重油催化裂化裝置的長周期運(yùn)行探究

柏鎖柱，姜 石，熊新軍，曾旭東，陳慶坤

（中油國際（哈薩克斯坦）奇姆肯特?zé)捰凸?，北?100034）

1 裝置介紹

中油國際（哈薩克斯坦）PKOP煉油公司（簡稱“PKOP煉廠”）200×104t/a重油催化裂化裝置的設(shè)計(jì)開工時(shí)數(shù)為8 160 h/a，操作彈性為70%~115%，原料為52%的常壓渣油和48%的減壓瓦斯油，殘?zhí)?.5，Ni+V為20.8×10-6，%。裝置長周期實(shí)際加工原料為100%的常壓渣油，殘?zhí)?.9，Ni+Ca+Fe為59×10-6，%。裝置采用RFCC工藝包和FEED設(shè)計(jì)文件。中國石油華東設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)，中國石油工程建設(shè)有限公司哈薩克斯坦分公司承建。

該裝置第1周期連續(xù)安全運(yùn)行1 006 d。2018年8月3日裝置投產(chǎn)，2021年5月6日裝置反應(yīng)切斷進(jìn)料全面停工處理，5月14日裝置交出檢修，裝置進(jìn)行全面大檢修，6月8日裝置進(jìn)入開工階段，6月14日裝置反應(yīng)噴油進(jìn)入第2周期運(yùn)行，此次裝置大檢修用時(shí)40 d。

2 工藝技術(shù)特點(diǎn)

2.1 主風(fēng)機(jī)與煙機(jī)為分軸式機(jī)組

該裝置主風(fēng)機(jī)采用蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，煙氣輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，未設(shè)置備用主風(fēng)機(jī)。主風(fēng)機(jī)和煙機(jī)的采用分軸式機(jī)組結(jié)構(gòu)，主風(fēng)機(jī)與煙氣輪機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)煙氣輪機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常情況時(shí)，主風(fēng)機(jī)依然可以正常運(yùn)行，再生系統(tǒng)主風(fēng)供應(yīng)正常，保障反應(yīng)再生系統(tǒng)正常運(yùn)行。此設(shè)計(jì)避免了因煙機(jī)系統(tǒng)故障而造成的非計(jì)劃停工，開工過程中直接啟用主風(fēng)機(jī)，避免備用主風(fēng)機(jī)切換對系統(tǒng)造成的干擾，減少了備用主風(fēng)機(jī)的投資。

2.2 煙氣系統(tǒng)

煙氣轉(zhuǎn)向閥具有1個(gè)入口，2個(gè)出口，可以實(shí)現(xiàn)煙氣流向的快速切換。再生煙氣系統(tǒng)在余鍋爐入口設(shè)置了1號煙氣轉(zhuǎn)向閥，在余熱鍋爐出口設(shè)置了2號煙氣轉(zhuǎn)向閥，轉(zhuǎn)向后的煙氣通過旁路煙囪排放，煙氣簡易流程見圖1。

圖1 煙氣簡易流程

煙氣流程有3種模式。

（1）余熱鍋爐和煙氣脫硫正常投用；

（2）余熱鍋爐正常投用，煙氣脫硫切出系統(tǒng)，煙氣經(jīng)2號轉(zhuǎn)向閥進(jìn)入旁路煙囪；

甲狀腺乳頭狀癌為發(fā)病率較高的內(nèi)分泌系統(tǒng)惡性腫瘤，分化好，惡性程度較低。其發(fā)病與性別、年齡、碘的攝入等多因素有顯著的相關(guān)性[13-15]。隨著對其研究的不斷推進(jìn)，我國甲狀腺癌的診治逐漸規(guī)范，甲狀腺癌診斷方法由單純使用超聲發(fā)展為影像定位-細(xì)胞病理-分子靶標(biāo)多層次早期診斷體系，診斷過程較為系統(tǒng)，具有科學(xué)性[16]。TPC惡性程度較低，主要治療方案以外科手術(shù)為主。孟曉敏等對甲狀腺乳頭狀癌原發(fā)灶外科治療進(jìn)行meta分析得出：TPC原發(fā)灶外科治療術(shù)后生存率較為可觀，且甲狀腺部分切除術(shù)損傷喉返神經(jīng)或甲狀旁腺發(fā)生率較低[17]。

（3）余熱鍋爐和煙氣脫硫切出系統(tǒng)，煙氣經(jīng)1號轉(zhuǎn)向閥進(jìn)入旁路煙囪。

通過煙氣轉(zhuǎn)向閥的獨(dú)特設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)不停工狀態(tài)下進(jìn)行余熱鍋爐和煙氣脫硫系統(tǒng)的檢修，或余熱鍋爐和煙氣脫硫的運(yùn)行條件不滿足時(shí)，可以局部停產(chǎn)，提高了裝置抗風(fēng)險(xiǎn)能力，保障裝置長周期運(yùn)行。

