催化裂化裝置原料油噴嘴在線疏通新技術(shù)介紹

張軍軍

(中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207)

某煉化公司340萬t/a催化裂化裝置采用KH型原料油噴嘴，10組對稱布置。該裝置完成停工檢修后，在開工初期，出現(xiàn)處理量受限的情況。通過采取油路提壓、調(diào)整油汽比等措施進行調(diào)整，最高也只能達到設(shè)計加工量的94%。

分兩個階段對上述問題進行排查。首先是通過噴嘴前壓力、噴嘴本體聲音、溫度判斷可能出現(xiàn)堵塞的噴嘴，然后再對可疑的噴嘴進行單組切出試驗。將試驗結(jié)果與處理量數(shù)據(jù)進行比對，確認是兩路噴嘴堵塞引起的。

催化裂化裝置是國內(nèi)汽柴油的主力加工裝置，而沉降器原料油噴嘴是催化裂化裝置的原料油進料噴嘴。若噴嘴堵塞，會造成原料油霧化效果下降、加工量低、收率低、結(jié)焦增加等諸多問題,嚴重時甚至需停工處理。因此，亟需一種可行的噴嘴在線疏通方式，以應(yīng)對上述問題。

1 噴嘴類型

催化裂化裝置使用的沉降器原料油進料噴嘴主要型式有CS型、KH型、BWJ型、CCK型、UOP型等。其中廣泛使用的是洛陽森德石化有限公司生產(chǎn)的CS型噴嘴和北京科力青科貿(mào)有限公司生產(chǎn)的KH型噴嘴。

CS型噴嘴與KH型噴嘴都具有操作彈性大、霧化效果好、低霧化蒸汽比等特點。其中CS型噴嘴傾斜45°安裝，兩路進汽，多級霧化，采用鴨嘴式噴頭;而KH型噴嘴傾斜37°安裝，一路進汽，單級對稱雙霧化噴口，采用豬鼻式雙孔噴頭。兩種噴嘴示意分別見圖1和圖2。

圖1 CS型噴嘴

圖2 KH型噴嘴示意

2 堵塞問題

2.1 堵塞原因

原料油噴嘴堵塞多發(fā)生在開工初期或緊急停工后重新開車階段。堵塞主要原因有：

1)檢修期間噴嘴保護不力，施工雜物或焦塊進入噴嘴，卡住流道。

2)開工催化劑流化階段，噴嘴保護蒸汽或保護風(fēng)不足，催化劑反串進入噴嘴。進油后，油與催化劑混合和泥，堵塞噴嘴通道。

3)油路管道內(nèi)沉淀物多，開工初期帶進噴嘴，引起不暢。

4)緊急停工時，未及時投入保護蒸汽，催化劑下落進入噴嘴，停工后未予疏通。

5)投用初期噴嘴內(nèi)部結(jié)焦。

2.2 堵塞部位

從噴嘴結(jié)構(gòu)上看，主要可分為油路、汽路、油汽混合腔及噴頭。純粹的蒸汽、原料油流動性好，并不會使噴嘴發(fā)生堵塞。而催化劑、焦塊或檢修期間施工雜物是從噴頭孔進入油汽混合腔的，故絕大多數(shù)噴嘴堵塞部位都是在油汽混合口至噴頭中間段。開工催化劑轉(zhuǎn)劑階段，在噴嘴無風(fēng)保護時，也可能會有部分催化劑進入到噴嘴汽路。

2.3 堵塞程度

堵塞程度分為局部堵塞和完全堵塞。局部堵塞大多為施工雜物、焦塊進入混合腔，卡住部分流道所致，能維持噴腔內(nèi)部正常流速的情況下，一般堵塞物會被逐漸磨損，自行疏通。完全堵塞指不能流動或流動量微小，無法依靠自身流體的沖刷性帶走堵塞物的情況。若發(fā)生嚴重堵塞，時間一長就會造成噴嘴內(nèi)部結(jié)焦。從試驗情況看，上述兩組噴嘴屬于完全堵塞。

3 現(xiàn)有在線處理技術(shù)

催化裂化裝置停開工、檢修時間長，相應(yīng)的經(jīng)濟損失較大。以300萬t/a催化裂化裝置為例，緊急停開工檢修1次需7 d左右，損失超千萬元，且停開工過程本身安全、環(huán)保風(fēng)險也較大。因此，實現(xiàn)噴嘴的在線疏通、避免裝置非正常停工是十分必要且緊迫的任務(wù)。目前在線處理噴嘴堵塞的方法歸納起來主要有以下幾種：

