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1、催化裂化再生器旋风分离系统 应用中的一些问题 刘宗良 中国石油天然气集团华东设计院(山东省青岛市266071) 摘要:介绍了催化裂化装置旋风分离器在应用中存在的一些问题:在设计方面,旋风分离器的筒体壁厚、 料腿 直径、 翼阀的型式及安装位置、 布置方式等选择不当;在制造与安装方面,不符合规范要求;在装置停工检修时,不 对旋风分离器进行检查和维修或更换,达到使用寿命后也不更换等。提出了相应的解决办法。 关键词:旋风分离器 设计 制造 安装 检修 催化裂化装置 再生器 催化裂化装置再生器旋风分离系统运行正常 与否,直接关系到装置的长周期安全运行和经济 效益。笔者两年来参加了几套旋风分离系统催化 剂
2、跑损事故的调查,从调查情况看,这些事故基本 上都是由于旋风分离系统在设计、 制造和使用等 方面存在的问题所致,使装置的催化剂单耗较高, 个别装置甚至因催化剂大量跑损而被迫停工,造 成巨大的经济损失。 1 设计方面 1.1 旋风分离器筒体壁厚 在掺炼渣油或重油的催化裂化装置中,再生 器内温度在正常情况下已达700,所以当旋风分 离器筒体直径超过1 000 mm时,其壁厚应适当加 厚,一般均取10 mm ,顶板厚度取16 mm左右,目的 是增加高温下的刚性,防止高温变形。实际上 1985年以后,各设计院设计的旋风分离器都适当 加厚了。但一些重复利用的旋风分离器或由工厂 设计部门设计的直径在1 20
3、0 mm以上的旋风分离 器,其壁厚仍在6.06.5 mm ,有的顶板也未加厚。 这种薄壁的设备,在温度高达700 的环境下长期 操作,筒体就会变形。变形产生的径向挤压力,会 损坏衬里,衬里轻则爆皮,重则整块脱落。衬里内 表面凹凸不平,气流进入旋风分离器后阻力增加, 使沿器壁流动的固体催化剂粒子反弹进入中心而 被带入烟气中,严重影响分离效率。如果旋风分 离器顶板太薄,升气管焊在顶板上,由于旋风分离 器本身重量及热应力的作用,顶板产生变形,造成 升气管与筒体和锥体不同心,内外旋流偏转,将已 分离下来的固体颗粒重新卷进排气管带出。壁厚 选择不当,不仅影响分离效率,同时变形严重会使 旋风分离器失效,缩
4、短使用寿命。这是值得重视 的一个问题。 1.2 旋风分离器料腿的直径 对不同型式再生器,旋风分离器料腿的直径 也应不同,应慎重选择。常规再生器,由床层带入 旋风分离器的催化剂颗粒浓度较高,一般在10 kg/ m3左右,最高的达到18 kg/ m3。如此高的入口 浓度,当旋风分离器直径为1 2001 300 mm时, 一级料腿直径选400450 mm为好,二级料腿直 径选200250 mm为好。这样可以使一级料腿的 催化剂质量流速在400 kg/ (m2 s) 左右,二级料腿 的催化剂质量流速在100 kg/ (m2 s) 左右。当再生 器采用带烧焦罐、 烧焦罐出口带有粗旋风分离器 时,床层进入
5、旋风分离器的催化剂颗粒浓度通常 在23 kg/ m3。此时纵然旋风分离器直径仍然在 1 2001 300 mm ,其一、 二级料腿直径也应当适当 减小,以保证一定的催化剂质量流速,并在料腿内 快速建立料封。但有的装置却在带烧焦罐、 有粗 旋风分离器的再生器内,一级料腿直径采用450 mm ,二级料腿直径采用250 mm。按此尺寸的料腿 计算,一级料腿的催化剂质量流速一般不小于100 kg/ (m2s) ,二 级 料 腿 的 催 化 剂 质 量 流 速 小 收稿日期:2004 - 02 - 18。 作者简介:教授级高级工程师,1964年毕业于北京石油学院 化工机械专业,长期从事炼油设备设计工作。
6、 炼 油 技 术 与 工 程 2004年9月 PETROLEUM REFINERY ENGINEERING 第34卷第9期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/ 于10 kg/ (m2 s) 。假使二级料腿为平衡压力降需 要2 500 mm的料封高度,一级旋风分离器的入口 浓度为3 kg/ m3、 效率为0. 99 ,则二级旋风分离器 的入口浓度为0. 03 kg/ m3;入口烟气量假定为5. 5 m3/ s那么要达到2 500 mm的料封高度则需时 3
