張成林

(中國(guó)石化九江分公司,江西九江 332004)

2011年，某石化公司對(duì)1#催化裂化裝置(以下簡(jiǎn)稱“1#催化裝置”)進(jìn)行了MIP-DCR工藝技術(shù)改造，異地新建了反應(yīng)器和再生器，改造后的反應(yīng)器和再生器為同高并列式，反應(yīng)器為內(nèi)提升管結(jié)構(gòu)，再生器為燒焦罐加二密床兩段再生結(jié)構(gòu)，同時(shí)將再生斜管改成再生斜立管，為了提高再生斜立管的脫氣效果，在再生斜立管內(nèi)增設(shè)了脫氣管。2011年裝置開(kāi)工，在反應(yīng)器和再生器轉(zhuǎn)催化劑后，發(fā)現(xiàn)再生斜立管底部外壁有超溫區(qū)域，繼續(xù)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)再生斜立管上部外壁也出現(xiàn)超溫區(qū)域，且超溫面積逐漸擴(kuò)大，超溫處最高點(diǎn)溫度達(dá)550 ℃，局部區(qū)域出現(xiàn)了鼓包變形。為了確保裝置安全運(yùn)行，對(duì)再生斜立管進(jìn)行了外部包盒子處理。2013年裝置檢修時(shí)，對(duì)再生斜立管進(jìn)行了整體更換，但裝置開(kāi)工后仍出現(xiàn)再生斜立管外壁超溫問(wèn)題。為了徹底解決再生斜立管外壁超溫隱患，某石化公司組織人員從再生斜立管的結(jié)構(gòu)、襯里施工以及工藝操作等方面進(jìn)行了全面分析，找到了超溫的原因，同時(shí)提出了解決方案。按新方案整體更換后的再生斜立管，外壁未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

1 再生斜立管運(yùn)行情況

1.1 再生斜立管結(jié)構(gòu)及作用

再生斜立管是催化裂化裝置兩器催化劑循環(huán)流化輸送的關(guān)鍵設(shè)備之一，由筒體、導(dǎo)氣管、支架、松動(dòng)管、膨脹節(jié)、彈簧支架及滑閥組成，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 再生斜立管結(jié)構(gòu)

再生斜立管是反再系統(tǒng)輸送催化劑的主動(dòng)脈，再生器二密相催化劑經(jīng)淹流管進(jìn)入再生斜立管，通過(guò)再生滑閥控制流量與冷催化劑預(yù)混合，再經(jīng)預(yù)提升段加速進(jìn)入提升管反應(yīng)器完成催化劑輸送過(guò)程，如圖2所示。

圖2 再生斜立管工藝原理

1.2 再生斜立管外壁超溫情況

2011年1#催化裝置改造，開(kāi)工投料后，再生器和反應(yīng)器熱點(diǎn)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)再生斜立管直管段外壁有2處面積約0.5 m2熱點(diǎn)超溫區(qū)域，超溫區(qū)域壁溫為350～400 ℃(正常壁溫為150～170 ℃)，之后超溫區(qū)域面積逐漸擴(kuò)大，后期超溫區(qū)域擴(kuò)展到整個(gè)斜立管的60%，局部發(fā)生鼓包現(xiàn)象，超溫區(qū)域主要集中在再生斜立管靠導(dǎo)氣管直管段外壁區(qū)域，如圖3所示。同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)再生斜立管有不規(guī)則晃動(dòng)及內(nèi)部異常聲響，靠近斜立管平臺(tái)有明顯振動(dòng)。

圖3 再生斜立管外壁超溫區(qū)域示意

1.3 再生斜立管檢修鑒定情況

2013年，裝置檢修對(duì)再生斜立管了進(jìn)行整體更換，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)老再生斜立管解體進(jìn)行鑒定，主要檢查情況：①再生斜立管襯里情況，靠近導(dǎo)氣管一側(cè)襯里破損嚴(yán)重，局部襯里掏空，有一條貫穿整個(gè)斜立管的縱向裂紋，裂紋寬度為2～8 mm，裂紋深度為10～150 mm，從襯里取樣，襯里表面有粉化現(xiàn)象，剖面內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，其它部位襯里情況整體結(jié)構(gòu)比較完整；②保溫錨固釘個(gè)別有沖刷現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)錨固釘脫焊斷裂情況；③導(dǎo)氣管支架梁變形嚴(yán)重，脫氣管支架B-2和B-3嚴(yán)重變形、B-4和A-2支架梁脫焊損壞，B-1和A-1支架比較完好。導(dǎo)氣管本體狀況正常。如圖4、圖5所示。

圖4 導(dǎo)氣管固定支架處的襯里松動(dòng)

圖5 襯里掏空

2 再生斜立管管壁超溫原因分析

2.1 再生斜立管內(nèi)脫氣管支架結(jié)構(gòu)

