周偉權(quán)

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部， 200540)

工業(yè)化應(yīng)用

催化裂化設(shè)備襯里損壞原因分析及改進(jìn)措施

周偉權(quán)

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部， 200540)

對中國石化上海石油化工股份有限公司催化裂化裝置反再系統(tǒng)襯里現(xiàn)狀進(jìn)行分析，找出問題產(chǎn)生的根源，探討解決襯里損壞的方法與對策，以提高襯里的使用壽命，實現(xiàn)裝置的長周期安全運行。

催化裂化 襯里 壽命 長周期運行

在煉油企業(yè)中，催化裂化裝置是原油加工的核心生產(chǎn)裝置，我國成品汽油中催化裂化汽油約占三分之二。催化裂化裝置運行的好壞，往往決定著煉油廠效益的好與壞。原料的重質(zhì)化使得操作工況越來越苛刻，而裝置的長周期運行，對設(shè)備尤其是反再系統(tǒng)的設(shè)備提出更高的要求，其中反再系統(tǒng)設(shè)備襯里的質(zhì)量好壞對設(shè)備能否長周期運行起關(guān)鍵作用。

中國石化上海石油化工股份有限公司催化裂化裝置的核心部分——反再系統(tǒng)主要由反應(yīng)沉降器、再生器、旋風(fēng)分離器、催化劑和煙氣輸送管道等部分組成。由于催化裂化裝置操作條件比較苛刻，催化劑運輸以流化床為主，流速高，操作溫度高(500～700℃)，而且催化劑本身顆粒細(xì)而堅硬［1］，在流動狀態(tài)下對設(shè)備沖刷磨損嚴(yán)重，因此催化裂化裝置反再系統(tǒng)設(shè)備器壁均采用隔熱(耐磨)襯里，以降低器壁溫度及防止催化劑的沖蝕。該襯里近年來出現(xiàn)了一些問題，在此予以分析并提出針對性的措施。

1 襯里運行損壞情況和損壞原因分析

催化裂化裝置的反再系統(tǒng)主要流程見圖1。催化裂化裝置從1994年建成投產(chǎn)以來，進(jìn)行了多次檢修。從前些年歷次檢修的襯里檢查情況看，襯里整體運行狀況基本良好，這主要得益于對襯里施工質(zhì)量的把關(guān)以及運行平穩(wěn)。但是隨著裝置運行周期的逐漸延長，特別是近幾年襯里也出現(xiàn)了一些局部問題，首先是外溢流管在運行過程中出現(xiàn)多處熱點，其次是在檢修中發(fā)現(xiàn)個別部位的襯里存在不同程度的破壞。從監(jiān)控和檢修情況看，襯里的破壞主要發(fā)生在以下幾個部位:一是催化劑、油氣、煙氣等介質(zhì)的流速、流向、壓力發(fā)生突然改變的部位;二是溫差變化大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位。

圖1 裝置反再主要流程

1.1 沉降器

反應(yīng)沉降器操作溫度500℃，設(shè)計溫度550℃，目前沉降器襯里采用龜甲網(wǎng)雙層襯里形式(見圖2)。龜甲網(wǎng)雙層襯里的破壞以龜甲網(wǎng)開裂翹起為主，襯里修補(bǔ)的關(guān)鍵是新舊龜甲網(wǎng)的連接。在2005年和2009年檢修時均發(fā)現(xiàn)不同程度的損壞鼓包，沉降器內(nèi)部襯里的破壞則主要是由于檢修清焦過程中風(fēng)槍沖擊振動造成襯里松動脫落，特別是開工后受熱膨脹使襯里出現(xiàn)鼓包翹起。所以襯里修復(fù)時新舊龜甲網(wǎng)之間應(yīng)全部焊滿，如果舊龜甲網(wǎng)已嚴(yán)重腐蝕，無法施焊，要在連接處的器壁上增設(shè)不銹鋼襯里擋圈，以增強(qiáng)龜甲網(wǎng)連接的牢固性。再則是提升管Y型段襯里采用無龜甲網(wǎng)鋼纖維增強(qiáng)隔熱耐磨襯里。Y型段部位由于結(jié)構(gòu)特殊，襯里破壞比較嚴(yán)重［2］。在歷次檢修中發(fā)現(xiàn)襯里中裂紋較多，并出現(xiàn)變形脫落。

圖2 隔熱耐磨襯里結(jié)構(gòu)

