分布管进行改造。对于内磨采取2项措施来提高支管内部的压力:1支管扩径,以降低支管线速度;2增加喷嘴伸入支管的长度,以增加支管的压力降。对于外磨,采取衬里保护的办法,将主管、分管、支管、喷嘴进行360°外衬耐磨衬里。主风分布管的改造较好地解决了内磨和外磨问题,消除了装置长周期运行中的一个技术瓶颈,为装置“四年一修”提供了可靠保障。(6)降低烟机结垢1保证一、二级旋分器的分离效率,采取有针对性的措施,解决了二再料腿的脱落问题。2控制原料镍+钒质量分数小于等于15μg/g。控制较为合适的原料金属含量,目的是控制催化剂单耗。催化剂单耗过高,会导致三旋和烟机入口粉尘浓度增加,从而加剧烟机的结垢速度。3控制适当的再生温度,减少催化剂热崩。二再温度指标从原来小于等于760℃调整至小于等于740℃,调整后同比条件下三旋入口粉尘质量浓度降低至250mg/m3。4控制新鲜催化剂中小于20μm细粉质量分数小于3%。5解决好汽提段穿孔问题,避免汽提段穿孔现象发生。6编写《异常状态下烟机的处置预案》,避免因反再系统的波动导致三旋单管和烟机结垢加剧。采取上述措施后,烟机运行周期有了较大改善。一再烟机的运行周期可达1年以上,二再烟机的运行周期可达3年以上。(7)化剂料面与料斗上边缘的合作对二再脱气斗实施技术改造,将二再脱气斗加高1.2m,并采取格栅式结构。改造后二再催化剂料面与料斗上边缘基本处于同一水平面,催化剂从料斗侧面进入脱气斗,充分发挥了脱气斗的脱气能力。改造后二再密度、藏量达到正常水平,再生线路推动力提高35~40kPa,反应温度波动范围由原来的±4℃变为±1℃,为装置长周期、大负荷运行消除了一个重大瓶颈。(8)烟气露点温度和烟气冷凝水的测量1对二再筒体、烟气管道、集气室、三旋等进行外保温,使器壁温度大于烟气的露点温度。2对烟气组成、露点温度、烟气冷凝水进行综合测量。3优化原料的性质,尽可能地降低原料中N,S等的含量。采取上述措施后,二再系统再未发现因应力腐蚀而开裂的现