異丁烷脫氫反應(yīng)器原料氣分配器和提升管檢修

何元慶

摘 要：介紹天億石化異丁烷脫氫裝置試生產(chǎn)期間，異丁烷脫氫反應(yīng)器出現(xiàn)催化劑循環(huán)量不足和異丁烷單程轉(zhuǎn)化率達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，處理能力達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的情況。在裝置檢修過(guò)程中對(duì)原料氣分配器、提升管十字分配器和限位支撐存在的問(wèn)題進(jìn)行原因分析，并就采取的一系列改進(jìn)措施有效性進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：異丁烷脫氫;反應(yīng)器;原料氣分配器;提升管;改進(jìn)措施

0 引言

天億石化10萬(wàn)t/a異丁烷脫氫裝置于2019年3月建成投產(chǎn)，到2020年2月，裝置因內(nèi)、外因素等不同原因停工4次。每次停工都打開(kāi)反應(yīng)器進(jìn)行檢查，并有不同程度的檢修，主要是對(duì)反應(yīng)器內(nèi)器壁、內(nèi)件襯里脫落的拆除和修復(fù)，以及內(nèi)件振動(dòng)、沖刷造成的焊縫開(kāi)裂修復(fù)、加固等。本文僅對(duì)2020年2月停工檢修中反應(yīng)器原料氣分配器、提升管十字分配器、限位支撐的焊縫開(kāi)裂、脫落原因進(jìn)行分析，并就采取的一系列改進(jìn)措施有效性進(jìn)行論述。

1 異丁烷脫氫工藝簡(jiǎn)介

目前國(guó)內(nèi)外成功工業(yè)應(yīng)用的異丁烷脫氫工藝有固定床、移動(dòng)床、流化床三類。上海河圖工程股份有限公司開(kāi)發(fā)的流化床烷烴脫氫工藝，采用中科院蘭州化學(xué)物理研究所流化床烷烴脫氫催化劑，類似FCC雙器流化床反應(yīng)--再生技術(shù)。該工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：①催化劑對(duì)異丁烯選擇性高，耐磨損、機(jī)械強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低;②流化床反應(yīng)器與固定床反應(yīng)器相比，可以實(shí)現(xiàn)在較高溫度下長(zhǎng)周期穩(wěn)定操作，異丁烯選擇性高，處理能力大，反應(yīng)溫度控制容易等。

異丁烷脫氫工藝中，反應(yīng)器和再生器是該工藝的核心設(shè)備，鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，天億石化使用該烷烴脫氫工藝，其反應(yīng)--再生部分流程簡(jiǎn)述如下：

來(lái)自原料預(yù)處理部分的異丁烷組分與來(lái)自MTBE單元返回的循環(huán)異丁烷混合后送至原料分液罐氣化，原料氣與反應(yīng)油氣換熱后進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，加熱至反應(yīng)溫度后進(jìn)入流化床反應(yīng)器，與高溫催化劑逆流接觸進(jìn)行脫氫反應(yīng)。

積炭的待生催化劑自反應(yīng)器床層和旋風(fēng)分離器料腿進(jìn)入汽提段，在此汽提催化劑所攜帶的油氣，汽提后的催化劑沿待生輸送管經(jīng)待生滑閥進(jìn)入再生器。在再生器內(nèi)與向上流動(dòng)的主風(fēng)接觸，完成催化劑的燒焦再生。再生催化劑經(jīng)再生輸送管經(jīng)再生滑閥返回反應(yīng)器，在氮?dú)獾奶嵘?，完成催化劑加速、分散過(guò)程，然后與原料氣接觸。

2 檢修前反應(yīng)器存在的問(wèn)題

2.1 工藝參數(shù)異常

①建成進(jìn)入試生產(chǎn)階段以來(lái)，頻繁的出現(xiàn)催化劑循環(huán)量不足的情況;②異丁烷單程轉(zhuǎn)化率達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，處理能力達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

2.2 反應(yīng)器內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題

①原料氣分配器襯里脫落嚴(yán)重，原料氣分配器支管多處磨穿，多個(gè)噴嘴磨損嚴(yán)重，支管端部堵板角焊縫開(kāi)裂;②提升管十字分配器襯里脫落，提升管的四根限位角鋼有2根脫落、1根彎曲變形。