1)外部物理敲擊。用大錘對噴嘴外部不同部位進行敲打，配合管道內(nèi)部自身的壓力，震落或震松堵塞物。由于高溫下催化劑油泥會變脆，更容易松動，因此也可配合外部烘烤。這種方法通常只在堵塞初期或堵塞距離短的情況下有效果。

2)利用高壓介質(zhì)頂管。通過閥前法蘭配管，引壓力更高的蒸汽、水等介質(zhì)，利用其高壓進行疏通；或連接臨時打壓泵打壓進行疏通。這種方法的最高可使用壓力受到管件承壓能力的限制，在堵塞嚴重時，也很難起到效果，更無法完全疏通。

3)溶劑油浸泡。該方法效果不明顯，且局限性大。首先，因堵塞介質(zhì)不同，溶劑油的選擇比較困難。另外，局部堵塞時，會有大量溶劑油進入沉降器內(nèi)；而完全堵塞時，溶劑油又難以完全穿透堵塞層。

4)切出不處理。這種方法需同時停用對噴的另一組噴嘴，犧牲了處理量及霧化效果，對產(chǎn)品收率也有不良影響。可選擇將提升管上部回?zé)捰秃陀蜐{回?zé)拠娮旄臑樵蠂娮斓姆绞酵旎夭糠旨庸ち繐p失，但該方式在多個噴嘴堵塞時不適用。

4 原料油噴嘴在線疏通技術(shù)

4.1 原料油噴嘴在線疏通技術(shù)簡介

本文案例結(jié)合帶壓開孔技術(shù)及高壓清洗技術(shù)，開創(chuàng)了原料油噴嘴在線疏通的新方法。這種新方法首先要找到能直線到達堵塞部位的清洗路徑，并進行帶壓開孔，然后制作專用填料函，使用水槍及噴頭逐漸往里清洗，一步步疏通噴嘴。該方法能疏通絕大多數(shù)堵塞物，且不受堵塞距離、堵塞部位的影響，可用于完全堵塞、局部堵塞情況，應(yīng)用范圍廣，疏通效果好。

4.2 主要步驟

全程主要采取了以下技術(shù)手段。

4.2.1 確定疏通路徑

因高壓水槍桿是硬管，因此，采用水槍制作的清洗工具，需要找到能直線到達堵塞位置的開孔點。圖3 中藍色圓點為選定的開孔點，圖4為開孔位置的放大圖。若堵塞距離長或多處堵塞，1個開孔點水槍桿不能到達時，可另找位置增加開孔點。

圖3 開孔點位置示意

圖4 開孔位置結(jié)構(gòu)示意

4.2.2 選定帶壓開孔的工具及方法【1】

由于本文案例中帶壓開孔位置位于彎頭上，而小彎頭上補強板無法安裝，因此采用馬鞍短節(jié)與之連接。短節(jié)與彎頭的焊縫為角焊縫，需保證焊縫高度飽滿，另外還加焊了3個加強筋板。帶壓開孔方式根據(jù)開孔點位置而定，本文案例中應(yīng)用了管道帶壓開孔技術(shù)。帶壓開孔本身的技術(shù)要求，這里不再贅述。

4.2.3 選定清洗水槍尺寸和噴頭的型式

本文案例中疏通的催化裂化裝置KH型原料油噴嘴結(jié)構(gòu)見圖5。需清洗部位為原料油、蒸汽混合口，混合腔及擴散段，最小喉徑為25 mm。故選用φ14 mm水槍桿，環(huán)型、直噴型兩種噴頭【2】。

圖5 KH型噴嘴結(jié)構(gòu)示意

4.2.4 制作專用填料函體

使用高壓水槍對帶壓系統(tǒng)內(nèi)部進行水力清洗時，需要專用的密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在線處理時的密封、排放、檢查。

本文案例中的密封函【3】專門針對高壓水槍的結(jié)構(gòu)制作，能滿足在線清洗時的密封，防止介質(zhì)倒串;此外，還設(shè)置了導(dǎo)淋口，可用于排放及檢查。

專用密封填料函技術(shù)特點如下：

1)與高壓水槍桿外徑匹配的截流孔徑?？刂平亓骺着c高壓水槍桿的配合尺寸，使截流孔徑比高壓水槍外徑略大，這樣既能保證高壓水槍的通過性，又能起到一級節(jié)流作用。

