毛慶興，王 俊

1.中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266061

2.神華工程技術(shù)有限公司，北京 100011

1 工程概況

國外某煉油廠新建的200 萬t/a 重油催化裂化裝置（以下簡稱RFCC 裝置）采用美國UOP 公司技術(shù)，作為核心設(shè)備之一的外取熱器由UOP 專利商整體供貨。該裝置在試運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)外取熱器的流化風(fēng)量只能達(dá)到500 kg/h，與UOP 的工藝設(shè)計(jì)要求2 000 kg/h 相差甚遠(yuǎn)。流化風(fēng)量過小導(dǎo)致再生器催化劑的熱量無法取出，裝置的負(fù)荷最大只能達(dá)到75%。裝置已試運(yùn)行2 個(gè)月，急需找出外取熱器流化異常的原因并進(jìn)行修復(fù)，使裝置早日達(dá)產(chǎn)，以便通過驗(yàn)收并移交業(yè)主。

2 流化原因分析

2.1 可能的原因分析[1-2]

為分析RFCC 裝置外取熱器流化異常的原因，對(duì)現(xiàn)場與外取熱器相連的流化風(fēng)主管及松動(dòng)風(fēng)等一一排查，通過器壁法蘭旁管道排空閥門的開、關(guān)檢查，無一發(fā)現(xiàn)有堵塞現(xiàn)象，說明故障是在外取熱器內(nèi)部，而不是在外部管道上。初步原因分析為外取熱器內(nèi)部的流化風(fēng)管不通暢，致使通過噴槍的流化風(fēng)量較低，無法對(duì)催化劑形成正常的流化。造成外取熱器內(nèi)部不暢的原因可能有兩個(gè)：其一，在施工過程中，與流化風(fēng)相連的管系內(nèi)部有雜物，在裝置長時(shí)間運(yùn)行后，雜物進(jìn)入到外取熱器流化風(fēng)管內(nèi)，造成了流化風(fēng)小孔的堵塞；其二，整體到貨的外取熱器有些位置未按工藝要求的規(guī)格開孔或未開孔。

2.2 風(fēng)流量試驗(yàn)

為尋找外取熱器流化異常的準(zhǔn)確原因，對(duì)現(xiàn)有的1 臺(tái)外取熱器備用管束進(jìn)行風(fēng)流量試驗(yàn)。在備用外取熱器管束端部的流化風(fēng)主管上連接一條臨時(shí)管道，規(guī)格為DN80，同時(shí)安裝了1 臺(tái)閘閥和1 個(gè)差壓變送器。閘閥是控制氣源的開關(guān)，差壓變送器用于測量前后位置的差壓并轉(zhuǎn)換成流量。為保證差壓變送器測量的準(zhǔn)確性，它前后的直管段要滿足前10 D 后5 D 的要求（D 為管道的公稱直徑），風(fēng)流量試驗(yàn)示意見圖1。在進(jìn)行風(fēng)流量試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)代表、UOP 公司代表、開工公司工程師一同在現(xiàn)場見證，測量的風(fēng)流量為532 kg/h，與RFCC 裝置75%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的流化風(fēng)流量基本一致。通過對(duì)備用管束的風(fēng)流量試驗(yàn)，確認(rèn)備用管束的流化風(fēng)量確實(shí)無法達(dá)到設(shè)計(jì)值。通過此次試驗(yàn)，可以肯定流化異常是由外取熱器制造的質(zhì)量問題造成的。

圖1 外取熱器備用管束風(fēng)流量試驗(yàn)示意

2.3 確定外取熱器流化異常的準(zhǔn)確原因

通過外取熱器的完工資料，可查得分支管與分匯管之間連接處的孔徑為43 mm，噴槍管與分支管之間連接處的孔徑為5 mm，風(fēng)流量不夠的原因可能是外取熱器的這兩個(gè)部位開孔過小或者未開孔造成的。對(duì)現(xiàn)場備用管束流化風(fēng)管上的焊縫進(jìn)行切割檢查，發(fā)現(xiàn)噴槍管與分支管之間連接處的孔徑與圖紙一致，但是分支管與分匯管連接處的孔徑僅為5 mm，比圖紙上的43 mm 小很多。由此確定外取熱器流化異常的原因是流化風(fēng)分支管與分匯管連接處的開孔孔徑過小。

