（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

分析催化裝置兩器旋風(fēng)分離器不同設(shè)計結(jié)構(gòu)的施工工藝對比

譚航行

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

本文主要通過對旋風(fēng)分離器不同設(shè)計形式的對比，分析升氣管平口式連接結(jié)構(gòu)在施工上滿足設(shè)計要求的優(yōu)點，同時給更大型兩器內(nèi)件旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。

旋風(fēng)分離器；升氣管平口；連接結(jié)構(gòu)

一﹑引言

旋風(fēng)分離器是催化裂化裝置中兩器的核心設(shè)備，沉降器中旋風(fēng)分離器要完成催化劑與反應(yīng)油氣的分離，再生器中旋風(fēng)分離器要完成再生催化劑與待生催化劑燒焦所產(chǎn)生的煙氣的分離?？梢妰善髦行L(fēng)分離器設(shè)計與安裝的成功與否，將直接關(guān)系到裝置能否高效長周期地運行。隨著重油催化裂化技術(shù)的不斷進(jìn)步，兩器中旋風(fēng)系統(tǒng)也在向大型化，復(fù)雜化發(fā)展，對兩器的旋風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計與安裝也就有了更加嚴(yán)格的要求。從設(shè)備的角度看，主要體現(xiàn)在：

圖1：沉降器升氣管平口連接結(jié)構(gòu)

圖2：再生器升氣管平口連接結(jié)構(gòu)

1 旋風(fēng)單體幾何尺寸與重量的不斷擴大。

2 旋風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。

3 如何在施工安裝過程中達(dá)到設(shè)計的要求。

4 如何在保證設(shè)備可靠性的前提下，提高安裝效率且不使設(shè)備投資增加。

所有這些都給兩器旋風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高的要求，同時對施工工藝也提出了更高要求。本文結(jié)合延安煉油廠40萬噸/年催化裝置,﹑80萬噸/年催化裝置﹑﹑200萬噸/年重油催化裂化裝置﹑榆林煉油廠180萬噸/年催化裂化裝置﹑靖邊工業(yè)園150萬噸催化裂化制乙烯裝置（DCC）（相當(dāng)于480萬噸催化裂化兩器規(guī)模，目前國內(nèi)最大催化裝置）兩器旋風(fēng)系統(tǒng)的圖紙設(shè)計思路研究，并結(jié)合現(xiàn)場的實際安裝與使用情況從設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和現(xiàn)場的安裝角度，談?wù)勗趦善餍L(fēng)系統(tǒng)的施工工藝過程中，結(jié)合理解設(shè)計思路和施工工藝研究，對旋風(fēng)升氣管（即旋風(fēng)分離器與內(nèi)集氣室的連接管）的一處改進(jìn)結(jié)構(gòu)，同時提出提高施工效率的措施。

二﹑升氣管平口連接結(jié)構(gòu)

本文所要討論的這處結(jié)構(gòu)：“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)（圖1：沉降器升氣管平口連接結(jié)構(gòu)；圖2：再生器升氣管平口連接結(jié)構(gòu)）”位于旋風(fēng)分離器與內(nèi)集氣室連接的旋風(fēng)升氣管上，通過現(xiàn)場實踐，該結(jié)構(gòu)的設(shè)置對兩器旋風(fēng)系統(tǒng)的安裝精度 和安裝效率都有一定的提高。（由于大處理量沉降器和再生器（200萬噸／年以上），通過造價﹑工程量等方面的比較，內(nèi)集氣室結(jié)構(gòu)有著較大的優(yōu)越性，且被普遍采用，所以本文所述的“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”就是針對兩器內(nèi)集氣室結(jié)構(gòu)的改進(jìn)措施。根據(jù)多套催化裝置兩器的施工經(jīng)驗，內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的設(shè)計在催化兩器的設(shè)計中是密不可分的，兩者在工藝流程上一直是在一起的，同時又是兩器最重要的環(huán)節(jié)之一。（圖3：沉降器該系統(tǒng)的豎面圖及橫截面；圖4：再生器該系統(tǒng)的豎面圖及橫截面）在設(shè)計過程中合理布置內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和安

圖3：沉降器該系統(tǒng)的豎面圖及橫截面

照片資料一

照片資料二

裝尺寸是一個非常復(fù)雜的過程，而且內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的準(zhǔn)確安裝是整個兩器安裝過程中最難，最復(fù)雜的工作之一，下面我將分別從設(shè)計，安裝的角度通過比較采用“以往升氣管結(jié)構(gòu)”和 “升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”的方法，來介紹“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”比之我們現(xiàn)在通常采用的升氣管結(jié)構(gòu)，對提高兩器旋風(fēng)系統(tǒng)的安裝精度和安裝效率的幫助。

1沉降器的設(shè)計考慮及相應(yīng)安裝工藝控制要求

仔細(xì)研究分析，在布置沉降器內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和安裝尺寸設(shè)計過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)上主要有如下考慮和要求：

（1）通常內(nèi)集氣室的最小結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)工藝操作要求確定的，但它并不是最終數(shù)據(jù)，設(shè)計時往往先根據(jù)最小結(jié)構(gòu)尺寸先設(shè)定一個內(nèi)集氣室的直徑和高度。