2)填料函尺寸及填料安裝方式。選用方形石墨填料，根據(jù)水槍桿及填料尺寸設(shè)計填料段內(nèi)徑，并根據(jù)內(nèi)部壓力設(shè)計合理的填料段長度。安裝填料時，先放入高壓水槍桿，然后逐圈壓緊填料，最后安裝填料壓蓋。作業(yè)過程中可通過調(diào)節(jié)填料壓蓋螺栓來松/緊填料。

3)設(shè)置排凝口及密封氣口。排凝口用于清洗時的排水及拆除填料函前的檢查、泄壓。密封氣口可選擇性設(shè)置，在允許外部氣體進入系統(tǒng)內(nèi)部時可使用。保護氣可選用氮氣等氣體，用于對內(nèi)部介質(zhì)的密封。操作時可打開保護氣，調(diào)節(jié)其壓力至略高于內(nèi)部介質(zhì)壓力。略開排凝閥，當(dāng)排出的氣體為保護氣時，即可達到保護內(nèi)部介質(zhì)不外漏的目的。填料函示意見圖6。

圖6 填料函示意

4.3 清洗過程控制

本文案例中催化裂化裝置使用該填料函體，完成了原料油噴嘴的在線疏通。案例中的內(nèi)部介質(zhì)溫度超過600 ℃，作業(yè)過程中該填料函體能完全密封內(nèi)部介質(zhì)，并確保作業(yè)過程安全。

清洗設(shè)施連接示意如圖7所示。清洗過程如下：關(guān)閉原料油路閥門，關(guān)小蒸汽路閥門，使蒸汽壓力略高于沉降器內(nèi)壓力；打開填料函保護氮氣，略開填料函導(dǎo)淋閥；打開帶壓開孔新增的切斷閥，推進水槍桿至需要清洗部位(需要事前在水槍桿上做好標記，以確定噴頭實際到達的位置)，進水清洗；清洗過程中可開大填料函導(dǎo)淋閥排水，排水量大時，需要間斷清洗，避免因排水不及而導(dǎo)致內(nèi)部憋壓；清洗完畢后，將水槍退至切斷閥外(清洗前測量位置并做好標記)，關(guān)閉切斷閥；關(guān)閉填料函保護氣，拔出水槍。根據(jù)需求，可更換不同型式的噴頭(前噴、斜噴、側(cè)噴等)，進行多次疏通。根據(jù)需求，還可選用不同等級的清洗壓力。施工區(qū)域應(yīng)注意通風(fēng)。

圖7 清洗設(shè)施連接示意

5 在線疏通實施效果

5.1 實施前后對比

在線疏通實施前，該催化裂化裝置處理量380 t/h(設(shè)計最大值440 t/h，正常值404 t/h)，噴嘴前油路壓力1.12 MPa，霧化蒸汽9.5 t/h。此時霧化比已降至2.5，繼續(xù)提量還會進一步下降，存在霧化不良的風(fēng)險。此外，噴嘴前油路壓力達1.12 MPa，也已接近原料油泵的最大能力。針對此情況，雖然進行了優(yōu)化操作，并采取了放開副線閥等手段，但收效甚微。經(jīng)過前期測溫、聽聲篩查，判斷出可能發(fā)生堵塞的4個噴嘴并進行切出試驗。結(jié)果顯示，編號為A2的噴嘴切出后處理量只下降了2 t/h，說明其明顯存在堵塞問題。

使用該技術(shù)完成了原料油噴嘴的在線疏通后，在同樣的380 t/h處理量下，噴嘴前油路壓力下降至1.04 MPa，霧化蒸汽提高到12 t/h。經(jīng)分析比對，各參數(shù)均達到設(shè)計點，判斷噴嘴已被完全疏通。

5.2 經(jīng)濟效益

實施后裝置處理量提高至400 t/h，原料加工量增加20 t/h，按油利潤260元/t、裝置年運行時間8 400 h計算，裝置收回效益約4 368萬元/a。

對產(chǎn)品收率及裝置長周期影響，未作數(shù)據(jù)估算。

6 結(jié)語

實踐證明，通過該技術(shù)解決催化裂化裝置原料油噴嘴堵塞的問題是可行有效的。該項技術(shù)除用于催化裂化裝置原料油噴嘴外，還可廣泛應(yīng)用于各類直通型噴嘴疏通，對其他型式噴嘴或其他設(shè)備管道的疏通也具有借鑒意義。該技術(shù)可避免因堵塞造成的停工或低負荷運行，應(yīng)用前景廣闊。