催化裂化装置能量回收机组配套选型分析

董 飚 陈建荣

（中国石化上海石油化工股份有限公司炼油部，200540）

催化裂化装置能量回收机组配套选型分析

董 飚 陈建荣

（中国石化上海石油化工股份有限公司炼油部，200540）

催化裂化装置再生系统主风线路的压降不同，对主风机出口压力的要求也不同。确定了几种主风机组配套方案，通过计算各种配套方案的功率消耗，分析其对节能的影响，同时考虑了投资、占地、管道布置、操作是否方便等因素，最终选择了能量回收主风机组与离心主风机组匹配的方案。并对该方案中离心主风机的启动、并机、调节等进行了阐述。

能量回收机组 轴流主风机组 离心主风机 配套选型 节能

催化裂化装置是炼油厂将重油催化裂化为轻质油气的重要装置，同时也是炼油厂的耗能大户，其能耗约占炼油厂总能耗的40%［1］。中国石化上海石油化工股份有限公司（以下简称上海石化）炼油部2＃催化裂化装置处理量为3.5 Mt／a，其催化剂再生系统采用重叠式两段不完全再生方案，两个再生器重叠布置，即一段再生器位于二段再生器之上。一段再生器贫氧操作，由于氢的燃烧速度远远大于碳的燃烧速度，因此催化剂在一段再生器生器较为缓和的操作条件下，烧掉全部的氢和部分碳，可以有效降低催化剂的水热失活；二段再生器富氧操作，操作条件较一段再生器苛刻，由于氢在一段再生器内基本燃烧完全，二段再生器可以在更高温度下将催化剂上剩余的碳完全燃烧，进行催化剂再生。含有过剩氧的二段再生器烟气通过分布板进入一段再生器，与进入一段再生器的主风一起对高含碳量的待生催化剂进行烧焦，这样在烧焦比较完全、再生效果比较好的情况下，烧焦烈度有所缓和，对催化剂的破坏最轻，有利于延长催化剂的使用寿命。因此空气中氧的利用最为合理，同时降低了烧焦主风用量和主风机耗功［2］。

主风机向一、二段再生器提供主风，分别经一段再生器至一段再生器顶线和经二段再生器、一段再生器至一段再生器顶，线路总压降是不同的，它们对主风机出口压力的要求也就不同，这就存在一个主风机如何选型配套的问题。同时，主风机是催化裂化装置的耗能大户，烟机是节能大户，机组运行是否平稳可靠对装置的安稳生产是至关重要的。

1 主风机组配套选型方案

主风经二段再生器、一段再生器至一段再生器顶线路总压降共计80 kPa（文章中所述的压力均为绝对压力），而经一段再生器至一段再生器顶线路总压降50 kPa，两路主风线路的压降相差30 kPa。按照不同的主风线路压降配置主风机出口压力可以降低装置能耗。额定工况下一段再生器、二段再生器操作参数如表1所示。

表1 主风分布

基于两条主风线路压降的不同，根据传统“三机组”的能量回收机组配套形式，选择是由一台还是两台主风机给两条线路供风，是采用降压还是升压的形式，拟定了以下几种主风机组配套方案。

1.1 方案1（1套能量回收主风机组）

能量回收主风机组采用烟机＋主风机＋电动／发电机的3机组配置，布置方式见图1。烟机采用单级烟机，主风机采用轴流压缩机，按照出口压力0.47 MPa、主风量5 936 m3／min设计，一台高压力的主风机同时为一段再生器、二段再生器提供主风。

图1 能量回收三机组布置

1.2 方案2（1套能量回收主风机组）

采用两套能量回收主风机组并联操作的配置方式，都采用烟机＋主风机＋电动／发电机的3机组配置，布置方式与方案1相同。烟机采用单级烟机，两台主风机都采用轴流压缩机，一台按照出口压力0.44 MPa、主风量3 896 m3／min设计，另一台按照出口压力0.47 MPa、主风量2 040m3／min设计。低压主风机为一段再生器提供主风，高压主风机为二段再生器提供主风。正常操作时，两套主风机组并联操作。

1.3 方案3（主风－增压4机组配置）

采用烟机＋主风机＋增压机＋电动／发电机的4机组配置，烟机采用单级烟机；主风机采用轴流压缩机，按照出口压力为0.44 MPa、主风量为5 936 m3／min设计；增压机采用离心式，按照入口压力0.44 MPa、出口压力0.47 MPa、主风量为2 040 m3／min设计。一段再生器主风由主风机直接提供，从主风机出口分出二段再生器用风量进入增压机，将风压增加至0.47 MPa作为二段再生器用风。该方案关于增压机的安装位置有两种布置方式：一是增压机布置在主风机和变速箱之间，布置方式见图2所示；二是增压机布置在电动／发动机后面，布置方式见图3所示。

