催化裂化裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)襯里沖蝕風(fēng)險分析

(中國石油化工股份有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255434)

催化裂化裝置是煉油企業(yè)重要的二次加工裝置，主要由反應(yīng)再生(反再)系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)等部分組成。該裝置主要以直餾減壓餾分油等重質(zhì)餾分油為原料，由蒸汽霧化噴入提升管，與來自再生器的高溫催化劑(600～750 ℃)接觸，發(fā)生以裂化反應(yīng)為主的一系列化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物進入旋風(fēng)分離器分離出夾帶的催化劑后，離開沉降器進入分餾塔;積有焦炭的催化劑進入沉降器汽提段，汽提后的待生催化劑通過待生斜管進入再生器去除積碳,再生后的催化劑經(jīng)再生斜管送反應(yīng)器循環(huán)使用。催化劑顆粒會造成反再系統(tǒng)設(shè)備管道沖刷磨損，導(dǎo)致發(fā)生失效事故[1]。

某煉油廠在催化裂化裝置日常生產(chǎn)過程中定期采用紅外熱成像對反再系統(tǒng)襯里溫度分布情況進行檢測，發(fā)現(xiàn)很多超溫部位，主要集中在循環(huán)斜管和再生斜管，于是采取了外壁包盒子的方式進行處理。在裝置停工檢修期間，對這些部位進行了對比檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在襯里開裂、脫落等問題，部分器壁已經(jīng)磨蝕穿孔。

1 襯里損傷情況

1.1 循環(huán)斜管

圖1為包盒子的循環(huán)斜管內(nèi)壁襯里情況，可以看到有多處襯里脫落。循環(huán)斜管頂部彎頭連續(xù)兩處相鄰包盒子部位的內(nèi)部襯里存在較為嚴(yán)重的內(nèi)襯開裂現(xiàn)象，裂縫長100～200 mm，寬10 mm左右，見圖2。

圖2 內(nèi)部襯里開裂

1.2 再生斜管

檢查發(fā)現(xiàn)，再生斜管內(nèi)襯破損情況比循環(huán)斜管嚴(yán)重，這與日常紅外熱成像檢測發(fā)現(xiàn)的熱點分布情況相符。圖3為再生斜管內(nèi)部襯里損傷情況。

在內(nèi)部有襯板的部位，由于底部襯里施工難度大，質(zhì)量難以保證，更容易發(fā)生沖蝕[2]。再生斜管內(nèi)部反吹點襯板部位，催化劑沖刷磨穿襯板，在襯板下面掏洞，導(dǎo)致管壁整體穿透。由于在穿透前已經(jīng)用紅外熱成像檢測出該部位溫度超標(biāo)，并在其外部進行包盒子處理，因此該部位在生產(chǎn)過程中未發(fā)生泄漏。

圖3 再生斜管內(nèi)部襯里損傷

2 紅外熱成像檢測情況

根據(jù)斯蒂芬-波爾茲曼定律，通過測量物體的輻射能，紅外熱成像可反映出物體表面的溫度分布情況。在煉油化工企業(yè),紅外熱成像被廣泛應(yīng)用于襯里損傷檢測、加熱爐爐管檢測和保溫材料損傷檢測等領(lǐng)域[3-5]。由于催化裂化反再系統(tǒng)襯里一旦發(fā)生損傷，高溫?zé)煔庵苯优c器壁接觸，會導(dǎo)致器壁表面溫度升高,因此通過紅外熱成像檢測可以及時發(fā)現(xiàn)超溫部位及溫度分布情況，從而采取補板包盒子等措施進行防護，實現(xiàn)預(yù)見性維修。

圖4為再生斜管上下料口部位的紅外熱成像照片。從圖4可以看出，在補板包盒子部位附近出現(xiàn)新的超溫點，最高溫度達到348 ℃，而該部位附近的平均溫度在100 ℃左右。

圖4 上下料口部位的紅外熱成像

圖5為再生斜管膨脹節(jié)下部的紅外熱成像照片，在膨脹節(jié)下部超溫明顯，最高溫度達到398 ℃。

根據(jù)經(jīng)驗，如果反再系統(tǒng)外壁溫度超過350 ℃，需要立刻進行包盒子處理。溫度未達到臨界值則不作處理，可監(jiān)控使用。

圖5 膨脹節(jié)下部的紅外熱成像

3 沖刷風(fēng)險分析

催化裂化裝置反再系統(tǒng)襯里發(fā)生損傷的主要原因有施工質(zhì)量問題、材料的線膨脹系數(shù)差異、新舊襯里銜接不好和工藝操作頻繁超溫超壓等。隨著裝置開工周期的延長，襯里損傷的情況呈上升趨勢，表現(xiàn)為反再系統(tǒng)設(shè)備外表面的異常超溫點不斷增多。圖6為某催化裂化裝置反再系統(tǒng)2011年到2014年生產(chǎn)周期內(nèi)的定期紅外熱成像檢測發(fā)現(xiàn)的異常超溫點數(shù)量統(tǒng)計。從圖6可以看出，在裝置開工初期，反再系統(tǒng)器壁超溫點很少，但隨著裝置運行時間延長，超溫點的數(shù)量呈遞增態(tài)勢;在生產(chǎn)中后期，每個月的紅外熱成像定期檢測都能發(fā)現(xiàn)10到30處不等的超溫點。統(tǒng)計結(jié)果表明，該裝置反再系統(tǒng)一個生產(chǎn)周期通過紅外熱成像發(fā)現(xiàn)異常超溫點(溫度≥300 ℃或相對溫差≥200 ℃)共計313個。