再生斜立管內(nèi)的導(dǎo)氣管支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但作用尤其重要。管道支架一般是用于支撐、懸掛防止管道設(shè)備滑落的一種特種構(gòu)件，不僅要求能有足夠的懸掛載重強(qiáng)度，還應(yīng)有良好的減振導(dǎo)向作用，同時(shí)能釋放管道的熱膨脹位移。再生斜立管內(nèi)的導(dǎo)氣管支架原設(shè)計(jì)為井字形導(dǎo)向板支架。從檢修現(xiàn)場(chǎng)鑒定情況分析認(rèn)為，因支架設(shè)置數(shù)量和支架設(shè)置結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)氣管振動(dòng)能量和熱膨脹位移無(wú)法釋放，長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力作用于支架上，導(dǎo)致再生斜立管襯里被拉裂、支架被損壞,導(dǎo)致再生斜立管管壁超溫。經(jīng)設(shè)計(jì)單位應(yīng)力核算，主要原因是支架設(shè)置數(shù)量和結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面存在不合理性。

2.2 再生斜立管襯里施工情況

催化裂化反再系統(tǒng)的再生器和反應(yīng)器襯里質(zhì)量的好壞直接影響到裝置的平穩(wěn)操作和設(shè)備的使用壽命，造成襯里損壞的主要原因有：保溫釘焊接質(zhì)量、襯里強(qiáng)度、襯里材料、施工質(zhì)量等[1]。從再生器和反應(yīng)器檢修鑒定情況發(fā)現(xiàn)，再生斜立管筒體開(kāi)口及接口等特殊部位襯里破損嚴(yán)重，存在保溫釘脫落現(xiàn)象。與此同時(shí)，查閱再生斜立管開(kāi)工升溫曲線發(fā)現(xiàn)，常溫到110 ℃升溫速度明顯高于10 ℃/h，恒溫脫出游離水時(shí)間沒(méi)達(dá)到升溫曲線15 h要求。分析原因認(rèn)為：保溫釘施工質(zhì)量問(wèn)題，升溫曲線達(dá)不到要求，導(dǎo)致襯里強(qiáng)度不能滿足改造后苛刻的運(yùn)行工況，是造成再生斜立管襯里破損的主要原因[2]。

2.3 再生斜立管催化劑輸送流化狀況

再生斜管改造成再生斜立管后，由于再生催化劑在輸送管內(nèi)的流化過(guò)程有較大區(qū)別，為保證良好流化效果，再生斜立管內(nèi)增加了導(dǎo)氣管，見(jiàn)圖6。同時(shí)，受系統(tǒng)工藝操作波動(dòng)、松動(dòng)點(diǎn)投用數(shù)量、脫氣蒸汽流量等影響，流化輸送氣固并存形成湍流，導(dǎo)致立管不同截面介質(zhì)的密度及壓降波動(dòng)幅度較大，引起導(dǎo)氣管負(fù)荷不穩(wěn)定，最后造成導(dǎo)氣管抖動(dòng)并引起斜立管抖動(dòng)，導(dǎo)氣管持續(xù)抖動(dòng)，應(yīng)力作用于支撐架，降低再生斜立管襯里強(qiáng)度，導(dǎo)致襯里開(kāi)裂并脫落。

圖6 再生立管和斜管結(jié)構(gòu)形式

3 再生斜立管管壁超溫對(duì)策

3.1 再生斜立管導(dǎo)氣管支架結(jié)構(gòu)的調(diào)整

針對(duì)再生斜立管振動(dòng)及導(dǎo)氣管支架損壞問(wèn)題，為減小脫氣管振動(dòng)，在脫氣管支架的兩塊管架板上增加南、北向兩塊筋板，材質(zhì)、厚度、高度與原管架板保持一致。同時(shí)，在確保導(dǎo)氣管支架滿足載荷強(qiáng)度的前提下，又能很好地釋放導(dǎo)氣管產(chǎn)生的縱向熱膨脹位移，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鑒定情況，對(duì)支架結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)氣管B-1、A-1支架結(jié)構(gòu)保持活動(dòng)導(dǎo)向支架，B-2、B-3、B-4、A-2結(jié)構(gòu)改為導(dǎo)向環(huán)支架型式，如圖7所示。這樣既保證了導(dǎo)氣管的懸掛載重強(qiáng)度，又解決導(dǎo)氣管的熱膨脹及穩(wěn)定性。

圖7 再生斜立管內(nèi)的脫氣管支架結(jié)構(gòu)示意

3.2 再生斜立管襯里施工方案的改進(jìn)

針對(duì)再生斜立管襯里強(qiáng)度存在不能適應(yīng)改造后的苛刻運(yùn)行工況，改進(jìn)襯里施工方案，提高襯里結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，是確保襯里運(yùn)行使用壽命的關(guān)鍵。

3.2.1調(diào)整襯里施工方式

襯里強(qiáng)度與襯里施工方式有著直接的關(guān)系，襯里的施工方式主要有：機(jī)械噴涂、人工涂抹搗制及支模機(jī)械振搗。不同施工方式的襯里強(qiáng)度有較大區(qū)別，如表1所示。