2.3 全重力流密相外取熱器

為再生器熱量平衡設(shè)置了2臺外取熱器，該外取熱器采用取熱量靈活可調(diào)的全重力流密相催化劑取熱技術(shù)。外取熱器流化風(fēng)使用裝置的非凈化風(fēng)，汽水系統(tǒng)應(yīng)用熱水泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，保證取熱器管束內(nèi)汽水均勻分布［1］。

該取熱器流化風(fēng)用量小，裝置內(nèi)的非凈化風(fēng)系統(tǒng)即可滿足，避免了外取熱器流化風(fēng)機(jī)或增壓機(jī)的設(shè)置，降低了裝置的投資成本。

2.4 VSS快速分離技術(shù)

提升管末端和汽提段內(nèi)置于VSS室內(nèi)，整個(gè)提升管出口快速分離系統(tǒng)和汽提段用筒式容器和擋板與沉降器上部內(nèi)腔分離開，反應(yīng)油氣與催化劑從提升管頂部經(jīng)快分出口進(jìn)入渦流室，在內(nèi)側(cè)做螺旋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在不同的離心力作用下催化劑快速進(jìn)入下部汽提段［2］。有效實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器末端催化劑與油氣快速分離，減少油氣在沉降器內(nèi)的停留時(shí)間，減少了熱裂化等2次反應(yīng)，降低焦炭和干氣產(chǎn)率，提高液體收率。分離的催化劑經(jīng)下部窗口進(jìn)入高效汽提段［3］，與汽提蒸汽逆流接觸，高效汽提擋板能夠改進(jìn)催化劑的停留時(shí)間，汽提蒸汽噴嘴在擋板邊緣沿軸向均勻分布，分3路進(jìn)入擋板下緣，形成汽提段。有效降低生焦量，提高分離效率，同時(shí)減小了汽提蒸汽的用量［4］。

2.5 進(jìn)料霧化噴嘴

原料的霧化效果將影響到產(chǎn)品的分布，以及干氣和焦炭的產(chǎn)率。噴嘴有2路霧化蒸汽，2次霧化蒸汽直接注入到噴嘴的油路管線，增加原料油進(jìn)入噴嘴的線速，增強(qiáng)霧化效果；主霧化蒸汽經(jīng)專用孔道注入噴嘴頂部與原料油混合后進(jìn)入提升管［5］。原料油經(jīng)過噴嘴后形成錐形油霧的小液滴，與主霧化蒸汽接觸后形成粒度分布均勻的霧狀油滴，與催化劑充分接觸，減少了因接觸不均勻而造成的熱裂化反應(yīng)。共設(shè)置5個(gè)噴嘴分布在同一平面，每路進(jìn)料均設(shè)計(jì)了控制閥、流量計(jì)和霧化蒸汽控制器，可以很好的調(diào)控各路原料流量和蒸汽流量，達(dá)到最佳的霧化效果。該噴嘴能夠降低霧化蒸汽的消耗量，達(dá)到最佳的霧化效果，改善產(chǎn)品分布同時(shí)能夠有效的防止結(jié)焦［6，7］。

2.6 預(yù)提升技術(shù)

預(yù)提升介質(zhì)使催化劑在與經(jīng)原料油噴嘴來的油滴接觸前，以環(huán)狀形式向上運(yùn)動(dòng)，為催化劑和油滴均勻接觸創(chuàng)造條件。以干氣作為提升介質(zhì)，可以減輕催化劑水熱失活、降低蒸汽消耗［8］。

2.7 采用SIS邏輯系統(tǒng)

裝置的SIS系統(tǒng)是依據(jù)ANSI/ISA-84.00.01-2004（IEC-61511-1：Mod）《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》設(shè)計(jì)。反再SIS系統(tǒng)主要由輔助燃燒室點(diǎn)火邏輯、反應(yīng)切斷進(jìn)料自保系統(tǒng)、切斷主風(fēng)自保系統(tǒng)、外取熱器切除系統(tǒng)及再生器燃燒油控制系統(tǒng)5部分組成。自保系統(tǒng)和切斷閥的設(shè)置提高了自動(dòng)化程度，在裝置異常狀態(tài)下，切斷主風(fēng)或反應(yīng)切斷進(jìn)料后，裝置能夠完全自動(dòng)進(jìn)入安全退守模式，減少了現(xiàn)場操作過程，避免了裝置在異常狀態(tài)下進(jìn)入安全退守模式不及時(shí)或誤操作造成的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了裝置安全可靠性［9］。

3 存在的問題及措施

根據(jù)催化裂化裝置生產(chǎn)、技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)及裝置工藝、設(shè)備特點(diǎn)，計(jì)算和制作出催化裂化裝置1表2圖（見表1，圖2、3），實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝置開工、自保停車退守、停工。

圖2 沉降器料位

表1 主要操作步驟關(guān)鍵參數(shù)

圖3 沉降器藏量及停留時(shí)間

3.1 隨原油變化優(yōu)化催化劑配方

隨著庫姆科爾原油減產(chǎn)，西哈混合原油比例不斷增加，原料性質(zhì)也不斷變化，PKOP煉廠定期改變催化劑配方，及時(shí)開發(fā)出符合目的產(chǎn)品分布、滿足產(chǎn)品質(zhì)量的催化劑，以解決實(shí)際生產(chǎn)的需求。