3 UOP公司推薦的修復(fù)工藝及難點(diǎn)

UOP公司提出的修復(fù)方案[3-4]是將外取熱器的管束與殼體分離，抽出管束，然后將流化風(fēng)分匯管切割下來，將孔徑5 mm 的孔擴(kuò)至孔徑43 mm，修復(fù)合格后，再將外取熱器的管束回裝至殼體上。UOP 公司是采用滑輪組及卷揚(yáng)機(jī)系對(duì)外取熱器管束進(jìn)行拆卸和安裝的，由于外取熱器被框架所包裹，大型起重機(jī)械無法吊裝，因此需要安裝多臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)及滑輪組才能配合完成。構(gòu)筑物設(shè)計(jì)緊湊，外取熱器封頭及吊耳正下方的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、管道均需全部拆除，吊耳還需要切割、縮短。吊裝過程中多臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)協(xié)作吊裝，危險(xiǎn)性較大，操作難度大。外取熱器封頭DN1 400 大法蘭的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，螺栓緊固需要用液壓扳手進(jìn)行多次、均勻的緊固，而且外取熱器是襯里設(shè)備，密封面無法進(jìn)行水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)，密封效果很難保證。廣西石化350 萬t/a 重油催化裂化裝置外取熱器管束的更換就曾采用UOP 公司的這種方案進(jìn)行檢修，實(shí)際用了30 d，因此要拆除本項(xiàng)目RFCC 裝置外取熱器管束并修復(fù)流化風(fēng)管至少需要1 個(gè)月的時(shí)間，遠(yuǎn)超業(yè)主給出的5 d 施工工期。UOP 公司推薦修復(fù)工藝所需的人力及工器具投資大，法蘭密封效果無法保證，施工周期長，難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)也很大。

4 外取熱器修復(fù)的創(chuàng)新工藝

4.1 創(chuàng)新修復(fù)工藝的確定[5]

外取熱器頂部作業(yè)空間直徑為1.88 m、高度為2.2 m，作業(yè)面內(nèi)能同時(shí)容納3 人作業(yè)；焊接位置距離管束頂部220 mm，焊接過程中需要焊工趴著焊接，雖然焊接難度大，但基本具備修復(fù)作業(yè)的條件。為了縮短工期，外取熱器的修復(fù)采用施工人員進(jìn)入外取熱器內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)的方式，不抽取外取熱器的管束。打開再生器錐段下方的人孔，通過事先搭設(shè)的腳手架進(jìn)入外取熱器管束的頂部，切開與流化風(fēng)分匯管相連的7 道TP304 材質(zhì)的焊縫，取出流化風(fēng)分匯管后在鉆床上進(jìn)行擴(kuò)孔，并且將切割處打磨成V 型坡口。擴(kuò)孔的孔徑測量合格后回裝至外取熱器頂端流化風(fēng)管上，采用氬電聯(lián)焊的形式進(jìn)行焊接。考慮到這7 道焊縫均處于對(duì)焊支管座位置，同時(shí)現(xiàn)場制約因素較多，無法進(jìn)行RT 檢測，每道焊縫采用PT 檢測分別對(duì)其根部和表面進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。流化風(fēng)管修復(fù)后的開孔示意見圖2。

