催化裂化裝置三旋存在問(wèn)題分析及改造措施

， ， ， ， (.洛陽(yáng)石化工程設(shè)計(jì)有限公司， 河南 洛陽(yáng) 470; .洛陽(yáng)石化工程公司， 河南 洛陽(yáng) 470；. 中國(guó)石油化工股份有限公司 洛陽(yáng)分公司， 河南 洛陽(yáng) 470)

催化裂化裝置三旋存在問(wèn)題分析及改造措施

畢宏1，張偉1，王燮理1，顧月章2，孫正立3
(1.洛陽(yáng)石化工程設(shè)計(jì)有限公司， 河南 洛陽(yáng) 471012; 2.洛陽(yáng)石化工程公司， 河南 洛陽(yáng) 471012；3. 中國(guó)石油化工股份有限公司 洛陽(yáng)分公司， 河南 洛陽(yáng) 471012)

針對(duì)中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司100萬(wàn)t/a重油催化裂化裝置再生器第三級(jí)旋風(fēng)分離器效率低的問(wèn)題，對(duì)三旋運(yùn)行狀況進(jìn)行了工藝核算，認(rèn)為單管數(shù)量不在單管最佳處理范圍、單管防返混錐標(biāo)高相差較大以及集塵室凈空尺寸偏小是造成三旋分離效率低的主要原因，從減少單管總數(shù)、擴(kuò)大臨界流速噴嘴口徑、三旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面提出了改造措施，改造后的三旋運(yùn)行狀況良好，分離效率明顯提高，滿足安全生產(chǎn)需要。

旋風(fēng)分離器； 催化裂化裝置； 分離效率； 改造

第三級(jí)旋風(fēng)分離器(以下簡(jiǎn)稱三旋)是催化裂化裝置能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運(yùn)行過(guò)程中分離效率的高低直接影響煙氣輪機(jī)的使用[1-6]。中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司100萬(wàn)t/a重油催化裂化裝置現(xiàn)有2臺(tái)立管式三級(jí)多管旋風(fēng)分離器，殼體尺寸為?5 800 mm×10 972 mm×18 mm，每臺(tái)內(nèi)設(shè)49根(共98根)PSC-300型旋風(fēng)管，內(nèi)圈各堵3根旋風(fēng)管沒(méi)有使用。

2008年曾對(duì)三旋單管進(jìn)行過(guò)整體更換，初期三旋的運(yùn)行狀況良好，出口粉塵質(zhì)量濃度一般在50～60 mg/m3，煙機(jī)運(yùn)行正常。2015-01發(fā)現(xiàn)催化劑跑損嚴(yán)重，三旋出口粉塵質(zhì)量濃度增大到140 mg/m3，最高時(shí)達(dá)到267 mg/m3，超過(guò)中國(guó)石油化工股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的煙氣輪機(jī)入口質(zhì)量濃度不大于150 mg/m3的要求，嚴(yán)重影響煙氣輪機(jī)的使用壽命，因此進(jìn)行了停工檢修。檢修期間發(fā)現(xiàn)三旋單管磨損嚴(yán)重，單管底部錐體出現(xiàn)磨穿現(xiàn)象，三旋內(nèi)吊筒與三旋外殼體錐形連接處局部撕裂分離。對(duì)單管及吊筒與三旋外殼體連接處加固并局部補(bǔ)焊后重新開(kāi)工，三旋運(yùn)行狀況沒(méi)有得到完全改善，曾因三旋煙氣出口質(zhì)量濃度偏高兩次切出煙氣輪機(jī)。該三旋已經(jīng)運(yùn)行多年，有必要按照現(xiàn)有工況對(duì)其進(jìn)行核算，根據(jù)核算結(jié)果對(duì)三旋進(jìn)行適應(yīng)性改造，以保證煙氣輪機(jī)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行[7-15]。