3.2 油漿系統(tǒng)局部改造

3.2.1 改造原因分餾塔底工藝包設(shè)計(jì)溫度高達(dá)360℃，投產(chǎn)初期在不同工況下發(fā)現(xiàn)，油漿系統(tǒng)取熱能力偏小，導(dǎo)致分餾塔底溫度偏高、油漿換熱系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行，油漿蒸汽發(fā)生器、油漿換熱器結(jié)垢結(jié)焦，頻繁切除檢修，嚴(yán)重影響裝置安全運(yùn)行和長周期生產(chǎn)。若原料性質(zhì)進(jìn)一步變差，油漿產(chǎn)率高時(shí)，目前油漿系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)的需求，在滿負(fù)荷工況下分餾塔底溫度無法控制在340℃以下，油漿換熱系統(tǒng)容易結(jié)垢結(jié)焦。

3.2.2 實(shí)施措施在油漿外甩冷卻器后串聯(lián)1組冷卻器，冷卻介質(zhì)為循環(huán)水；同時(shí)從重循環(huán)油與原料換熱器后引2~15 t/h的重循環(huán)油至控制閥后，至油漿下返塔；油漿下返塔分配環(huán)增加開口32個(gè)DN25孔，降低壓降，管徑及直徑不變。

3.3 增加機(jī)泵封油及儀表沖洗油系統(tǒng)

3.3.1 改造原因裝置設(shè)計(jì)正常生產(chǎn)輕循環(huán)油直接作為沖洗油，管道內(nèi)輕循環(huán)油儲(chǔ)量無法滿足要求。

3.3.2 實(shí)施措施增加機(jī)泵封油及儀表沖洗油系統(tǒng)，增加10 m3封油罐和2臺封油泵。在輕循環(huán)油沖洗線上增加1分支送至新增的封油罐，封油罐設(shè)置液位控制及高低報(bào)警。封油罐設(shè)置水包，用于分水及排污油，罐頂設(shè)置排空管線，接至火炬系統(tǒng)。封油泵從罐底部抽出，送回輕循環(huán)油沖洗線，泵出口管道設(shè)置返回線，通過調(diào)節(jié)閥控制輕循環(huán)油送出壓力。

3.4 其它措施

（1）裝置開工反應(yīng)噴油后出現(xiàn)噴嘴及噴嘴平臺共振，應(yīng)是原料噴嘴的缺陷，采用關(guān)小5路進(jìn)料噴嘴油路控制閥開度，當(dāng)每個(gè)噴嘴油路和霧化蒸汽壓力相匹配，共振立即消除；

（2）因天氣炎熱穩(wěn)定塔頂空冷負(fù)荷不夠，是裝置滿負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸，通過穩(wěn)定塔頂空冷增加除鹽水噴霧措施，保證了夏季裝置滿負(fù)荷運(yùn)行；

（3）裝置大量采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，不適宜催化裝置使用，目前逐步更換為雙法蘭液位計(jì)；

（4）根據(jù)哈薩克斯坦設(shè)計(jì)規(guī)范，所有機(jī)泵出口必須設(shè)置無液體測量原件，當(dāng)泵出口無液體時(shí)聯(lián)鎖停泵。機(jī)泵出口設(shè)置音叉振動(dòng)開關(guān)，機(jī)泵必須灌滿才能滿足啟泵條件。開工試運(yùn)中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)頻繁誤報(bào)機(jī)泵出現(xiàn)聯(lián)鎖停泵，正常生產(chǎn)已切除機(jī)泵出口音叉振動(dòng)開關(guān)聯(lián)鎖停泵；

（5）雙動(dòng)滑閥供貨商未提供雙動(dòng)滑閥性能曲線，再生壓力控制器和2器差壓控制器未實(shí)現(xiàn)煙機(jī)入口蝶閥、小旁路蝶閥、雙動(dòng)滑閥3分程控制方案。再生壓力控制器和3器差壓控制器采用小旁路蝶閥、雙動(dòng)滑閥2分程控制方案。若煙機(jī)發(fā)電機(jī)組故障聯(lián)鎖，小旁路蝶閥全開、雙動(dòng)滑閥開預(yù)定開度后，恢復(fù)再生壓力控制器和2器差壓控制器控制。發(fā)電機(jī)組發(fā)電功率單獨(dú)由煙機(jī)入口蝶閥控制；

（6）2臺外取熱器本體法蘭先后出現(xiàn)泄漏，及時(shí)進(jìn)行帶壓補(bǔ)漏，保證了裝置正常運(yùn)行；

（7）對SIS中不合理參數(shù)、反應(yīng)溫度、燒焦罐噴燃燒油溫度及密度進(jìn)行了修訂。

4 結(jié)束語

PKOP煉油廠的200×104t/a重油催化裂化裝置長周期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行需高度重視解決裝置實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題，及時(shí)消除運(yùn)行隱患，才能不斷延長運(yùn)行周期。