圖2 流化風(fēng)管修復(fù)后的開孔示意

4.2 修復(fù)前的準(zhǔn)備工作

RFCC 裝置停工后，與再生器相連的器壁閥門均關(guān)閉。辦理有限空間作業(yè)票，將再生器人孔打開，設(shè)備內(nèi)采樣分析。根據(jù)再生器及外取熱器各部位的結(jié)構(gòu)尺寸，提前準(zhǔn)備合適尺寸的架桿。進(jìn)入外取熱器頂部斜管位置搭設(shè)操作平臺(tái)，外循環(huán)管斜口和再生斜管入口位置用架桿搭設(shè)硬防護(hù)，防止內(nèi)部施工人員墜落到斜管內(nèi)。再生器升氣管錐段周圍行走通道上全部鋪上防塵氈，減少施工人員在走動(dòng)時(shí)引起內(nèi)部催化劑揚(yáng)塵，所有進(jìn)入設(shè)備人員配帶好防塵口罩。

4.3 流化風(fēng)分匯管的拆除及分支管開孔孔徑檢查

（1）切割前在外取熱器管束頂端鋪設(shè)好耐火纖維毯，防止雜物掉進(jìn)外取熱器內(nèi)。同時(shí)將6 排流化風(fēng)分支管用管卡固定在角鋼上，讓這些分支管保持在一個(gè)相對(duì)固定的狀態(tài)，便于分匯管安裝時(shí)的焊口組對(duì)。

（2）用不銹鋼專用切割片對(duì)流化風(fēng)分匯管相連的7 道焊縫進(jìn)行切割，具體切割位置見圖3（紅色圈內(nèi)的焊縫位置）。切割時(shí)，切割片垂直正對(duì)焊縫中心進(jìn)行切割，最大限度地減少母材的損耗。

（3）切割后，從外取熱器內(nèi)取出流化風(fēng)分匯管，送至擴(kuò)孔操作平臺(tái)準(zhǔn)備擴(kuò)孔。

（4）將流化風(fēng)分支管內(nèi)的催化劑用氧氣吹凈，用內(nèi)窺鏡檢查噴槍管與流化風(fēng)分支管連接處的開孔（見圖4），每臺(tái)外取熱器有6 組分支管，共56 個(gè)開孔，逐一確認(rèn)其開孔孔徑規(guī)格。

圖3 流化風(fēng)管焊縫切割位置

圖4 內(nèi)窺鏡檢查示意

4.4 流化風(fēng)分匯管的擴(kuò)孔與驗(yàn)收

（1）流化風(fēng)分匯管的材質(zhì)為TP304，其切削性能較差，因此提前準(zhǔn)備了一根DN80 的TP304 材質(zhì)的不銹鋼管在鉆床上試鉆，確認(rèn)現(xiàn)有的鉆頭能順利鉆出孔徑43 mm 的孔，并且準(zhǔn)備3 個(gè)同規(guī)格的鉆頭作為備用，以便擴(kuò)孔過程中鉆頭損壞時(shí)能得到及時(shí)的更換。

（2）取出的流化風(fēng)分匯管固定在鉆床上，用鉆頭對(duì)每一根支管臺(tái)內(nèi)的開孔擴(kuò)孔至孔徑43 mm。

（3）擴(kuò)孔后，對(duì)擴(kuò)孔位置附近的鐵屑進(jìn)行清理，對(duì)毛刺進(jìn)行打磨，把支管座切口處打磨成V型坡口。

（4）由于支管座高度太高，無法用游標(biāo)卡尺進(jìn)行精確測量，現(xiàn)場用卷尺從流化風(fēng)分匯管內(nèi)部進(jìn)行測量，測量結(jié)果直徑均在43 mm±3 mm 范圍之內(nèi)，滿足圖紙要求。