（2）根據(jù)工藝要求的最小旋風(fēng)入口標(biāo)高來初步確定旋風(fēng)入口標(biāo)高與封頭焊縫線的相對位置。

（3）根據(jù)VQS直連管懸臂的最小回旋半徑（或粗旋的最小半徑）確定最小單級旋風(fēng)圓和旋風(fēng)平面角度。

（4）根據(jù)單級旋風(fēng)的最靠近器壁未來在工作狀態(tài)下的熱位移量和襯里施工的最小距離確定最大旋風(fēng)圓

（5）根據(jù)旋風(fēng)到內(nèi)集氣室的最小安裝距來確定旋風(fēng)的最大安裝標(biāo)高。

（6）根據(jù)旋風(fēng)的水平安裝角度和旋風(fēng)圓來設(shè)置旋風(fēng)頂部吊點的位置。

（7）根據(jù)旋風(fēng)吊點的位置再來調(diào)整內(nèi)集氣室直徑。

（8）最終根據(jù)設(shè)備的造價，施工的工程量和上述數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，最終確定內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和安裝尺寸。

因此在安裝內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的時候，如果安裝尺寸出現(xiàn)偏差很難獨立的調(diào)整回來。因而總結(jié)出現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)安裝方法只能是用如下步驟和措施來保證：

（1）首先是保證內(nèi)集氣室與封頭的相對安裝位置。

（2）保證內(nèi)集氣室斜錐上升氣管開口與旋風(fēng)方位的一致。

（3）保證VQS系統(tǒng)（或粗旋）的垂直度和與沉降器的同軸度。

（4）保證VQS直連管懸臂（或粗旋出口）的標(biāo)高和角度。

照片資料三

圖4：再生器該系統(tǒng)的豎面圖及橫截面

由于上述結(jié)構(gòu)的控制點都在不同標(biāo)高和方位上，且有著不同的安裝偏差，要將旋風(fēng)吊入，并與上述結(jié)構(gòu)預(yù)組對，此時就出現(xiàn)一個問題，即由于設(shè)計院的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計思路是將旋風(fēng)上升氣管的折彎結(jié)構(gòu)與旋風(fēng)本體設(shè)計成一體構(gòu)，而且為了在旋風(fēng)組對時留有一定調(diào)整余量，升氣管與相應(yīng)的內(nèi)集氣室開口是采用的承插結(jié)構(gòu)，一般是插入50mm左右，而正是這一體的升氣管折彎結(jié)構(gòu)和這50mm的插深，使得旋風(fēng)無法達(dá)到它實際的安裝位置進(jìn)行預(yù)組對，而為了解決這一問題我們現(xiàn)場的通常施工工藝做法是將內(nèi)集氣室錐段開口進(jìn)行擴孔，而此時的旋風(fēng)為了完成與VQS直連管懸臂（或粗旋出口）在標(biāo)高和角度上的組對勢必要在標(biāo)高和方位上進(jìn)行一些調(diào)整，這時內(nèi)集氣室錐段上的開口必須再次進(jìn)行擴孔以配合旋風(fēng)組對，這樣幾次調(diào)整下來內(nèi)集氣室錐段上的開口與插入連接的旋風(fēng)升氣管外壁的間隙一般都擴大到20mm左右（見照片資料一），且不規(guī)則，現(xiàn)行的安裝方法是墊板堆焊（見照片資料二），此方法的采用不僅由于焊接量過大很容易對升氣管內(nèi)的襯里造成損壞（見照片資料三），而且也對設(shè)備的長周期平穩(wěn)安全運行埋下了一個不安全隱患，可見由于將旋風(fēng)上升氣管的折彎結(jié)構(gòu)與旋風(fēng)本體設(shè)計成一體，這對安裝的質(zhì)量和效率都是有一定影響的，而且根據(jù)多年來對催化裝置的施工和檢修發(fā)現(xiàn)，由此帶來的對設(shè)備長周期可靠運行的影響也是一個潛在的隱患。

而采用“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”就可以使內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的安裝過程即避免了采用內(nèi)集氣室擴孔的低效不安全安裝，又可以提高整個內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的安裝精度和效率。

“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”是這樣的，在從旋風(fēng)頂板伸出的升氣管的直管段的適當(dāng)位置將升氣管與旋風(fēng)分離器分開，這樣在組對時只要將旋風(fēng)與VQS直連管懸臂（或粗旋出口）在標(biāo)高和角度上完成組對，且組對時旋風(fēng)垂軸與理論位置的圓半徑偏差不超過20mm，旋風(fēng)標(biāo)高偏差不超過正負(fù)10mm，就可以達(dá)到安裝使用要求，

因為在這個偏差范圍內(nèi)，只要升氣管外壁與相應(yīng)的內(nèi)集氣室開口留有3～4mm的間隙，升氣管通過以開口為軸的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)很容易找到在旋風(fēng)頂部與之對應(yīng)的連接口，并通過外套管實現(xiàn)密封連接，從而最終完成組焊，通過現(xiàn)場實踐，采用此結(jié)構(gòu)后，完成一組旋風(fēng)的組對調(diào)整通常只需要3～4小時，而以前的結(jié)構(gòu)單就組對調(diào)整來說通常需要一天，可見此結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

