甲醇制烯烃反应器三级旋风分离器衬里脱落的修复

郗小明 梁旭辉 秦 超

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 718500）

某公司600 kt/a甲醇制烯烃（DMTO）装置，2014年6月开车成功。设计甲醇（折纯度100%）进料量为225 t/h。其反再单元采用循环流化床和专用催化剂D803C-II01，催化剂在反应器和再生器中会随流化介质循环流动，为防止催化剂跑损，在反应器内设有一、二级旋风分离器，反应器外部设有三级旋风分离器，用于回收反应气携带的催化剂，降低催化剂消耗，防止堵塞影响急冷水洗塔及后系统操作。

2015年6月装置检修时，打开反应器三级旋风分离器检查发现，中间筒体底部以上2 m范围内的衬里全部脱落，脱落面积估计为80～100m2。在化工生产过程中一些设备管道衬里损坏脱落情况也时有发生[1-4]。因此有必要查找原因，以防类似事件再次发生。

1 结构与运行情况

三级旋风分离器由上筒体、上椎体、中间筒体、过渡段、下筒体、下椎体及内件部分组成，内部设有125mm厚的隔热耐磨衬里（LC3级），防止495℃的高温反应油气损坏设备。其结构如图1所示。

来自反应器的油气自蜗壳入口沿切线方向进入三级旋风分离器，旋转至中间筒体底部后，再沿下降管外表面上升，进入下降管与中心管的间隙，经各左旋蝶式旋风管分离所携带的催化剂粉末后进入中心管出三级旋风分离器。

图1 反应器三级旋风分离器结构Fig 1 Structure of tertiary cyclone separator in reactor

2014年10月，发现三级旋风分离器中间筒体表面局部防腐隔热漆变色超温，经检测温度达到250℃。为保证设备正常运行，在三级旋风分离器中间筒体外围增加环形工厂风降温，以保持温度在100℃左右，维持运行，并对该区域重点监测。2015年2月，发现热点区域扩大温度升高，经测量温度达300℃，局部温度甚至达到360℃（壳体设计温度350℃），遂将工厂风改为低压除氧水进行冷却，以保证三级旋风分离器外壁表面温度降至100℃以下。三级旋风分离器表面超温情况见表1。

表1 装置运行数据Tab 1 Operation data of device

2015年6月装置检修时打开反应器三级旋风分离器检查，发现中间筒体底部以上2 m范围内的衬里全部脱落，脱落面积估计为80～100 m2，设备壳体和燕尾式锚固钉未见明显磨损，现场实测的设备壁厚为28.6mm（设计为30mm）。经设计院确认可以进行修补使用。衬里脱落情况见图2所示。

图2 衬里脱落位置Fig 2 Position of lining shedding

2 原因分析

运行过程中，三级旋风分离器的衬里会出现裂缝，含有催化剂的反应油气进入裂缝，经过夹带催化剂的湍流气体长期磨损腐蚀，导致壳体局部衬里减薄，引起表面温度超温。壳体材料（Q245R）与LC3级隔热耐磨衬里材料的膨胀系数不一致，壳体局部超温会导致热膨胀产生更多的衬里裂缝，形成局部衬里分块，在反应油气的冲刷和块状衬里的相互挤压作用下，发生大面积脱落。

由于热点产生的最初位置是在三级旋风分离器中间筒体部分的焊缝处，故对衬里裂缝产生的原因做如下分析：

1）下降管底部的烘衬气流孔仅设计了2个DN300的孔，且中间筒体部分空间狭小，过气量小，在烘衬过程中可能达不到烘衬效果，导致设备在运行过程中衬里产生裂缝。

2）衬里的浇注施工质量可能存在缺陷。原始的衬里采用支模浇注方式的方式施工，在中间筒体与过渡段部分可能存在浇注密度不均的情况。

3）在对筒体部分热点区域进行处理的过程中，外表面采用了介质直接冷却降温的措施，也会加剧衬里发生裂缝和脱落的速度。

3 修复及改进措施

根据衬里脱落情况，经研究决定采用喷涂方式进行修复，同时制定了以下措施：烘衬过程严格按照原始烘炉的方案进行，打开烘衬人孔，加装临时温度计，并绘制升温曲线；烘衬结束后对衬里进行检查，及时消除裂缝；在日常操作过程中严格按照升降温度速率进行。

衬里修复喷涂方法：采用外混式喷涂设备，衬里材料经喷涂设备预处理后，经高压风输送到喷枪，雾化后的衬里材料在空气中均匀、高速混合后直接喷射到作业面，一次成形为耐磨隔热衬里。

修复后，三级旋风分离器烘衬从2015年7月4日开始，共计140 h，最高温度达到490℃。烘衬结束后经检查内衬完好，达到预期效果，并于2015年7月15日投料运行，负荷达到105%，表面温度正常。其运行周期还有待验证。

4 结束语

目前DMTO装置反应器三级旋风分离器运行正常，运行周期还有待验证。鉴于类似化工生产过程中一些设备管道衬里损坏脱落情况时有发生，因此可为类似衬里改造提供参考。

[1]佟以丹,李敏.大型椎体衬里的技术改造[J].工业炉,2005, 27（5）:45-46.

[2]黄辉.外取热器连接管道衬里失效分析[J].石油化工腐蚀与防护,2013,30（3）:48-50.

[3]吕大伟.煤液化减压塔衬里脱落分析及应对措施[J].石油化工建设,2014（3）:88-90.

[4]佟以丹,郑立群,李君.大直径风送管道衬里的技术改造[J].化工机械,2010（6）:790,810.