1.2 第一、二再生器

再生器采用無龜甲網(wǎng)單層耐磨保溫襯里，再生器內(nèi)襯里最易損壞部位、也是破損最嚴(yán)重的部位在斜管與器壁相交處。由于斜管與筒體之間熱膨脹方向不同，相貫線處襯里受到來自不同方向的應(yīng)力作用，極易造成破壞。檢查時發(fā)現(xiàn)斜管出口單層襯里出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，并且在襯里交接處襯里阻擋圈發(fā)生變形，出現(xiàn)斷裂，雙層襯里的龜甲網(wǎng)焊接仍完好。因應(yīng)力太大導(dǎo)致耐磨層出現(xiàn)局部脫落，煙氣竄入隔熱層，逐漸把襯里掏空，使龜甲網(wǎng)下面出現(xiàn)許多空洞，結(jié)果出現(xiàn)局部過熱。由于第一再生器存在多處缺陷，在2005年檢修中對檢修平臺以下部位襯里全部進(jìn)行更換，新的襯里仍然采用龜甲網(wǎng)隔熱耐膜襯里。2007年大修時第二再生器筒體垂直段襯里完好無損壞現(xiàn)象，但下面錐段襯里損壞情況比較嚴(yán)重，所以在大修中將這部分襯里全部更換。

1.3 外溢流管

外溢流管采用的也是隔熱耐磨襯里，近幾年出現(xiàn)問題特別多。2007年6月按計劃檢修后開工，2008年7月因催化劑流化不暢，油漿固含量高等原因停工處理。停工后檢查發(fā)現(xiàn)，第二再生器外溢流管入口襯里脫落是催化劑循環(huán)受阻的原因。第二再生器外溢流管襯里于2001年投入使用，入口處由于催化劑沖刷嚴(yán)重，造成襯里脫落。2009年大修時對外溢流管進(jìn)行整體更換，運行至今又發(fā)現(xiàn)外溢流管多點超溫，部分點的溫度已經(jīng)高達(dá)600℃。初步判斷耐磨層已脫落，而龜甲網(wǎng)下面的隔熱層由于強(qiáng)度較低，很快就被流化催化劑掏空，高溫催化劑接觸器壁，造成器壁超溫，襯里出現(xiàn)脫落，對其進(jìn)行外壁貼鋼板加裝襯里，目前運行情況良好。

1.4 旋風(fēng)

旋風(fēng)襯里為單層龜甲網(wǎng)高耐磨結(jié)構(gòu)形式。襯里破壞有兩種情況，一是耐磨層減薄，二是旋風(fēng)渦形入口及頂板處龜甲網(wǎng)襯里起皮鼓包開裂現(xiàn)象較多。2009年裝置檢修時發(fā)現(xiàn)第一、二級旋風(fēng)分離器襯里起皮脫皮現(xiàn)象，脫落層厚度達(dá)2～3 mm。分析破壞的主要原因:一是襯里制作時為達(dá)到表面成型平整光滑要求，襯里表面經(jīng)過多次抹壓，由于襯里已經(jīng)凝結(jié)，抹壓后表層結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度損失;二是在出廠前烘襯時沒有達(dá)到540℃的襯里燒結(jié)溫度，襯里表層脫落現(xiàn)象沒能及時發(fā)現(xiàn)和及時處理，這次大修時進(jìn)行整體更換。耐磨層減薄在10 mm以內(nèi)的采用近幾年開發(fā)的高耐磨涂料分層刮抹。催化再生器旋風(fēng)已運行兩個周期，經(jīng)高溫耐磨涂料處理的襯里表面幾乎無磨損，無裂紋，不脫落，效果很好，后期將其推廣至全裝置高磨損部位襯里面層使用，耐磨效果顯著提高。耐磨襯里減薄10 mm以上的須將襯里剔除。要注意對龜甲網(wǎng)的保護(hù)，盡可能減少對其損傷，斷裂損壞的要進(jìn)行補(bǔ)焊，或?qū)⑿慢敿拙W(wǎng)拆解，冷切割成需要尺寸，搭接焊牢。龜甲網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重以致難于焊接的，需將其全部拆除，更換新龜甲網(wǎng)。修補(bǔ)用襯里應(yīng)采用磷酸膠結(jié)材料的剛玉襯里，以增加襯里與金屬表面的附著力。旋風(fēng)襯里一般由旋風(fēng)制造廠家在出廠前施工并烘爐完成。

1.5 襯里損壞原因分析

綜合歷次停工檢修情況，分析各個部位的襯里損壞原因如下。

(1)沉降器內(nèi)部襯里損壞主要由于熱膨脹和檢修清焦沖擊造成。升溫后鋼套筒直徑變大，而鋼纖維錐段襯里直徑變小，就出現(xiàn)了鋼纖維襯里與錐段底部脫殼，由于有錨固釘焊在錐段金屬板上而且深埋在鋼纖維襯里內(nèi)，造成襯里與錐段筒壁相對位置錯動，膨脹引起的剪切力剪斷錨固釘，金屬錐段膨脹的拉力通過錨固釘拉裂鋼纖維襯里，使鋼纖維襯里出現(xiàn)網(wǎng)格狀貫通裂紋。