图2 增压四机组配置方案布置1

图3 增压4机组配置方案布置2

1.4 方案4（1套能量回收主风机组＋1套离心主风机组）

该方案是从方案3演变来的，主风－增压4机组的增压机单独由电动机驱动，成为离心主风机组。能量回收主风机组采用烟机＋主风机＋电动／发电机的三机组配置，布置方式见图1所示，烟机采用单级烟机，主风机采用轴流压缩机，按照出口压力0.44 MPa、主风量5 936 m3／min设计。离心主风机组采用离心主风机＋电机的二机组配置，按照入口压力0.44 MPa、出口压力0.47 MPa、主风量2 040m3／min设计，布置方式见图4所示。一段再生器、二段再生器供风方式与方案3相同。

图4 离心主风机组布置

2 主风机组配套方案分析

下面就主风机的不同选型配套方案对节能的影响进行分析，同时考虑投资、占地、操作等的影响，比较各种方案的优劣。

通过计算，方案1、2、4（方案3、4主风耗功相同）轴流主风机和离心主风机的耗功，具体结果见表2所示。

方案1只有一套能量回收主风机组，优点是投资省，占地少，工艺配管相对简单，操作相对简单；缺点是一段再生器主风有一定的节流损失。

方案2有两套能量回收主风机组，优点是不存在节流损失，主风耗功最少，节能效果最好；缺点是投资大，占地多，烟气、主风管道布置非常复杂，操作相对麻烦，特别是开工阶段或某台回收机组出现故障时，与备用主风机组之间的切换会相当复杂。

方案3为主风－增压4机组配置，优点是比较节能，投资不大，占地不多；缺点是操作比较麻烦。该方案布置方式1存在的问题是增压机本身耗功不大，但转子要传递很大的功率，主轴比较粗；布置方式2存在的问题是整个机组功率比较大，而增压机功率偏小，明显不匹配。

表2 机组配套方案功率计算

方案4为1套能量回收主风机组＋1套离心主风机组，优点是比较节能，投资不大；缺点是要为离心主风机组提供合适的地方，占地偏大，操作稍麻烦。

综合考虑各因素，方案4的配套方式其节能效果优于方案1，略次于方案2；投资、占地、管道布置、操作等方面则优于方案2，略次于方案1。最后选择方案4为该装置最终的主风机组选型配套方案。

3 离心主风机组的投用

能量回收主风机组＋离心主风机组方案中，离心主风机的投用是其他催化裂化装置没有的，也是一个难点，需要在备用风机运行、装置开工、能量回收机组投用后进行。离心主风机组担负着向二再提供主风机的重任，与轴流主风机同样重要，其投用过程是否平稳，既关系到装置的平稳操作，也关系到轴流风机机组的平稳运行。主风流程见图5所示。

图5 能量回收机组与离心主风机组流程

离心主风机启动前，已经进行了主、备风机组切换，所需的主风全部由能量回收主风机组提供。启动离心主风机组，离心主风机的并机过程见表3所示。

离心主风机的风压会随着风量的减小而下降，当操作中需要适当降低二再风量，而增压机出口风压要求不变时，适当开启阀17将少量增压风并入一再主风管线即可满足需求。最终实现由轴流主风机一段再生器提供主风，由离心主风机向二 段再生器提供主风，满足装置满负荷运行的要求。

表3 离心主风机的并机过程

4 结论

（1）催化裂化装置再生系统中，一段再生器、二段再生器两路主风线路压降是不同的，对主风机出口压力的要求也是不同的。

（2）主风机组有多种不同的选型配套方案，既要考虑对节能的影响，又要考虑对投资、占地、操作等方面的影响。综合考虑各方案的优劣，最后选择了1套能量回收主风机组＋1套离心主风机组的方案4。

（3）在机组启机、并机切换、调整操作时，要注意机组各个阀门的作用以及机组间的配合，保证机组平稳运行和系统主风压力、风量稳定。

［1］ 卢鹏飞，冀江，杨龙文.中国催化裂化烟气轮机自主创新三十年的回顾［J］.中外能源，2008，13（增刊1）：8－10.

［2］ 方立定，易拥军.催化裂化主风机－烟机能源回收机组工况分析［J］.石化技术，2011，18（1）：31－35.

Analysis on Ancillary Design of Energy Recovering Units in FCCU Unit

Dong Biao，Chen Jianrong
（Petroleum Refining Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540）

As the pressure drops in main air line of regeneration system of FCCU were different，their demands on pressure of fan outlets were different.Several ancillary designs ofmain air units were primarily determined，based on calculation of the power consumption，analysis of effects on energy conservation，and consideration of investment，land，piping layout and operability，the scheme of matching energy recovery main air unit with centrifuge units was finally selected.The operating methods such as starting，toggle and adjusting of the centrifugal fan were described.

energy recovery unit，axial compressor，centrifugal compressor，ancillary design，energy saving

1674－1099 （2014）06－0021－04

TK262

A

2014－09－26。

董飚，男，1966年出生，1992年毕业于中国石油大学（北京）机电工程系，硕士，高级工程师。现就职于上海石化炼油部，专家，从事炼油设备管理工作，已发表论文16篇。