4.5 流化風(fēng)分匯管的回裝與焊接

（1）由于噴槍管的底部是敞口的，因此流化風(fēng)分匯管焊口無法采用內(nèi)部充氬、背面保護(hù)的方法進(jìn)行焊接。若采用自保護(hù)焊絲打底，則背部不需充氬保護(hù)，但背部卻容易形成焊渣。為探究采用TGF308 自保護(hù)焊絲打底，其背部生成焊渣的情況，特用DN80 的TP304 不銹鋼管做了一個(gè)試件，采用自保護(hù)焊絲進(jìn)行打底焊接，結(jié)果發(fā)現(xiàn)背部只生成很薄的油性藥皮，其量很少且很薄，不會(huì)堵塞流化風(fēng)孔徑5 mm 的小孔。最終確定采用自保護(hù)焊絲打底、焊條填充蓋面的方法進(jìn)行施焊，焊材選用TGF308+E308-16。

（2）將流化風(fēng)分匯管與原切割的7 道焊口進(jìn)行組對(duì)、點(diǎn)焊，然后進(jìn)行根部的打底焊接。

（3）每道焊縫根部打底完畢并冷卻后，對(duì)其進(jìn)行PT 檢測，檢查其根部焊接表面的質(zhì)量。

（4）根部打底PT 檢測合格后，然后進(jìn)行填充和蓋面焊接。

（5）整個(gè)焊口焊接完畢并冷卻后，對(duì)表面再進(jìn)行PT 檢測，檢查其表面質(zhì)量。外取熱器內(nèi)部修復(fù)完畢后的實(shí)物見圖5。

圖5 外取熱器內(nèi)部修復(fù)完畢后的實(shí)物

4.6 設(shè)備內(nèi)部清理與檢查

焊接完畢后，將外取熱器管束頂部鋪設(shè)的耐火纖維氈及臨時(shí)固定支撐拆除，再生器內(nèi)部搭設(shè)的腳手架、鋪設(shè)的防塵氈全部拆除，工、器具清理干凈。所有清理工作結(jié)束后，由開工公司工程師、業(yè)主工程師、施工單位工程師聯(lián)合驗(yàn)收，合格后進(jìn)行人孔的封閉。

5 工藝實(shí)施效果

外取熱器的修復(fù)用工8 人，共用3 d 完成了修復(fù)任務(wù)，直接節(jié)省工期27 d。外取熱器修復(fù)后，RFCC 裝置順利通過115%的性能測試。采取進(jìn)入外取熱器內(nèi)部進(jìn)行修復(fù)的工藝，施工工期短，操作方便，節(jié)省了購買抽取管束使用的工、機(jī)具費(fèi)用，人員投入少，大幅降低了施工成本。

6 結(jié)束語

通過對(duì)備用管束的風(fēng)流量試驗(yàn)準(zhǔn)確判斷出外取熱器流化異常的原因，并利用優(yōu)化后的施工工藝高效地完成了外取熱器的修復(fù)，施工過程及結(jié)果得到了業(yè)主的高度認(rèn)可。外取熱器的修復(fù)為以后采購UOP 公司外取熱器的質(zhì)量檢驗(yàn)提供了借鑒和依據(jù)，同時(shí)也為此類進(jìn)口外取熱器的故障排查及處理提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)本文內(nèi)容概括如下：國外某煉油廠新建的200 萬t/a 重油催化裂化裝置采用美國UOP 公司的技術(shù)，在試運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)外取熱器流化異常，致使整個(gè)裝置的負(fù)荷只能達(dá)到75%。通過詳細(xì)分析原因，確定流化異常的原因是流化風(fēng)分支管與分匯管連接處的開孔孔徑過小。UOP 公司提出的原修復(fù)方案是將外取熱器的管束與殼體分離后抽出管束，然后將流化風(fēng)分匯管切割下來，經(jīng)擴(kuò)孔后再將管束回裝至殼體上的方案。為縮短工期，經(jīng)研究采取施工人員進(jìn)入外取熱器內(nèi)部進(jìn)行修復(fù)，而不抽取外取熱器管束的創(chuàng)新修復(fù)方案。實(shí)踐證明，修復(fù)后的外取熱器流化正常，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且大幅度縮短了工期，節(jié)省了成本。