1 三旋目前運(yùn)行狀況核算

2015年改造前三旋部分運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1，現(xiàn)有操作數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 改造前三旋部分運(yùn)行參數(shù)

表2 三旋現(xiàn)有操作參數(shù)

1.1 所需單管數(shù)

根據(jù)表2所列三旋現(xiàn)有操作數(shù)據(jù)，核算出三旋進(jìn)口煙氣總量的正常操作范圍為240 584.2～256 275.2 m3/h，波動(dòng)下限為203 105.5 m3/h，波動(dòng)上限為264 318.2 m3/h。按照單管的額定風(fēng)量3 000 m3/h計(jì)算，波動(dòng)下限時(shí)所需單管數(shù)nmin=203 105.5/3 000=67.7(根)，正常操作時(shí)所需的單管數(shù)n1=240 584.2/3 000=80.2(根)、n2=256 275.2/3 000=85.4(根)，波動(dòng)上限時(shí)所需單管數(shù)nmax=264 318.2/3 000=88.1(根)?？梢钥闯?，現(xiàn)有單管數(shù)量98根偏多，處理煙氣量偏低，不在單管最佳處理范圍內(nèi)，應(yīng)適當(dāng)減少單管數(shù)量。

1.2 泄氣率

已知臨界流速噴嘴前煙氣溫度T1=923 K，噴嘴后煙氣溫度T2=868 K，噴嘴前壓力p1=0.227 42 MPa，按照波動(dòng)上限計(jì)算，進(jìn)入每臺(tái)臨界流速噴嘴的煙氣量qV=264 318.2/2=132 159.1(m3/h)。

三旋底部的泄氣率KV=qVzq/qV=0.026<0.03，說(shuō)明臨界流速噴嘴口徑的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有工況不匹配，造成三旋泄氣量不足，從而極大影響了三旋的分離效率。

2 三旋分離效率低原因分析

工藝計(jì)算證明，現(xiàn)有的三旋單管數(shù)量使單管不在最佳處理范圍內(nèi)，泄氣率偏低，進(jìn)而造成三旋分離效率低。

對(duì)三旋進(jìn)行內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，三旋內(nèi)吊筒與三旋外殼體錐形連接處局部撕裂分離。該處焊接結(jié)構(gòu)為角焊縫，受力不好，雖經(jīng)過(guò)加固處理，但仍出現(xiàn)局部撕裂現(xiàn)象，造成粉塵煙氣不能進(jìn)入單管內(nèi)進(jìn)行分離，而是直接竄至集氣室，從煙氣出口排出，降低三旋工作效率。

三旋上、下隔板為球面半徑，造成等長(zhǎng)的三圈單管防返混錐標(biāo)高相差較大，易加劇低處防返混錐處的粉塵竄混。

三旋外殼體為多年前設(shè)計(jì)，集塵室凈空尺寸較近幾年設(shè)計(jì)偏小，集塵室粉塵沉降空間小，不利于粉塵沉降。

3 三旋改造措施

3.1 調(diào)整單管總數(shù)

取三旋單管數(shù)n=80根，則單管的實(shí)際處理量為3 007.3～3 203.4 m3/h，處于單管處理量的最佳范圍?？紤]到今后增大處理量的可能性，在每臺(tái)三旋內(nèi)筒設(shè)置42根單管，同時(shí)封堵2根，以便擴(kuò)能改造時(shí)使用。

所選單管的型號(hào)為PST-300型，該單管是由洛陽(yáng)石化工程公司和營(yíng)口慶營(yíng)石化設(shè)備有限公司共同開(kāi)發(fā)的，其有效操作范圍寬，單管工況體積流量的最小值為2 700 m3/h、最大值為3 500 m3/h，涵蓋了現(xiàn)有三旋正常操作時(shí)所需的2 864.1～3 050.9 m3/h煙氣量范圍。