7、56. 8 s ,这还是在翼阀严密不漏的状态下。在操 作时实际上料腿有轻微的振动、 翼阀阀板微开,所 以要达到完全料封可能需要更长时间。因此对于 有粗旋风分离器的再生器,一、 二级旋风分离器的 料腿直径适当减小,对实现料封、 减少催化剂跑损 是有利的。 1.3 翼阀型式及安装位置 翼阀的型式和翼阀在床层的位置由于再生器 型式不同应有区别。对于常规再生,由于没有粗 旋风分离器,进入一级旋风分离器烟气的含尘浓 度高,一级料腿底部采用防倒锥结构,二级料腿采 用翼阀。如果料腿插入密相床,应采用全履盖翼 阀;如果翼阀放在稀相床,应采用半覆盖翼阀,位 于床层流化稳定段。翼阀的阀板应与阀体口贴合 严密,起到
8、单向阀作用。料腿长度一定要经过计 算,保证有足够的长度。采用上述措施才能防止 气体倒窜,避免旋风分离系统失效。 对于带烧焦罐带粗旋风分离器的再生器,有 一个二密相床,该床层几乎不起烧焦作用,床层藏 量及床层高度均要控制,因藏量太大会使催化剂 失活。二密相床的床层流动速度,一般在0. 15 0.20 m/ s。由于进入一、 二级料腿的催化剂量少, 为防止气体返窜,一、 二级料腿底部均应设置全覆 盖型翼阀,并埋入密相床层,其位置在床层稳定 区。二密相床器壁通常有几个大的开口,催化剂 床面会形成漏斗状,一、 二级翼阀必须错开开口 区,要保证翼阀被催化剂封住。如果要把二级翼 阀放在稀相床层,其翼阀必须
9、具有良好的工作状 态,并保证翼阀的安装角度在68 。因为带粗旋 风分离器的再生器,二级料腿内催化剂质量流速 实在太小,很难在短时间内建立起料封,翼阀位于 稀相,如工作状态不好,极易使气流倒窜,造成催 化剂跑损。 1.4 旋风分离器的布置 在再生器内,旋风分离器应等角度均匀布置, 以保证固定各级料腿的拉杆尺寸相等,在高温下 热膨胀量也相等,这样才会使翼阀的安装角不变。 如果拉杆长短不一,在高温条件下膨胀量不一致, 将造成翼阀的工作状态不一致,严重时可能出现 个别翼阀关不严。 2 制造安装方面 旋风分离器系统一般包括旋风分离器、 料腿、 翼阀和拉杆。其中旋风分离器和翼阀通常由专业 制造厂家生产,料
10、腿和拉杆在生产现场制作。 2.1 旋风分离器 在国内,旋风分离器有专门制造厂家,他们根 据设计图纸要求,均制订了制造技术条件和专用 工装,因此对设计提出的公差要求一般均能满足。 关键问题是由于旋风分离器总体尺寸较长,一般 均为分段交货,在现场由安装公司在再生器内组 对,但器内空间有限,旋风分离器个数又多,施工 条件较差,质量不易保证。现场组对的关键部位 是:一、 二级旋风分离器出入口的连接、 灰斗与旋 风分离器锥体的连接,二级出口与集气室的连接, 以及一级旋风分离器与吊挂或吊杆的连接等。这 些连接部位焊接或螺栓连接后,应符合SH3504 2000标准中有关旋风分离器系统的相关要求。重 点是各焊
11、口的密封性、 相关部件的同轴度和旋风 分离器组装焊接后的垂直度要求。这些要求对影 响旋风分离器的分离效率至关重要,必须严格 保证。 2.2 衬 里 衬里质量的好坏直接影响旋风分离器的效率 和寿命。衬里应按 “隔热耐磨混凝土衬里施工规 范”(SH3531)进行施工和验收,关键要抓住龟甲网 的敷设质量:龟甲网的接合处必须焊接牢固;龟甲 网的平整度不得超标;龟甲网安装后结扣的间隙 及错边高度均不得大于0. 5 mm;龟甲网与设备壁 必须焊牢,每排网孔应隔孔进行焊接,焊缝长度不 得小于20 mm ,龟甲网端头应全部与设备焊牢。龟 甲网的材质必须与旋风分离器筒体匹配,线膨胀 系数也应一致。 耐磨衬里的施
12、工应注意每次填入龟甲网内的 材料面积不宜过大,并一次填满,逐孔捣实。衬里 表面与龟甲网平齐,突出高度不得大于0.5 mm ,龟 甲网的面积之和不得大于衬里总面积的5 %。不 允许衬里高度低于龟甲网,使龟甲网露出。衬里 表面应平整、 密实,不得有扒缝等缺陷。用0. 5 kg 手锤轻轻敲击检查,其声音应坚实、 清脆、 不允许 有 “空鼓声” 和衬里块松动。 91第9期 刘宗良.催化裂化再生器旋风分离系统应用中的一些问题 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/