(2)旋風(fēng)分離器內(nèi)襯里產(chǎn)生起皮脫落、鼓包、開裂等損壞的主要原因為:龜甲網(wǎng)焊接質(zhì)量存在問題，焊接強(qiáng)度不夠;龜甲網(wǎng)選材不規(guī)范，其材質(zhì)為0Cr13，此材料在高溫環(huán)境下耐腐蝕性較差，容易造成腐蝕;襯里涂抹施工質(zhì)量不高。

(3)反再系統(tǒng)造成襯里脫落、裂紋的原因主要是常溫下制造或修理好的襯里，由于鋼墊板及耐磨料導(dǎo)熱系數(shù)大，工作狀態(tài)高溫傳至墊板，墊板升溫膨脹，但墊板兩側(cè)焊在筒壁上，膨脹引起墊板尺寸的增加迫使墊板只能向上或向下翹曲，翹曲的結(jié)果是龜甲網(wǎng)變形，龜甲網(wǎng)與墊板之間出現(xiàn)縫隙，耐磨層脫落。一旦耐磨層脫落，龜甲網(wǎng)下面的隔熱層很快被掏空。另外還有一個原因就是工藝操作上頻繁的超溫、超壓會在很大程度上降低襯里的壽命。

2 提高襯里使用壽命的措施

襯里的損壞有多種形式，如鼓包、掏空、脫落以及龜甲網(wǎng)的嚴(yán)重變形和脫碳等，都容易對設(shè)備造成損壞，形成安全隱患。在進(jìn)行設(shè)備襯里檢查時發(fā)現(xiàn)，在完全相同的工況條件下有的部位的襯里完全沒有損壞，有的部位卻發(fā)生較為嚴(yán)重的損壞。那些損壞的地方是由于在施工或其他方面沒有達(dá)到技術(shù)要求所致，這說明加強(qiáng)襯里施工質(zhì)量管理是十分必要的。影響襯里質(zhì)量的主要因素包括襯里的選型、施工、養(yǎng)護(hù)和操作等，必須從這幾個方面加強(qiáng)襯里的質(zhì)量管理和控制［3］。

2.1 材料選用

應(yīng)根據(jù)不同部位、不同操作條件選用不同類型的襯里材料，尤其是針對一些薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)采取特殊的處理方法，從根本上解決襯里損壞問題。例如:沖蝕嚴(yán)重部位的雙層龜甲網(wǎng)襯里耐磨層應(yīng)選用高耐磨的襯里料。高耐磨襯里料按膠黏劑的不同分為兩類，一類是以磷酸鹽為膠黏劑，另一類是以純鋁酸鈣水泥為膠黏劑。前者一般用于與鋼板直接粘接的單層剛玉襯里，后者可用作龜甲網(wǎng)雙層襯里的高耐磨料襯里。襯里材料制造廠家必須提供出廠合格證及各項性能指標(biāo)檢驗報告，供應(yīng)單位對進(jìn)廠襯里材料按規(guī)定進(jìn)行抽樣檢驗及化學(xué)成分分析，檢驗指標(biāo)必須包括:體積密度、線變化率、耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度以及Al2O3、Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等指標(biāo)［4］。

新開發(fā)出了一種螺旋Ω型錨固釘，螺旋Ω型錨固釘是原Ω型錨固釘?shù)母倪M(jìn)型，其為空間立體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對襯里材料的抓緊力，增加了與襯里接觸面積，在與傳統(tǒng)錨固釘相同的排布間距下，控制約束襯里的效果更好，能夠很好地解決襯里脫落、鼓包等問題。以后應(yīng)增加這種新型錨固釘?shù)膽?yīng)用。

2.2 加強(qiáng)襯里施工質(zhì)量的控制

襯里的施工是全面提高襯里質(zhì)量的最關(guān)鍵的一步，尤其是設(shè)備襯里的檢修。檢修時襯里施工一般是在原有襯里的基礎(chǔ)上進(jìn)行修補(bǔ)，施工質(zhì)量的好壞不光決定新襯里的質(zhì)量，還會對老襯里造成影響。很多襯里的損壞是由于襯里施工方法不當(dāng)或質(zhì)量較低引起的，特別是典型部位的襯里施工。設(shè)備過渡段、異形結(jié)構(gòu)部位、設(shè)備開口等襯里易損壞部位，錨固釘應(yīng)適當(dāng)加密;龜甲網(wǎng)與襯里擋板連接處應(yīng)設(shè)置固定擋板，固定板與擋板焊連，龜甲網(wǎng)應(yīng)與擋板、固定板焊牢;對穿過無龜甲網(wǎng)單層隔熱耐磨襯里的接管或構(gòu)件應(yīng)外包高鋁陶瓷纖維紙，并設(shè)置擋板保護(hù);新舊接縫處保溫釘應(yīng)適當(dāng)加密，以保證接縫處襯里牢固，做到圓滑過渡。隔熱層施工完畢，要求外形平整，襯里表面應(yīng)與錨固釘臺肩平齊，耐磨襯里用0.5 kg手錘輕輕敲擊檢查，聲音鏗實、清脆的為合格。