表1 襯里強(qiáng)度

襯里強(qiáng)度與襯里施工方式有著直接關(guān)系。老斜立管襯里施工方式是采取水平臥置隔熱耐磨單層人工搗制的方式整體施工。新再生斜立管施工方案改為直立隔熱耐磨雙層支模機(jī)械振動(dòng)搗制方式施工。具體是將再生斜立管筒體分4節(jié)制造，每節(jié)約7 000 mm，逐段進(jìn)行襯里施工垂直組裝，為確保施工連續(xù)性，每環(huán)支模高度為1 200 mm，襯里料采用機(jī)械強(qiáng)制攪拌，使用機(jī)械振搗棒支模澆注振搗施工，要求每節(jié)立管襯里60 min內(nèi)施工完成。

3.2.2調(diào)整保溫錨固釘矩陣分布

因?yàn)樵偕绷⒐芄r及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊，對(duì)襯里錨固釘?shù)膹?qiáng)度提出了更高的要求。保溫錨固釘矩陣分布對(duì)襯里強(qiáng)度和耐剝落有較大影響，老再生斜管設(shè)計(jì)錨固釘矩陣分布間距為120 mm×120 mm，考慮安裝部位及工況特殊性，新再生斜立管施工方案對(duì)保溫釘分布進(jìn)行了加密，間距改為100 mm×100 mm，尤其對(duì)導(dǎo)氣管支架的管架梁、筒體開(kāi)口及接口等部位再度加密為80 mm×80 mm間距。采用的錨固釘型式為側(cè)拉圓環(huán)錨固釘，型號(hào)為ZS304。矩陣分布按介質(zhì)流向排布標(biāo)線，為確保襯里有足夠的強(qiáng)度打下了基礎(chǔ)。

3.2.3調(diào)整襯里烘干的升溫及降溫曲線

襯里的烘干過(guò)程對(duì)襯里的整體強(qiáng)度有較大影響，因此襯里烘干升溫及降溫曲線的方案選擇尤為重要[3]，從現(xiàn)場(chǎng)鑒定情況來(lái)看，襯里孔隙及裂紋較多。參考技術(shù)規(guī)范和結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鑒定實(shí)際情況對(duì)升溫及降溫曲線進(jìn)行了調(diào)整，采用框式電加熱器電加熱方式進(jìn)行烘干，按工藝曲線由微電腦自動(dòng)控制進(jìn)行升降溫操作，并間歇性通過(guò)風(fēng)扇排出立管內(nèi)的高溫水汽。在烘干過(guò)程中，再生斜立管管壁上的所有開(kāi)孔處于開(kāi)放狀態(tài)，以便于水汽的排出。完成襯里施工后，安裝斜管內(nèi)導(dǎo)氣管，降低了襯里施工難度。對(duì)比改造前后升溫及降溫曲線如表2和圖8所示。

表2 改造前后升溫及降溫對(duì)照

圖8 改進(jìn)前后襯里升降溫曲線對(duì)比

3.3 再生斜立管工藝操作

結(jié)合實(shí)際操作及上述原因分析，維持兩器催化劑藏量及床層流化的穩(wěn)定，反再壓力及溫度平衡是確保再生斜立管運(yùn)行流化平穩(wěn)的基礎(chǔ)。再生斜立管松動(dòng)點(diǎn)數(shù)量及設(shè)置結(jié)構(gòu)是影響斜立管工況不可輕視的條件。主要操作調(diào)整措施為：①再生器和反應(yīng)器壓力及溫度控制調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢，控制催化劑藏量及床層密度相對(duì)保持穩(wěn)定；②對(duì)再生斜立管松動(dòng)點(diǎn)的流量調(diào)節(jié)，區(qū)別敏感松動(dòng)點(diǎn)與一般松動(dòng)點(diǎn)的合理分配供風(fēng)(汽)，敏感松動(dòng)點(diǎn)是指再生斜立管彎頭、滑閥入口及變徑松動(dòng)點(diǎn)，其它為一般松動(dòng)點(diǎn)；③加強(qiáng)催化劑在再生斜立管中流動(dòng)輸送狀態(tài)監(jiān)控，出現(xiàn)密度波動(dòng)增大，及時(shí)緩慢調(diào)整再生滑閥開(kāi)度，及時(shí)調(diào)整松動(dòng)點(diǎn)的蒸汽流量；④正常狀態(tài)下，再生斜立管各松動(dòng)點(diǎn)盡可能維持較小流量運(yùn)行，尤其是導(dǎo)氣管松動(dòng)點(diǎn)的通風(fēng)(蒸)流量，避免造成導(dǎo)氣管負(fù)荷不穩(wěn)定，造成再生斜立管密度波動(dòng)影響流化造成催化劑輸送工況不定。

4 結(jié)語(yǔ)

1#催化裝置再生斜立管在采取一系列措施后未出現(xiàn)超溫等情況，連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行300多天，檢測(cè)外壁平均溫度范圍在180～250 ℃，小于外壁設(shè)計(jì)值溫度350 ℃[4]，證明以上措施是行之有效的。隨著催化裂化裝置運(yùn)行及檢修周期的延長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備的安全性要求越來(lái)越高，科學(xué)的襯里施工方式、嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān)及規(guī)范的工藝操作，是延長(zhǎng)再生斜立管使用壽命的基礎(chǔ)。