圖6 器壁紅外檢測異常超溫點統(tǒng)計

該次檢修設(shè)備發(fā)現(xiàn)，反再系統(tǒng)補板包盒子處對應(yīng)的內(nèi)襯部位均出現(xiàn)程度不同的缺損，除個別部位的損傷形式為貫穿孔外，其余均為不規(guī)則的襯里開裂或脫落。在超溫點補板附近出現(xiàn)新的超溫點是一個普遍現(xiàn)象，主要是因為襯里發(fā)生損傷后，催化劑沿著損傷部位不斷沖刷，使得裂縫不斷擴展。如果超溫部位不及時處理，隨著時間延長，該部位會因沖刷而發(fā)生泄漏。

目前,將該裝置超溫包盒子的溫度門檻值定為350 ℃，但從實際運行看，也有部分溫度未達到350 ℃的超溫部位后期發(fā)生了泄漏事故。2014年1月，反再系統(tǒng)再生斜管1處超溫點發(fā)生泄漏，紅外熱成像檢測最高溫度328 ℃。該部位最早發(fā)現(xiàn)超溫點為2013年7月，其最高溫度變化見圖7。

圖7 泄漏部位超溫點溫度變化

從圖7可以看出，該部位最高溫度雖略有波動，但整體呈上升趨勢。從發(fā)現(xiàn)該部位溫度異常至穿孔泄漏，時間跨度大約在6個月，期間最高溫度338 ℃，未達到包盒子的溫度要求，因此未進行處理。由此可見，將外壁最高溫度350 ℃作為是否需要包盒子的依據(jù)不可靠。

統(tǒng)計表明，當(dāng)反再系統(tǒng)外壁局部溫度高于320 ℃，或相對溫差值超過200 ℃，如果不采取措施，那么繼續(xù)運行6個月左右，就會發(fā)生器壁磨損泄漏的事故。某石化設(shè)備檢測監(jiān)理研究中心根據(jù)“催化襯里損傷的紅外微機診斷及維修決策”項目，對反再系統(tǒng)襯里損傷情況進行劃分：外壁表面溫度在70 ℃以下為正常；70～100 ℃為輕度損傷；100～150 ℃為中下程度損傷；200～250 ℃為中上程度損傷；250～320 ℃為較嚴(yán)重?fù)p傷；320～420 ℃為嚴(yán)重?fù)p傷;420 ℃以上需停工檢修。當(dāng)器壁出現(xiàn)較嚴(yán)重?fù)p傷時，就應(yīng)采取包盒子措施。通過實際運行，發(fā)現(xiàn)該方法較為可靠。因此，如果只考慮反再系統(tǒng)外壁最高溫度，超過320 ℃作為包盒子處理的依據(jù)更合理，可以最大程度避免反再系統(tǒng)的沖刷泄漏問題，實現(xiàn)預(yù)見性維護、維修。

4 結(jié) 語

(1)某催化裂化裝置反再系統(tǒng)存在較嚴(yán)重的襯里開裂和脫落問題，主要集中在循環(huán)斜管和再生斜管，損失情況和裝置運行期間的紅外熱成像檢測結(jié)果具有良好的一致性。

(2)采用紅外熱成像技術(shù)定期對反再系統(tǒng)設(shè)備外壁溫度分布情況進行檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)外壁超溫點。建議反再系統(tǒng)設(shè)備外壁最高溫度超過320 ℃時，應(yīng)當(dāng)及時采取包盒子的防護措施，避免器壁沖蝕泄漏。

[1] 劉國防，徐士平.催化裂化裝置襯里運行情況及改進措施[J].齊魯石油化工，2003,31(4):331-334.

[2] 周偉權(quán).催化裂化設(shè)備襯里損壞原因分析及改進措施[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟，2012，28(2):43-46.

[3] 程玉蘭.紅外診斷現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002：140-142.

[4] 孫卉.紅外熱像技術(shù)在催化襯里損傷診斷中的應(yīng)用[J].工業(yè)爐, 2011,33(1):28-29.

[5] 李曉剛,付冬梅.紅外熱像檢測與診斷技術(shù)[M].北京：中國電力出版社,2006：91-95.

(編輯 王維宗)