催化裂化裝置設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化分析

張俊猛，廣進(jìn)華，儲(chǔ)南翔，王俊宏，黃 富

(中國石油四川石化有限責(zé)任公司生產(chǎn)一部，四川成都 611930)

中國石油四川石化250Mt/a重油催化裂化裝置，由反應(yīng)再生單元、熱工單元、煙氣脫硫單元、分餾單元、吸收穩(wěn)定單元和產(chǎn)品精制單元組成，以加氫重油為原料，采用石油化工科學(xué)研究院開發(fā)的降低催化汽油中烯烴含量的 MIP－CGP工藝。裝置于2014年2月份一次開車成功，在開車過程中及正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)暴露出一些設(shè)備問題。由于催化裂化裝置設(shè)備較多，設(shè)備管理難度較大，特別是大型機(jī)組、特閥較多較復(fù)雜。只有保證大型機(jī)組及特閥等設(shè)備連續(xù)高效平穩(wěn)運(yùn)行，催化裂化才能實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行［1］。本文針對(duì)本裝置開工以來設(shè)備出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并提出了解決辦法。

1 輔助燃燒室技術(shù)改造

催化裂化輔助燃燒室屬于正壓爐，與再生器連接。正常開工時(shí)，輔助燃燒室內(nèi)可用瓦斯或燃燒油加熱主風(fēng)，提供兩器烘襯里和催化劑升溫所需的熱量。再生器裝入一定量催化劑，將催化劑加熱，噴著燃燒油后，即可停用輔助燃燒室。正常生產(chǎn)時(shí)輔助燃燒室只作為主風(fēng)通道，一二次風(fēng)閥全開［2］。在反再系統(tǒng)緊急停工時(shí)，也可以用來維持系統(tǒng)溫度或升溫使床層溫度達(dá)到噴燃燒油溫度點(diǎn)。輔助燃燒室內(nèi)有燃燒器可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火槍的自動(dòng)點(diǎn)火，可以大大降低點(diǎn)火時(shí)的操作強(qiáng)度，提高點(diǎn)火成功率。在催化反再兩器烘襯里時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)主風(fēng)量在2000 m3/m時(shí)輔助燃燒室發(fā)出異常聲響，隨著主風(fēng)量提高異響聲音逐漸增大，當(dāng)主風(fēng)量在2500 m3/m時(shí)異響聲音開始減小。烘襯里結(jié)束后對(duì)輔助燃燒室進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)燃燒器的百葉窗和導(dǎo)流片損壞，一二次風(fēng)擋板軸斷裂。分析設(shè)備損壞原因:

(1)設(shè)備與主風(fēng)形成共振。當(dāng)主風(fēng)在2000～2500 m3/m時(shí)輔助燃燒室發(fā)出異常聲音，在此主風(fēng)量區(qū)間內(nèi)聲音明顯，且輔助燃燒室震動(dòng)明顯加強(qiáng)。

(2)設(shè)備型式?jīng)]有更新。由于輔助燃燒室訂貨時(shí)間早，開工延遲，輔助燃燒室的點(diǎn)火器有了新型式，并且在易損部位并未進(jìn)行加固。

(3)操作原因。在進(jìn)行烘爐時(shí)存在調(diào)整操作幅度偏大，調(diào)整頻繁，燃燒器溫度偏高等現(xiàn)象。針對(duì)上述問題，在第二次烘襯里時(shí)采取了更換燃燒器和一二次風(fēng)擋板軸，并對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行加固。在調(diào)整操作過程中采用慢調(diào)整，快速越過共振區(qū)等措施。在第二次烘襯里檢查時(shí)輔助燃燒室未發(fā)現(xiàn)類似問題。

圖1 改造前損壞的燃燒器

圖2 改造后的燃燒器

2 煙氣脫硫氧化罐攪拌器改造

催化裂化裝置煙氣脫硫單元設(shè)有三個(gè)氧化罐，澄清液自澄清池頂部自流至氧化罐，氧化罐底部通入鼓風(fēng)機(jī)提供的空氣和濃度20%的堿液，在攪拌器的作用下，空氣、堿液和澄清液充分混合，大量的曝氣有效的降低排液的化學(xué)耗氧量COD，保證煙氣脫硫單元外排水質(zhì)達(dá)標(biāo)。一般經(jīng)過空氣氧化后，外排水的COD降至60mg/L以下排放。

2014年6月份發(fā)現(xiàn)煙氣脫硫外排水質(zhì)量出現(xiàn)偶爾不合格現(xiàn)象，而且不合格的次數(shù)越來越多，且超標(biāo)數(shù)值劇增，最高時(shí)達(dá)到2160 mg/L。通過各種檢查調(diào)節(jié)情況均不見好轉(zhuǎn)后，在對(duì)氧化罐進(jìn)行拆人孔檢查后發(fā)現(xiàn)氧化罐攪拌器葉片變形脫落，氧化罐內(nèi)大量結(jié)垢堵塞曝氣孔，并有大量雜物(圖3結(jié)垢堵塞的曝氣孔，圖4氧化罐內(nèi)結(jié)垢及雜物)。分析攪拌器損壞原因:

(1)氧化罐攪拌器葉片結(jié)垢嚴(yán)重，攪拌器徑向阻力大，攪拌器超負(fù)荷運(yùn)行，是造成攪拌器損壞的主要原因。

(2)氧化罐內(nèi)雜物較多，與氧化罐攪拌器葉片發(fā)生碰撞。在某催化裂化裝置也曾出現(xiàn)過因雜物造成攪拌器葉片斷裂的現(xiàn)象。

改進(jìn)措施:

(1)更換氧化罐攪拌器，攪拌器葉片由原來的一級(jí)葉片更換成三級(jí)葉片，增強(qiáng)氣液混合效果，降低徑向阻力(圖5改造前損壞的攪拌器葉，圖6改造后攪拌器葉片);

(2)對(duì)氧化罐進(jìn)行定期清垢除雜，保證氧化罐清潔;

(3)加強(qiáng)對(duì)氧化罐的檢查，觀察攪拌器電機(jī)運(yùn)行情況，并用聽針監(jiān)測(cè)有無異常聲音。通過改進(jìn)后煙脫外排水化學(xué)耗氧量大大降低，而且氧化罐由原來的三臺(tái)同時(shí)運(yùn)行改成兩開一備，不僅提高了氧化罐操作靈活性，更節(jié)省了一臺(tái)氧化罐投用及維護(hù)的費(fèi)用。表1和圖7是采集的煙氣脫硫外排水化學(xué)耗氧量數(shù)據(jù)。

圖3 結(jié)垢堵塞的曝氣孔

圖4 氧化罐內(nèi)結(jié)垢及雜物

圖5 改造前攪拌器損壞的葉片

圖6 改造后攪拌器葉片

表1 煙脫外排水化學(xué)耗氧量(2014年)

圖7 煙脫外排水化學(xué)耗氧量圖(2014年)

3 富氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化

催化裂化裝置富氣壓縮機(jī)組為沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠離心式2MCL706兩段壓縮機(jī)，動(dòng)力系統(tǒng)為杭州中壓蒸汽汽輪機(jī)，型號(hào)NG50－40。富氣壓縮機(jī)擔(dān)負(fù)著控制反應(yīng)壓力的任務(wù)，反應(yīng)壓力是生產(chǎn)中主要參數(shù)，對(duì)裝置產(chǎn)品分布、平穩(wěn)操作、安全運(yùn)行有直接影響。反應(yīng)、分餾、吸收穩(wěn)定是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的大系統(tǒng)，反應(yīng)壓力變化影響分餾、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)操作，一般將壓力檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在分餾塔頂。正常運(yùn)行時(shí)操作員通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速來保證分餾塔頂壓力穩(wěn)定，以保證氣壓計(jì)入口壓力及兩器差壓穩(wěn)定。同時(shí)還要調(diào)節(jié)氣壓機(jī)的防喘振閥的開度以保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。

圖8 投用性能控制前后分餾塔頂壓力歷史趨勢(shì)

圖9 投用性能控制前后氣壓機(jī)DV值歷史趨勢(shì)

圖10 投用性能控制前后氣壓機(jī)反飛動(dòng)流量歷史趨勢(shì)

圖11 投用性能控制前后氣壓機(jī)轉(zhuǎn)速歷史趨勢(shì)

圖12 性能控制投用前后汽輪機(jī)蒸汽流量歷史趨勢(shì)

在操作過程中發(fā)現(xiàn)，防喘振閥在關(guān)閉時(shí)會(huì)出現(xiàn)不定期的抖動(dòng)，而且防喘振閥開度過大增加無用功，不利于裝置節(jié)能降耗。因?yàn)樾枰瑫r(shí)控制兩器差壓及氣壓機(jī)DV值，使操作調(diào)整過于頻繁，增加了操作難度。針對(duì)以上實(shí)際問題，采取了如下優(yōu)化:

(1)增加分餾塔頂壓力自動(dòng)控制功能，由防喘振閥和轉(zhuǎn)速同時(shí)控制分餾塔頂壓力，使壓力穩(wěn)定;

(2)修改防喘振控制程序，實(shí)現(xiàn)防喘振閥快速啟動(dòng)控制;實(shí)現(xiàn)防喘振閥開閥速率控制與分餾塔頂壓力關(guān)聯(lián)控制;

(3)針對(duì)控制程序和操作畫面中一些不滿足操作需要的地方進(jìn)行優(yōu)化，完善操作記錄，歷史數(shù)據(jù)記錄和SOE記錄等。

控制優(yōu)化方案實(shí)施后，當(dāng)出現(xiàn)工藝變化時(shí)可減少壓縮機(jī)組波動(dòng)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，避免壓縮機(jī)防喘振閥在工藝波動(dòng)時(shí)不合理的打開，減少能耗和保證工藝穩(wěn)定帶來效益。減少安全隱患，全面提高壓縮機(jī)組控制的自動(dòng)化率，減少操作人員的操作強(qiáng)度。減少蒸汽消耗，壓縮機(jī)通過減少回流量達(dá)到節(jié)約蒸汽的目的。催化裂化裝置負(fù)荷為100%，處理量為滿負(fù)荷298t/h加氫渣油。通過富氣壓縮機(jī)控制優(yōu)化，汽輪機(jī)蒸汽用量對(duì)比投用前明顯平穩(wěn)，分餾塔頂壓力運(yùn)行比較平穩(wěn)(見圖8)，壓力波動(dòng)由投用前±8kPa降低至±1kPa;優(yōu)化控制后，可以自動(dòng)精確控制氣壓機(jī)DV值(見圖9)，反飛動(dòng)流量明顯下降(見圖10)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降約70r/min(見圖11)，消耗4.0MPa汽量下降2.7t/h，節(jié)能效果明顯，圖12為性能控制投用前后汽輪機(jī)蒸汽流量趨勢(shì)圖。

4 結(jié)論

通過對(duì)四川石化250萬t/a催化裂化裝置設(shè)備運(yùn)行情況分析，找到了輔助燃燒室、煙氣脫硫氧化罐以及富氣壓縮機(jī)運(yùn)行問題和缺點(diǎn)原因。通過對(duì)這些問題和缺點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的技術(shù)改造，并成功實(shí)施，有利于裝置平穩(wěn)、安全和長周期運(yùn)行，有利于降低能耗等。