2.3 加強(qiáng)襯里的運行維護(hù)

(1)新襯里養(yǎng)護(hù)烘干質(zhì)量的好壞，對日后襯里的使用安全影響很大。在催化裂化反再開工的升溫階段，尤其是要保證150℃脫表面水和350℃脫結(jié)晶水這兩個階段的時間，操作要平緩，因為在這兩個時間段里襯里內(nèi)部一定要保證足夠的時間蒸發(fā)出大量水蒸氣，如果烘干的速度不穩(wěn)定、時間不夠長，很容易造成襯里的脫落、鼓包和開裂［5］。催化裂化反再開工升溫曲線圖如圖3所示。

催化裝置烘爐過程較復(fù)雜，再生器、沉降器、外溢流管、提升管、斜管等多套設(shè)備聯(lián)合烘爐，應(yīng)針對襯里修復(fù)的不同部位制定對應(yīng)的烘爐方案。通過控制主風(fēng)機(jī)出風(fēng)量、101爐出口溫度，再生器烘爐曲線偏差不大。處于尾部的提升管、沉降器升溫曲線會有一定偏差，需要提高再生器恒溫點的溫度，減少提升管、沉降器烘爐曲線的誤差。如果條件允許，烘爐時間應(yīng)盡可能延長，以便襯里充分脫水硬化，延長襯里使用壽命。

圖3 催化裂化反再升溫曲線

(2)如果操作不平穩(wěn)，經(jīng)常處于事故狀態(tài)，溫度變化較大，會使襯里急劇膨脹和收縮，襯里就容易產(chǎn)生裂縫，并且會越來越大，越來越多，到了一定程度襯里就會脫落，器壁就會超溫。保證裝置操作一直比較平穩(wěn)，減小三器系統(tǒng)溫度大幅度變化的次數(shù)，也是延長襯里使用壽命的重要因素。良好的襯里質(zhì)量是裝置長周期運行的保證，平穩(wěn)操作和長周期運行反過來有助于延長襯里使用壽命。

(3)加強(qiáng)運行監(jiān)控。運行時要加強(qiáng)監(jiān)測，及時了解設(shè)備運行狀態(tài)，防止襯里破壞、脫落而影響生產(chǎn)。對于重要位置的器壁溫度應(yīng)進(jìn)行定期的熱點檢查和壁溫檢測，建立數(shù)據(jù)庫，為制定檢修計劃提供可靠依據(jù)。

3 結(jié)語

催化裝置的長周期平穩(wěn)運行，襯里質(zhì)量是決定性因素之一。應(yīng)根據(jù)裝置工藝特點和設(shè)備操作條件，采取合理的錨固形式，選擇相應(yīng)襯里材料及施工方法，加強(qiáng)施工過程的質(zhì)量控制。提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，制定合理的烘爐曲線和烘爐方案，減少烘爐曲線誤差，可以提高襯里質(zhì)量，延長使用壽命。提高操作運行水平，加強(qiáng)設(shè)備襯里運行檢查，是設(shè)備襯里能滿足裝置長周期運行。

［1］ 閻國超．煉油化工工藝及設(shè)備概論［M］．山東東營:中國石油大學(xué)出版社，1998．

［2］ 顧一天，黃榮臻，程建民．延長催化裂化設(shè)備襯里壽命的措施［J］．煉油設(shè)計，2002，32(30):37 －41．

［3］ 顧一天．催化裂化裝置龜甲網(wǎng)雙層襯里的改進(jìn)［J］．石油化工設(shè)備技術(shù)，1995，16(2):25 －28．

［4］ 閆愛忠．重油催化裂化裝置設(shè)備襯里運行狀況及質(zhì)量控制［J］．石油化工設(shè)備技術(shù)，2009，30(1):30 －32．

［5］ 徐鵬．催化裂化裝置運行情況分析及對策［J］．廣州化工，2010，38(7):220 －224．

Analysis on Causes of Damaging of Catylatic Cracking
Equipment Lining and the Improvement Measures

Zhou Weiquan
(Petroleum Refining Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited，200540)

Based on analysis of the lining situation of reactivity－retxture system in catalytic cracking plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited，the causes of damaging of lining were found，and countermeasures were discussed to prolong the service time of lining and realize long－term safe operation of plant．

catalytic cracking，lining，service life，long－term operation

1674－1099 (2012)02－0043－04

TE988

A

2011-12-27。

周偉權(quán)，男，1984年出生，2006年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，學(xué)士?，F(xiàn)任中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部設(shè)備主管師，主要從事催化裂化設(shè)備管理工作。