延長重油催化裂化裝置油漿泵抗腐蝕壽命對策

王蓬勃

摘要：石油煉制工業(yè)中，油漿泵是重油催化裂化裝置的重要設備，主要用于建立催化裂化分餾塔底油漿循環(huán)、提供反應器提升管油漿回煉，并通過油漿外甩來控制油漿中催化劑固體含量。輸送介質(zhì)是包含催化劑顆粒和膠質(zhì)的催化油漿，含固液兩相，溫度不低于350℃。隨著加工原料日益重質(zhì)化，油漿中的固體顆粒增多，這些固體顆粒在輸送過程中會對油漿泵產(chǎn)生影響，導致輸送效率低和過流部位磨蝕問題導致設備可靠性差。目前，國內(nèi)許多煉廠的重油催化裂化裝置都面臨這一問題。而油漿泵正常運行與否將直接影響分餾塔內(nèi)汽-液相平衡、熱量平衡和物料平衡，同時影響目標產(chǎn)品質(zhì)量和反再系統(tǒng)的平穩(wěn)操作。因此分析油漿泵過流部位的磨蝕機理，提出延長油漿泵抗磨蝕壽命的相應措施，對油漿泵和裝置的平穩(wěn)運行有重要意義。

關鍵詞：油漿泵過流部位；平穩(wěn)運行；磨蝕壽命；輸送效率

某石化公司煉油廠重油催化裂化聯(lián)合裝置采用催化劑兩段再生技術，催化劑與混合原料反應生成的高溫油氣經(jīng)旋風分離器分離后進入分餾塔底部人字擋板部位。分餾塔底油漿在塔底回流，洗滌高溫油氣，帶走高溫油氣攜帶的催化劑細粉顆粒和膠質(zhì)。油漿夾帶著催化劑顆粒和膠質(zhì)進入油漿泵的過程中對過流部位造成磨蝕。近年來，隨著原油重質(zhì)化，油漿中固體含量增加，泵中磨蝕情況愈演愈烈，故障不斷，嚴重影響到裝置的平穩(wěn)運行。

1油漿泵過流部位磨蝕原因分析

1.1過流部位磨蝕機理

顆粒磨蝕是指固體顆粒與固體壁面接觸并發(fā)生相對運動時，材料表面出現(xiàn)磨損的現(xiàn)象。顆粒對材料壁面的磨蝕對設備的使用壽命和可靠性產(chǎn)生重要影響。在蝸殼中，顆粒主要分布在蝸殼近壁處，濃度隨顆粒直徑的增大而增大，隔舌部位和第Ⅷ斷面部位的磨蝕速率較大，磨蝕速率隨著固體含量的增加而增加。在葉輪流道內(nèi)，流體的相對速度矢量沿葉片表面并與葉片相切，因此葉片必然發(fā)生顆粒磨蝕。在蝸殼中，固體顆粒小角度碰撞蝸殼壁面，并在離心力作用下，以較大徑向速度沖擊蝸殼壁面，沿周壁流向出口，因此蝸殼會發(fā)生嚴重的顆粒磨蝕。相比其他部位，隔舌處流線分布密集，流體運動紊亂，所以隔舌也是磨蝕主要區(qū)域。

1.2油漿泵抗磨蝕壽命的主要制約因素分析

泵的抗磨蝕壽命估算式為：

式中Cv--固體顆粒濃度；Dp--固體顆粒直徑；g--重力加速度；H--揚程；Kg--幾何常數(shù)；n--轉(zhuǎn)速；P--材料硬度；Vf--過流介質(zhì)粘度；ρf--過流介質(zhì)密度；ρs--固體顆粒密度。由式（1）可以看出，泵的抗磨蝕壽命受過流介質(zhì)、泵的材料和水力特性的制約，與油漿體顆粒、泵的轉(zhuǎn)速和揚程有關，且與材料硬度成正比。油漿中的固體顆粒是含Al2O3的催化劑細粉，是葉輪和蝸殼發(fā)生磨蝕的主要來源。同時油漿中殘留的膠質(zhì)夾帶著催化劑顆粒進入泵內(nèi)，加劇了過流部位的磨蝕。

