催化裂化装置反应再生系统衬里冲蚀风险分析

(中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，山东 淄博 255434)

催化裂化装置是炼油企业重要的二次加工装置，主要由反应再生(反再)系统、分馏系统、吸收稳定系统和能量回收系统等部分组成。该装置主要以直馏减压馏分油等重质馏分油为原料，由蒸汽雾化喷入提升管，与来自再生器的高温催化剂(600～750 ℃)接触，发生以裂化反应为主的一系列化学反应。反应产物进入旋风分离器分离出夹带的催化剂后，离开沉降器进入分馏塔;积有焦炭的催化剂进入沉降器汽提段，汽提后的待生催化剂通过待生斜管进入再生器去除积碳,再生后的催化剂经再生斜管送反应器循环使用。催化剂颗粒会造成反再系统设备管道冲刷磨损，导致发生失效事故[1]。

某炼油厂在催化裂化装置日常生产过程中定期采用红外热成像对反再系统衬里温度分布情况进行检测，发现很多超温部位，主要集中在循环斜管和再生斜管，于是采取了外壁包盒子的方式进行处理。在装置停工检修期间，对这些部位进行了对比检查，发现内部存在衬里开裂、脱落等问题，部分器壁已经磨蚀穿孔。

1 衬里损伤情况

1.1 循环斜管

图1为包盒子的循环斜管内壁衬里情况，可以看到有多处衬里脱落。循环斜管顶部弯头连续两处相邻包盒子部位的内部衬里存在较为严重的内衬开裂现象，裂缝长100～200 mm，宽10 mm左右，见图2。

图2 内部衬里开裂

1.2 再生斜管

检查发现，再生斜管内衬破损情况比循环斜管严重，这与日常红外热成像检测发现的热点分布情况相符。图3为再生斜管内部衬里损伤情况。

在内部有衬板的部位，由于底部衬里施工难度大，质量难以保证，更容易发生冲蚀[2]。再生斜管内部反吹点衬板部位，催化剂冲刷磨穿衬板，在衬板下面掏洞，导致管壁整体穿透。由于在穿透前已经用红外热成像检测出该部位温度超标，并在其外部进行包盒子处理，因此该部位在生产过程中未发生泄漏。

图3 再生斜管内部衬里损伤

2 红外热成像检测情况

根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，通过测量物体的辐射能，红外热成像可反映出物体表面的温度分布情况。在炼油化工企业,红外热成像被广泛应用于衬里损伤检测、加热炉炉管检测和保温材料损伤检测等领域[3-5]。由于催化裂化反再系统衬里一旦发生损伤，高温烟气直接与器壁接触，会导致器壁表面温度升高,因此通过红外热成像检测可以及时发现超温部位及温度分布情况，从而采取补板包盒子等措施进行防护，实现预见性维修。

图4为再生斜管上下料口部位的红外热成像照片。从图4可以看出，在补板包盒子部位附近出现新的超温点，最高温度达到348 ℃，而该部位附近的平均温度在100 ℃左右。

图4 上下料口部位的红外热成像

图5为再生斜管膨胀节下部的红外热成像照片，在膨胀节下部超温明显，最高温度达到398 ℃。

根据经验，如果反再系统外壁温度超过350 ℃，需要立刻进行包盒子处理。温度未达到临界值则不作处理，可监控使用。

图5 膨胀节下部的红外热成像

3 冲刷风险分析

催化裂化装置反再系统衬里发生损伤的主要原因有施工质量问题、材料的线膨胀系数差异、新旧衬里衔接不好和工艺操作频繁超温超压等。随着装置开工周期的延长，衬里损伤的情况呈上升趋势，表现为反再系统设备外表面的异常超温点不断增多。图6为某催化裂化装置反再系统2011年到2014年生产周期内的定期红外热成像检测发现的异常超温点数量统计。从图6可以看出，在装置开工初期，反再系统器壁超温点很少，但随着装置运行时间延长，超温点的数量呈递增态势;在生产中后期，每个月的红外热成像定期检测都能发现10到30处不等的超温点。统计结果表明，该装置反再系统一个生产周期通过红外热成像发现异常超温点(温度≥300 ℃或相对温差≥200 ℃)共计313个。

图6 器壁红外检测异常超温点统计

该次检修设备发现，反再系统补板包盒子处对应的内衬部位均出现程度不同的缺损，除个别部位的损伤形式为贯穿孔外，其余均为不规则的衬里开裂或脱落。在超温点补板附近出现新的超温点是一个普遍现象，主要是因为衬里发生损伤后，催化剂沿着损伤部位不断冲刷，使得裂缝不断扩展。如果超温部位不及时处理，随着时间延长，该部位会因冲刷而发生泄漏。

目前,将该装置超温包盒子的温度门槛值定为350 ℃，但从实际运行看，也有部分温度未达到350 ℃的超温部位后期发生了泄漏事故。2014年1月，反再系统再生斜管1处超温点发生泄漏，红外热成像检测最高温度328 ℃。该部位最早发现超温点为2013年7月，其最高温度变化见图7。

图7 泄漏部位超温点温度变化

从图7可以看出，该部位最高温度虽略有波动，但整体呈上升趋势。从发现该部位温度异常至穿孔泄漏，时间跨度大约在6个月，期间最高温度338 ℃，未达到包盒子的温度要求，因此未进行处理。由此可见，将外壁最高温度350 ℃作为是否需要包盒子的依据不可靠。

统计表明，当反再系统外壁局部温度高于320 ℃，或相对温差值超过200 ℃，如果不采取措施，那么继续运行6个月左右，就会发生器壁磨损泄漏的事故。某石化设备检测监理研究中心根据“催化衬里损伤的红外微机诊断及维修决策”项目，对反再系统衬里损伤情况进行划分：外壁表面温度在70 ℃以下为正常；70～100 ℃为轻度损伤；100～150 ℃为中下程度损伤；200～250 ℃为中上程度损伤；250～320 ℃为较严重损伤；320～420 ℃为严重损伤;420 ℃以上需停工检修。当器壁出现较严重损伤时，就应采取包盒子措施。通过实际运行，发现该方法较为可靠。因此，如果只考虑反再系统外壁最高温度，超过320 ℃作为包盒子处理的依据更合理，可以最大程度避免反再系统的冲刷泄漏问题，实现预见性维护、维修。

4 结 语

(1)某催化裂化装置反再系统存在较严重的衬里开裂和脱落问题，主要集中在循环斜管和再生斜管，损失情况和装置运行期间的红外热成像检测结果具有良好的一致性。

(2)采用红外热成像技术定期对反再系统设备外壁温度分布情况进行检测，可以及时发现外壁超温点。建议反再系统设备外壁最高温度超过320 ℃时，应当及时采取包盒子的防护措施，避免器壁冲蚀泄漏。

[1] 刘国防，徐士平.催化裂化装置衬里运行情况及改进措施[J].齐鲁石油化工，2003,31(4):331-334.

[2] 周伟权.催化裂化设备衬里损坏原因分析及改进措施[J].石油化工技术与经济，2012，28(2):43-46.

[3] 程玉兰.红外诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002：140-142.

[4] 孙卉.红外热像技术在催化衬里损伤诊断中的应用[J].工业炉, 2011,33(1):28-29.

[5] 李晓刚,付冬梅.红外热像检测与诊断技术[M].北京：中国电力出版社,2006：91-95.

(编辑 王维宗)