3.2 擴(kuò)大臨界流速噴嘴口徑

三旋的泄氣率應(yīng)當(dāng)在0.03～0.05才能保證旋風(fēng)管與灰斗有一定的壓差，從而使排塵通暢，減輕排塵返混現(xiàn)象。由于可以在煙機(jī)處回收高溫?zé)煔饽芰?，所以泄氣率太大?huì)造成浪費(fèi)。通過(guò)計(jì)算，將臨界流速噴嘴口徑擴(kuò)大至?81 mm，此時(shí)三旋泄氣率為0.04，滿足三旋正常操作需要的泄氣量，提高了三旋分離效率。

3.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間優(yōu)化

將分離吊筒連接結(jié)構(gòu)由錐角連接改為圓角過(guò)渡，將角焊縫改為對(duì)接焊縫，從而極大改善了受力，并更新了原球殼的碳鋼連接板。改造前后分離吊筒連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 改造前后分離吊筒連接結(jié)構(gòu)

縮小3圈單管防返混錐之間的距離，適當(dāng)抬高第二、第三圈單管，將3圈單管防返混錐之間距離縮短為50 mm(圖1)，趨于等高排料，以減緩竄混，提高效率。

為保證三旋集塵室有必備的催化劑粉塵沉降空間，將分離單元標(biāo)高整體提高。

原來(lái)采用的上、下隔板加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的焊接量大，隔板成型精度差，受熱后容易變形，造成焊接在隔板上的單管同軸度和其它精度無(wú)法保證，影響三旋分離效率。故取消上、下隔板的加強(qiáng)筋板，采用整體加厚結(jié)構(gòu)。

3.4 單管適應(yīng)性改造

單管局部噴涂的優(yōu)點(diǎn)是抗磨損，但同時(shí)增加了堵塞可能性，單管堵塞比單管磨損對(duì)三旋長(zhǎng)周期、高效運(yùn)行的危害更大，統(tǒng)籌考慮后決定取消單管的防磨噴涂。此外，將第三圈(最外圈)單管采用全防返混錐結(jié)構(gòu)形式。

改造后三旋部分運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 改造后三旋部分運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝數(shù)據(jù)核算以及對(duì)三旋設(shè)備現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的分析，找出了造成三旋分離效率低的主要原因，通過(guò)調(diào)整單管數(shù)量、擴(kuò)大臨界流速噴嘴口徑，同時(shí)對(duì)三旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間進(jìn)行了一系列優(yōu)化和單管適應(yīng)性改造，改造后三旋的分離效率得到顯著提高，三旋出口粒度大于10 μm的催化劑均小于5%(體積分?jǐn)?shù))，保證了煙氣輪機(jī)的安全運(yùn)行，滿足生產(chǎn)需要。

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ProblemAnalysisandSolutionoftheThirdStageCycloneSeparatorinFluidizedCatalyticCrackingUnit

BIHong1，ZHANGWei1，WANGXie-li1，GUYue-zhang2，SUNZheng-li3
(1.Luoyang Petrochemical Engineering Design Co .Ltd.， Luoyang 471012， China； 2.SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation, Luoyang 471012, China; 3.China Petroleum & Chemical Corporation Luoyang Company, Luoyang 471012,China)

Process calculation are reviewed for the third stage cyclone of 1 000 000 t/a fluidized catalytic cracking unit regeneration of China Petroleum & Chemical Corporation Luoyang Company. Single tube numbers beyond the most preferred range, large elevation height difference between anti-back mixing cones and smaller collection chamber space are recognized as the main causes for low efficiency of the third cyclone. Reducing the total number of single tube, expanding the critical velocity nozzle diameter and optimizing the third cyclone internal structure and etc. countermeasures are proposed and applied and satisfying effect are achieved for both efficiency and safety production.

cyclone separator； fluidized catalytic cracking unit； separation efficiency； transformation

1000-7466(2017)06-0065-04

2017-06-12

畢 宏(1971-)，女，山西榆次人，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事壓力容器設(shè)計(jì)工作。

TQ051.8； TE969

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.06.012

(張編)