13、衬里施工完后应按规范进行养护和热处理, 热处理时应做好记录并绘制热处理曲线,降温时 严禁强制冷却。搬运时应轻拿轻放,禁止锤击和 摔跌,不得在已衬里的设备上起吊重物。 2.3 翼 阀 为保证翼阀的单向阀作用,翼阀必须按图纸 要求进行制造,阀体斜管端面应加工平整,表面粗 糙度(Ra)为1. 6m;折翼板表面应加工平整,与 阀体接触部分Ra为1. 6m ,其局部间隙不应大 于0.05 mm;折翼板与固定板间隙应符合图样要 求,两对口面应加工平整,Ra为1.6m ,对接口无 间隙;吊环孔边缘应呈圆形,孔与吊环间的间隙不 得小于3 mm ,吊环应圆滑,接口处应磨光,Ra为 3.2m;折翼板应开启灵活,用
14、手拨动后能自由下 落闭合,并密贴无缝隙;折翼板中心与阀体中心应 重合,其允许偏差为5 mm。按上述要求制造完 后,制造厂应按标准SH35042000的附录A“翼阀 冷态试验方法” 提供翼阀冷态试验安装角度的报 告。这些要求对成品翼阀必须达到。 为保证翼阀有良好的工作状态,应在旋风分 离器和料腿安装完且其垂直度经测定合格后,方 可安装翼阀。应按制造厂冷态试验安装角度进行 安装,保证安装完后,其折翼板与垂直线的夹角维 持在58,并检查折翼板开关灵活度。 3 检修与寿命 3.1 检 修 笔者认为,不论主装置正常停工还是临时停 工,都要对旋风分离系统进行详细的检查。检查 的重点是:各焊口处是否有裂纹;
15、旋风分离器本体 有无变形,垂直度和同轴度是否超标;衬里完好程 度;料腿变形程度;拉杆焊缝是否开裂;翼阀的安 装角度,阀体和阀板的密合是否紧密,接触面是否 磨损;吊环转动是否灵活;料腿内是否通畅等。如 发现问题,应按有关规定更换或修补,对上述内容 应逐项检查并记录变化情况。凡是修补后仍达不 到技术要求的应更换,不能凑合着用。有的旋风 分离器内衬里已大部分脱落和掉皮仍在使用,剂 耗当然就高了。 3.2 寿 命 由于旋风分离系统长期在高温下操作,又承 受高速气流和固体颗粒的冲刷和磨损,工作条件 十分苛刻,很容易造成局部或大部损坏。再生器 内旋风分离器寿命一般为56 a ,即使筒体部分 完好,但衬里大
16、部分爆皮或脱落,也算损坏。经过 较长时间使用的衬里,修理起来十分困难,修复后 其质量也不易保证。当整个系统操作56 a后, 如发现剂耗较高,应该予以更换。翼阀的寿命主 要是阀板和阀口磨损,一般3年左右应予以更换。 (编辑 杨金鹏) PROBLEMS IN APPLICATION OF FCC UNIT REGENERATOR CYCLONE SEPARATION SYSTEM Liu Z ongliang Huadong Design Institute , China National Petroleum Corporation ( Qingdao , Shandong266071) Abs
17、tract Problems existing in the application of FCC unit cyclone are expounded. In design , inappropriate se2 lection of cyclone body wall thickness , dipleg diameter , flutter valve type and the installation position are main problems. As for the manufacturing and installation , the specification req
18、uirements have not been met. The cyclone was not inspected and maintained during the unit shout2down , even without replacement after the cyclone service life has been reached. Countermeasures have been proposed. Keywords cyclone , design , manufacture , installing , servicing , catalytic cracking unit , regenerator 02炼 油 技 术 与 工 程 2004年第34卷 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/