重油催化裂化聯(lián)合裝置為控制油漿固體含量和膠質(zhì)含量做了大量工作，如：采用旋流分離法提高分離效率、采用磨蝕系數(shù)低的催化劑、控制反再系統(tǒng)壓差和溫度以及穩(wěn)定油漿固體含量波動狀況等。但受到工藝過程和原料性質(zhì)的限制收效甚微。導致油漿固體含量目前仍維持在0.4%，膠質(zhì)含量維持在0.8%～1.0%。由上述分析可知，泵抗磨蝕壽命的主要制約因素是介質(zhì)固體含量、泵的抗沖蝕性能和水力特性。油漿中攜帶催化劑顆粒是工藝要求，泵的轉(zhuǎn)速、揚程是泵的固有特性。因此，提高油漿泵的抗磨蝕能力，才是解決問題的入手點。

3提高油漿泵抗沖蝕性能的措施

3.1使用高硬度的內(nèi)部涂層

由式（1）可知，提高過流部位材料硬度可以提高泵的抗磨蝕壽命，因此裝置先從泵內(nèi)部涂層著手。油漿泵泵體材料ASTMA217CA15是一種高溫鑄造不銹鋼，該材料對催化劑的抗磨蝕性能并不突出。一旦內(nèi)部耐磨涂層磨損，泵殼將會加速磨蝕。因此選擇抗磨蝕效果好的內(nèi)部涂層是提高泵抗磨蝕能力的必要選擇。目前國內(nèi)外油漿泵內(nèi)部涂層材料主要有擴散涂層、碳化鎢涂層和鎳、鉻、鈷、硼各種化合物涂層，但不同情況下不同涂層的抗磨蝕效果并無定論。針對油漿泵的運行現(xiàn)狀，裝置嘗試了一種新噴涂材料--鈷鉻鉬合金。該合金以鈷作為基體，鈷、鉻、鉬元素含量分別為48%、20%、28%，其他元素占4%，硬度為HRC55。鈷鉻鉬合金的基本元素為鈷，鈷在高溫下是面心立方結(jié)構(gòu)，堆跺層錯能較低；鉻固溶于鈷，不僅提高了基體強度和材料抗高溫氧化能力，而且較高的鉻含量也提高了合金的抗磨蝕性能；鉬的原子尺寸比鈷大，固溶于鈷，是位錯流動的壁障，進一步提高了基體強度，同時還提高了合金的高溫性能。該涂層具有強度高、耐磨性好、耐高溫及耐腐蝕等特點，也是高溫高壓閥門、燃氣輪機渦輪葉片和發(fā)動機氣門的常用材料。重油催化裂化聯(lián)合裝置油漿泵介質(zhì)溫度高達350℃，過流部位沖刷磨蝕嚴重，鈷鉻鉬合金涂層的應用確實提高了油漿泵的抗磨蝕壽命，但并未達到預期效果，磨蝕問題沒有得到根本解決。

3.2采用新型全襯里油漿泵

油漿泵的類型主要包括3類：未加保護措施的工藝流程泵，一般采用不銹鋼材料；經(jīng)改進的工藝流程泵，泵的過流表面采用硬質(zhì)涂層；全襯里油漿泵，采用可更換的鑄造硬質(zhì)金屬襯里，并用耐磨蝕螺栓緊固高鉻合金零件。在更換內(nèi)部涂層效果不明顯的情況下，采用高硬度全襯里油漿泵，是裝置提出的新嘗試。新型全襯里油漿泵采用雙殼體結(jié)構(gòu)。外殼體承壓，材料為ZG1Cr13，設計溫度為378℃，具有足夠的壁厚和良好的高溫性能。內(nèi)殼體使外殼體免受流體沖刷，解決了外殼體不耐磨蝕的缺陷，使泵在改善剛性、抵抗熱應力方面的能力增強，有效提高了外殼體的使用壽命。內(nèi)殼體和葉輪采用高抗磨高鉻合金鑄鐵KmTBCr15Mo2，硬度為HRC50-58，保證了過流部位的表面硬度。內(nèi)外殼體采用螺栓連接，磨蝕后可以單獨或全套更換，維修簡單易行。

4結(jié)束語

年產(chǎn)300萬噸重油催化裂化聯(lián)合裝置油漿泵磨蝕嚴重，應盡可能提高油漿泵本身的抗磨蝕能力來提高油漿泵使用壽命。針對油漿泵運行現(xiàn)狀，裝置嘗試了更換新的超硬內(nèi)部涂層，但未達到預期效果。使用新型全襯里油漿泵代替現(xiàn)有油漿泵，從相關單位使用效果來看，可以大幅提高油漿泵的抗磨蝕壽命。

參考文獻

[1]楊旭.循環(huán)油漿泵的布置及配管特點[J].山東化工，2017（13）：115-117+122.

（作者單位：勝利油田石油化工總廠重油催化車間）