催化裂化外取热取热管束泄漏排查及处置分析

徐兆祥

(淮安清江石油化工有限责任公司,江苏 淮安 223002)

清江石化重油催化装置于2004年7月进行技改，装置扩能为50×104t/a，2010年8月进行MIP改造。装置设计采用的原料油为苏北常压渣油，生产方案为以多产汽油为主，兼顾生产液化石油气和柴油的方案，重油催化装置作为清江石化的主要装置，担负着全厂原油二次加工的重要任务，直接影响着全公司其他装置的运行。催化装置的外取热主要担负着调节催化裂化装置的热平衡，提供以维持装置正常生产所需的反应再生温度，同时也是一项重要的节能措施。它的使用性能好坏不但受设计、制造等因素的影响，而且还与操作状态及运行条件密切相关。因而要有高的安全可靠性和较长的使用寿命，保证催化裂化装置安全平稳生产。重催装置外取热是2010年改造更新的设备，每次检修时对管束进行检查试漏，都没有发现问题，运行至今操作平稳。

图1 催化装置反再部分流程简图Fig.1 Flow diagram of the reaction part of the catalytic unit

1 泄漏判断及处理

1.1 第一次泄漏处理

2019年4月5日发现再生器催化剂藏量下降很多，由之前88 t左右降到78 t左右，立即安排向系统内补加催化剂，提高再生器催化剂藏量，维持生产，但补完后，催化剂还是跑，藏量还是低，而且连续几天补充几次催化剂，同样还是跑剂。见图2、表1。

图2 再生器旋分压降与藏量变化情况图Fig.2 The relationship between spin partial pressure drop and storage capacity of regenerator

表1 跑剂前后操作参数变化Table 1 Changes of operation parameters before and after running agent

通过检查发现再生器的床层温度也下降很多(见图3)，由680 ℃降到670 ℃，且后部的三旋入口、烟机入口温度高，出现超温现象，说明出现尾燃现象。为了提高再生器床层温度，改善催化剂烧焦效果，消除尾燃现象，降低外取热流化风量和提升风量，以降低外取热发汽量，提高再生器床层温度时，发现外取热流化风、提升风量在逐步降低的过程中，外取热发汽始终无法降低(外取热流化风、提升风已经关到低限报警量以下)，仍保持发汽30 t/h左右。进一步检查相关运行参数记录还发现：稀相密度与烟气集合管密度3日夜间同时下降(见图4)，再生器旋分压降从3日开始波动增大(见图1)，再生器旋分料退藏量同样随着波动(见图5)，外取热汽包进水量与发汽量偏差逐步增加，三旋压降上升，双动滑阀开度变大(见图6)。经过此多种现象综合判断为外取热管束泄漏[1]。

图3 再生器床温变化情况Fig.3 Temperature variation of regenerator bed

图4 稀相密度与烟气集合管密度Fig.4 Dilute phase density and flue gas manifold density

图5 旋风压降与旋风料退藏量Fig.5 Cyclone pressure drop and cyclone material withdrawal

图6 双动滑阀(2只阀门)开度变化Fig.6 Variation of opening of double-acting slide valve

制定排查方案：通过室内外配合，外操至现场，对于取热管进行憋压法一一查漏。首先关闭上水阀门，然后迅速关闭对应蒸汽出口阀门，观察现场压力表变化，如果出现先升高然后急剧下降的现象炉管必然泄漏。同时内操在外操将炉管切出憋压时，通过DCS参数变化判断是否是该炉管泄漏，重点关注再生器压力、再生器旋分压降和双动滑阀开度，综合判断是否泄漏。

图7 泄漏管束Fig.7 Leak tube bundle

经过排查确认是1根过热蒸汽和1根饱和蒸汽取热管泄漏(见图7)，立即将泄漏管束切出[2]。从上表1和图2～图7可以看出，外取热过热蒸汽取热管线泄漏，造成再生器催化剂跑损，再生器藏量下降，三旋压降与双动滑阀开度增加，主要是因为过热蒸汽和饱和蒸汽取热管泄漏时，泄漏量较大，当蒸汽遇到高温催化剂时造成部分催化剂热崩碎成小颗粒，再生器旋风效果变差，小颗粒随烟气被排出再生器，催化剂跑损，再生器旋风压降波动大和稀相密度剂烟气集合管密度下降同样验证此情况。另外取热调整时发汽量没有变化，床温低，主要是因为2根蒸汽管泄漏，泄漏量大，可能造成外取热内催化剂流化效果好，再由于过热管泄漏部分蒸汽直接漏出，即使关小外取热流化风、提升风，但发汽并没有减小，造成再生器内大量热量被取热发汽，使得再生器床温低。

1.2 第二次处理

5月16日发现三旋压降逐步由18升高到20 kPa，双动滑阀开度由21%上升到23.5%，再生器床层温度682 ℃，外取热进水与发汽偏差由3 t/h到7 t/h，但此次再生器藏量没有发生变化。

表2 泄漏前后操作参数变化Table 2 Changes of operation parameters before and after leakage

表2中双动滑阀泄漏前开度增加主要是加工量比4月份高，主风量提高。现场排查后发现是1根饱和蒸汽管束泄漏，立即切出。从上表看出，泄漏后床温下降很多，双动滑阀和三旋压降立即上升，但本次泄漏再生器藏量没有变化，说明此根饱和汽管束泄漏并没有造成催化剂跑损。另管束泄漏后外取热进水量增大，而且进水量与发汽量偏差增加，在泄漏管束切出后偏差减小，也进一步证明切出的管束是泄漏的，排查切出的管束是正确的。

图8 外取热管束分布图Fig.8 Distribution diagram of external heat pipe bundle

6月2日、18日发现同样情况，依次切出2根饱和汽取热管，因此共切出5根：依次过热汽管束18#和饱和汽管束13#、1#、12#、11#。外取热管束分布图如图8所示。

2 原因分析

(1)外取热管束使用寿命为4年(设计图纸注明)，此管束从2010年至今一直在使用，没有更换，使用时间长，而且到今年外取热已经使用基本达到9年，所以最主要的原因就是使用时间长[3]。

(2)外取热泄漏后，蒸汽或水漏进再生器内，造成烟气总量增加，导致三旋压降上升，双动滑阀开度增加，再生器床温下降，同时造成了进水量变大，发汽并没有增加，即进水量与发汽量偏差增大。

(3)当一管束发生泄漏时，泄漏出蒸汽或水汽混合物，冲刷周边取热管，加上取热管周围的流动的高温催化剂，加速对取热管束磨损，造成原泄漏管束周围的管束发生泄漏。本次泄漏时排查的重点都是泄漏点周围的管束，如图8中本次切出的管束基本都是13#周围的管束。

(4)当再生器内高温的催化剂遇到取热管泄漏出物料时，由于温差大，造成高温催化剂热崩，催化剂细粉量增加，催化剂跑损量增加，再生器内催化剂藏量减少。

3 结论及操作管理[4]

由于外取热运行周期长，老化造成取热管束泄漏是最主要的原因。为了保证装置安全平稳运行，制定了控制措施如下：

(1)严格控制外取热发汽负荷[5]，不得超过26 t/h。

(2)根据外取热发汽负荷，控制加工量，保证催化剂再生系统不超温。

(3)除现有操作记录报表记录的数据，另增加操作参数记录，密切监控外取热运行状态。

(4)现场增加巡检点，加强现场运行监控。

经过严格执行此要求，外取热没有再出现漏点，持续稳定运行，直到2020年3月计划检修将管束进行更换。