3 存在問(wèn)題原因進(jìn)行分析

結(jié)合運(yùn)行期間存在的工藝異常情況和反應(yīng)器內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，經(jīng)與原設(shè)計(jì)院多次討論分析，原因主要有以下幾點(diǎn)：①原料氣分配器噴嘴通量小，原料氣噴出速度大，支管末端采用角焊縫焊接堵板，焊接強(qiáng)度不足，反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)堵板角焊縫開(kāi)裂，造成原料氣沖刷到提升管，原料氣分配器和提升管都產(chǎn)生振動(dòng)、原料氣分配器襯里脫落;②提升管的結(jié)構(gòu)為頭重腳輕，反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)催化劑沖刷、提升管的振動(dòng)大，造成十字分配器襯里脫落，提升管振動(dòng)造成四根限位角鋼受力過(guò)大，部分角焊縫開(kāi)裂、限位角鋼掉落和彎曲變形;③反應(yīng)器內(nèi)件襯里、提升管限位支撐等大件物體掉落，卡在下方的原料氣分配器和所提段棚欄上，造成反應(yīng)器內(nèi)催化劑出現(xiàn)流化、堵塞通道，引起催化劑循環(huán)量不足，從而導(dǎo)致異丁烷單程轉(zhuǎn)化率達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，處理能力達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

4 改進(jìn)措施及有效性分析

通過(guò)分析造成反應(yīng)器工藝參數(shù)異常和內(nèi)件損壞的原因，主要從減少振動(dòng)、加強(qiáng)焊接質(zhì)量及內(nèi)件支撐受力強(qiáng)度方面，研究制定了多項(xiàng)針對(duì)性改進(jìn)措施，并進(jìn)行了改進(jìn)施工。

4.1 反應(yīng)器原料氣分配器改進(jìn)

由于原原料氣分配器存在問(wèn)題較多，本次檢修改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行整體更換，圖1為原料氣分配管改進(jìn)前的結(jié)構(gòu)，圖2為原料氣分配管改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)。

①擴(kuò)大噴嘴的通徑大小，減少噴嘴數(shù)量，同時(shí)改進(jìn)噴嘴的分布方式和原料氣噴射方向，減少原料氣噴射對(duì)噴嘴的磨損和噴射作用力造成的原料氣分配管振動(dòng);②在原料氣分配器支管下方增加與主管連接的弧形支撐管，支撐并減小支管振動(dòng);③原原料氣分配器存在支管末端堵板角焊縫開(kāi)裂的情況，改進(jìn)為末端采用成品管帽對(duì)焊焊接，保證其焊接質(zhì)量和強(qiáng)度。

4.2 提升管十字分配器和限位支撐改進(jìn)

由于提升管振動(dòng)大，本次檢修增加了對(duì)十字分配器的限位措施及提升管原限位支撐型式進(jìn)行改進(jìn)和加強(qiáng)。圖3為提升管十字分配器和限位支撐改進(jìn)前的結(jié)構(gòu)，圖4為提升管十字分配器和限位支撐改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)。

①十字分配器增加假管，在器壁上增加4組限位板，限制提升管頂部十字分配器的振動(dòng)位移量;同時(shí)分配管支撐由原來(lái)的斜三角支撐方式修改為90度弧形支撐，起支撐、減振作用;②原提升管限位支撐是在器壁生根，用4根角鋼（末端焊接護(hù)板）懸挑限位，本次修改為4組槽鋼懸挑（末端焊接限位管）限位，加強(qiáng)其受力強(qiáng)度和改進(jìn)受力方式。

5 結(jié)語(yǔ)

異丁烷脫氫裝置反應(yīng)器各種技術(shù)和使用項(xiàng)目很多，也有同類反應(yīng)器存在相似的問(wèn)題。天億石化經(jīng)過(guò)多次的停工檢查、檢修，通過(guò)不斷的討論、經(jīng)驗(yàn)積累和摸索，對(duì)造成反應(yīng)器工藝參數(shù)異常和內(nèi)件結(jié)構(gòu)損壞的原因已有較充分的撐握。本文借檢修之機(jī)會(huì)，分享本次制定和實(shí)施的針對(duì)性改進(jìn)措施，以期達(dá)到改善催化劑循環(huán)量、提高異丁烷單程轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)能，保證反應(yīng)器長(zhǎng)周期穩(wěn)定操作的效果。

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