催化裂化装置原料油喷嘴更换技术

夏冬冬(南京金陵石化建筑安装工程有限公司,江苏　南京　210033)

催化裂化装置原料油喷嘴更换技术

夏冬冬(南京金陵石化建筑安装工程有限公司,江苏南京210033)

在众多重油催化裂化装置检修过程中，原料油喷嘴的更换，不管对于业主方和施工方一直都是重中之重，本文主要结合工程实践，以南京金陵石化120万吨/年重油催化裂化装置原料油喷嘴的更换为例，主要从结焦原因、拆除方法、开箱验收、安装方法、技术要求等几个方面研究喷嘴的更换工作。

催化裂化；提升管；原料油喷嘴；结焦；更换

催化裂化装置重油提升管反应器原料油喷嘴，是催化裂化关键设备之一。目前国内约有50余套催化裂化装置采用CS～Ⅱ型混合原料油喷嘴，该原料油喷嘴能够使物流在低速的状况下取得较好的雾化，同时低速喷嘴喷出的有角度的物流被上行的催化剂携带向上，一起在提升管内做活塞运动，不会在提升管的中轴线上相交碰撞，可以有效的降低催化剂结焦率，避免装置正常运行期间因提升管结焦而切断进料情况，延长装置的运行周期，减少装置检修成本，而且在装置停工检修需更换喷嘴时，可以利用原有喷嘴的套管，使工作量大大减少。

但是装置长时间运行后，原料油喷嘴与喷嘴套管之间的结焦，给后期的原料油喷嘴的更换带来极大难度，且安装时，安装技术要求之高。上海某石化公司催化裂化原料油喷嘴更换时，往往采取从外侧焊接板式吊耳挂导链，在提升管内部用大锤往外敲击，甚至采用水力钻等方法进行拆除，但是效果总是不尽人如意，往往需耗时半月才能将6只喷嘴全部拆除。采取此方法，不仅拖延检修工期，浪费不必要的人力、器具等资源投入，而且“暴力拆除”会对套管的原先尺寸参数产生影响，给后期喷嘴的调试、安装带来不利因素。

下面我们以2013年南京金陵石化120万吨/年重油催化裂化装置原料油喷嘴更换为例，从结焦原因、拆除方法、开箱验收、安装方法、技术要求等几个方面对原料油喷嘴的更换进行探讨研究，详尽论述喷嘴更换过程中的重点问题以及解决方法，希望通过对相关问题的处理，与同行共分享。

1　结焦原因

南京金陵石化公司120万吨/年重油催化裂化装置2013年7月份停工检修中发现，提升管反应器内自原料油进料喷嘴往上1米处有多处结焦严重（如图1所示）。

图1　提升管内部原料油喷嘴上方结焦示意图

后经分析，结焦的原因主要有以下几点：

1.1带原料油的高速催化剂颗粒、粉末会渐渐侵蚀提升管内部喷嘴本体与套管之间的耐磨衬里材料，从而导致带有原料油的催化剂粉末进入喷嘴主体与套管之间，经停工冷却后，凝结成焦；

1.2喷嘴操作工况发生变化；

1.3喷嘴安装有关参数存在偏差导致原料油雾化不好，呈大液滴状态，带油较多的催化剂接触到提升管内壁后逐步形成结焦。

因此可见，除正常的物理原因和化学原因外，喷嘴安装参数的控制，也不容忽视。

2　原料油喷嘴的拆除

2.1停工处理

喷嘴停工时，先切断油品进料，并保持少蒸汽继续涌入喷嘴，减少喷嘴喷口处结焦。

2.2喷嘴的拆除

拆除一次雾化蒸汽入口、二次雾化蒸汽入口、混合原料油入口连接法兰。从喷嘴上方人孔进入，喷嘴下方约1500mm处搭设脚手架作业平台，拆除喷嘴与套管之间的耐磨衬里材料和破沫网。喷嘴材质为：0Cr18Ni9，在端部对称焊接两块千斤顶支撑筋板，筋板规格：200*100*20，采用A102焊条，焊接方法为SMAW，双面焊，焊缝焊脚宽度不小于10mm。在套筒补强板上焊接两块“T”型筋板，筋板中心与千斤顶中心在一条直线上，筋板长度视千斤顶起升高度决定，筋板材质为20R，厚度§=20mm，采用J507焊条，焊接方法为SMAW，双面焊，角焊缝宽度不小于10mm。千斤顶选用螺旋千斤顶，型号为：QⅠ20，最大起重量20T，起升高度180mm。（千斤顶安装示意图如图2所示）

图2　千斤顶筋板工装安装示意图

在原料油入口法兰螺栓孔与周边大梁之间挂5T导链，配合拆除。采用氧～乙炔火焰对喷嘴套管均匀加热或者采用热处理用加热带对套管进行包裹，融化内部结焦。加热的同时，用木锤对套管表面轻轻捣击，促进套管与喷嘴之间熔融的结焦的流动。与此同时，两台千斤顶同时按下手柄，手柄旋转角度需保持一致，顶升时应由专人统一指挥，确保各千斤顶的顶升速度及受力基本一致。采用此方法，3天之内将6只原料油喷嘴拆下（如图3所示）。