2再生器的設(shè)計考慮及相應(yīng)安裝工藝控制要求

仔細(xì)研究分析，在布置再生器內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和安裝尺寸的設(shè)計過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)上最主要的要求是：

吊掛二級旋風(fēng)分離器的吊桿上端支承處與內(nèi)集氣室與殼體的相貫線等標(biāo)高，這樣就保證了整個內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離器系統(tǒng)沿垂直方向的諧調(diào)膨脹。而系統(tǒng)與冷壁殼體間的膨脹差則可通過吊桿沿徑向向外的偏轉(zhuǎn)來吸收，為達(dá)到這個目的，對安裝后吊桿的垂直度要求很高，且尤其不能發(fā)生沿徑向向外的偏差。

在我們的研究設(shè)計院現(xiàn)行設(shè)計中，他們雖然將二級升氣管的折彎結(jié)構(gòu)與旋風(fēng)本體設(shè)計成了分體承插結(jié)構(gòu)，但他們主要考慮的是解決設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸超大問題，而忽略了這種承插結(jié)構(gòu)對現(xiàn)場安裝可能產(chǎn)生的影響，根據(jù)現(xiàn)場檢查和圖紙分析，這種承插結(jié)構(gòu)將會導(dǎo)致下列兩種情況出現(xiàn)。

（1）安裝人員對吊掛安裝要求認(rèn)識不足時，他們往往是在預(yù)組對時都能保證一，二級的標(biāo)高和方位，而且已經(jīng)將內(nèi)集氣室開孔修好，升氣管調(diào)整到安裝位置，這時候發(fā)現(xiàn)由于是承插結(jié)構(gòu)，升氣管與二級旋風(fēng)出口差20mm左右的一段標(biāo)高差，無法安裝，此時由于內(nèi)集氣室開孔間隙限制，無法完全滿足此處的臨時安裝調(diào)整要求（即：將升氣管向上抬起，并周向移動一定角度），必須將旋風(fēng)沿徑向再推開一定角度，才能夠?qū)崿F(xiàn)安裝，這往往導(dǎo)致安裝后吊桿不能回位（見照片資料四），如前所述這種偏差是不能接受的而且嚴(yán)重影響裝置的安全運行。

（2）另一種情況就是保證吊掛位置不動，對內(nèi)集氣室開孔擴孔，這勢必又要產(chǎn)生前面提到過的墊板堆焊的弊病，而且由于再生器的內(nèi)集氣室和升氣管的材質(zhì)都是不銹鋼，采用墊板堆焊的施工量和施工難度將更大，而潛在的不安全性也就越高。

可見這里采用承插結(jié)構(gòu)是不適宜的，而如果采用“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”由于安裝時沒有了錯標(biāo)高的20mm，將使得安裝變的更加方便，快捷。

照片資料四

結(jié)語

根據(jù)多套催化裂化裝置兩器（反應(yīng)器和再生器）的施工工藝對比，不同結(jié)構(gòu)的形式，確實要有相應(yīng)針對性的施工特殊工藝，但從施工工藝角度考慮，這種“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”最早是在調(diào)整現(xiàn)場內(nèi)集氣室和旋風(fēng)分離系統(tǒng)組對時發(fā)生過大偏差時使用過，后經(jīng)現(xiàn)場的實踐與完善，發(fā)現(xiàn)如采用此種結(jié)構(gòu)不僅可以解決現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的安裝問題，而且可以大大提高安裝精度和效率。但由于目前煉油裝置還在采用一些現(xiàn)有的斜口一體旋風(fēng)升氣管結(jié)構(gòu)，好在此次靖邊工業(yè)園150萬噸催化裂化制乙烯裝置（DCC）（相當(dāng)于480萬噸催化裂化兩器規(guī)模，目前國內(nèi)最大催化裝置），兩器旋風(fēng)系統(tǒng)的圖紙設(shè)計思路采用了“升氣管平口連接結(jié)構(gòu)”，因此我們的施工效率大大提高，希望在今后的兩器旋風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計方能夠多考慮施工的工藝，否則設(shè)計再標(biāo)準(zhǔn)，施工工藝達(dá)不到，可能就會對生產(chǎn)工藝造成影響。

以上分析，僅供參考！

[1] 70B124-2002，催化裂化裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)設(shè)備工程技術(shù)條件[S]．

[2] SH/T3504-2009，催化裂化裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)設(shè)備施工及驗收規(guī)范[S]．

[3] NB/T47015-2011,壓力容器焊接規(guī)程[S]．

[4] GB150．4-2011,壓力容器[S]．

[5]催化裂化裝置反應(yīng)器和再生器設(shè)計[J]．當(dāng)代化工，2012：（41）．

[6]最新石油煉制技術(shù)創(chuàng)新與工藝設(shè)計實用手冊》（上卷）[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2007：334-335．

[7]重油催化裂化裝置再生器的設(shè)計[J]．石油化工設(shè)備技術(shù)，2011：32（2）．

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