图3　拆除下的原料油喷嘴示意图

3　原料油喷嘴的开箱验收

新的原料油喷嘴到货后，必须由业主物装中心联合机动处组织相关部门验收，验收时主要注意以下几点：

3.1按包装箱明细表，核对实物及资料查看其名称和数量是否与装箱单所列相符；

3.2拆箱时喷嘴喷口处的防护板（防护喷嘴出口刀口在移动和安装收到碰撞时不受损坏）先不准取下，如有松动，应先敲紧。喷嘴安装完毕后，从提升管人孔进入，待封人孔前取下防护板。

3.3核对安装图上所表明的尺寸及连接法兰的规格、型号与实物是否相符。

4　喷嘴的安装方法与技术要求

在Φ1450mm和Φ1200mm筒体直筒部位，用～30*5扁钢焊接十字支撑，用水平仪将十字撑找平，在十字撑中心下方各焊接一块支撑板（防止打孔时扁钢发生挠度弯曲，引起误差）点焊固定，沿着扁钢中间交汇正方形处画出交汇正方形对角线，在对角线中心开φ2mm中心孔，（如图4所示）开完孔后，打磨割除支撑板，在上下两中心孔之间挂线坠，找出提升管中心线。

图4　十字撑和支撑板以及开孔示意图

旧喷嘴拆除时，由于外力作用，可能对保护套管的各项原始安装参数造成影响，安装前应对保护套管顶端切口标高以及套管轴线与提升管中心线的夹角进行复测，按原先设计图纸要求进行调整。

将安装法兰套在喷嘴本体上，并将喷嘴插入保护套管中，穿过定位环达到套管端部，且要求喷嘴下部斜面必须与喷嘴套管端口平齐，不得伸出或缩后，其公差不超过±2mm。

将喷嘴本体沿着内套管轴线转动和移动，把喷嘴喷口的长边调整到与提升管轴线垂直度偏差不大于2mm的位置。然后做好安装法兰定位标记，此时，应使喷嘴旁的若干个汽幕孔位于喷口上方，切勿反向。切记不要让喷嘴缩后，导致汽幕孔喷出的蒸汽吹到喷嘴套管，从而使催化剂磨损套管及提升管器壁引起安全事故。

将安装法兰点焊在喷嘴本体外壁所做的定位线标记上，沿喷嘴本体圆周每隔90°对称点焊一点。点焊后，再次检查，确认喷嘴顶端工作点位置是否符合要求，并在两连接法兰上做好对应标记后，可将喷嘴本体从保护套管中取出，同时取出定位环。完成安装法兰与喷嘴本体的焊接。焊接应采取适当的工艺措施，采用较小的线能量，保证安装法兰和喷嘴本体的垂直度，焊接接头不允许有裂纹存在，焊接完成后对焊缝进行PT检测。检测合格将喷嘴本体重新插入套管中，并换用符合操作要求的垫片，将安装法兰与保护套管下端的法兰用螺栓连接牢固。

在喷嘴保护套管下沿20mm以下部位，用金属破沫网对喷嘴本体与保护套管之间的环形空间进行填充，用金属破沫网时充填长度约100mm。环形空间顶表面预留的20mm，用耐磨衬里材料封口，耐火水泥盖面（如图5所示）。避免在安装或运行过程中油剂混合物或衬里材料落入环形空间。

图5　喷嘴与套管之间填充示意图

相同标高的喷嘴安装后，喷嘴的轴线延长线与提升管的中心线应交于一点，其偏差不大于±5mm。喷嘴套管下端法兰密封面与套管轴线的垂直度公差为±2mm。喷嘴本体轴线与铅垂线夹角为35°。

喷嘴安装完毕，全面检查各部分尺寸，特别是喷嘴顶部工作点是否符合标准要求。安装结束后，检测结果如下：各喷嘴的轴线延长线与提升管中心轴线交于一点，各向最大偏差为2mm；喷嘴喷口长边与提升管中轴线垂直度最大偏差为1mm，喷嘴喷口下部斜面与喷嘴提升管安装套管端口面平齐。

5　结语

更换了原料油喷嘴后，解决了提升管结焦问题，待生催化剂挂焦均匀，开车试运行过程中，试喷一次成功。经过两年多的生产运行，提升管压降一直稳定，证明喷嘴安装能满足生产工艺要求。

［1］中国石油化工股份有限公司，催化裂化装置反应再生系统设备施工及验收规范，SH/T3504～2009.

［2］魏巍 CS～Ⅱ型高效雾化喷嘴在重油催化裂化装置的应用 2010，38（2），125～12.