催化裂化装置关键设备故障分析及对策探析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：宋鑫源（1997），男，汉族，河北石家庄人，大学本科，单位:中石化（天津）石油化工有限公司，助理工程师，研究方向为催化裂化设备管理。-55-催化裂化装置关键设备故障分析及对策探析 宋鑫源 中石化（天津）石油化工有限公司，天津 300271 摘要：摘要：催化裂化是石油化工行业的重要过程，其主要作用是将原油进行催化裂化反应，以此生产出燃料油、汽油、柴油等石油化工产品。但是在催化裂化的过程中，如果设备发生故障，那么就会影响到整个装置的生产，进而影响到化工产品的质量。所以必须对催化裂化装置中的关键设备进行故障分析，及时发现并解决故障问题。本文将对催化裂化装置中的关键设备进行概述，并分析其主要故障类型，提出一些具体的处理措施，希望能够对相关人士有所帮助。关键词：关键词：催化裂化装置；关键设备；故障分析；对策 中图分类号：中图分类号：TE96 0 引言 催化裂化装置的关键设备是反应器、分馏塔和压缩机，催化剂是主要的原材料，它们的失效直接影响催化裂化装置的生产效率和产品质量。因此，对这些设备的故障进行分析研究，可以提高设备的可靠性，延长装置运行周期，从而提高装置的经济效益。工作人员需要分析催化裂化装置中关键设备故障出现原理，并制定解决措施，提高催化裂化装置运行效率。1 催化裂化装置概述 1.1 工艺流程 催化裂化装置一般采用的是重油催化裂化技术，它是以原油为原料，在一定的反应条件下，利用催化剂对重油进行裂化反应，通过改变反应过程中的压力、温度和催化剂浓度来生产汽油、柴油、液化气等多种产品的过程，是目前炼油厂中最重要的加工方法之一，也是炼油工业中最有发展前途的方向之一。催化裂化装置一般分为原料预处理、分馏、转化三部分，原料预处理包括了对原料进行加热、冷却和干燥，通常情况下是采用常压操作，但有时也采用减压操作。分馏部分又分为了原料分馏塔和产品分馏塔，原料分馏塔又包括了预分馏塔和再压塔。转化部分由四个塔组成，分别是粗汽油分馏塔顶、柴油分馏塔顶、中间汽油分馏塔顶和尾油分馏塔底。粗汽油分馏塔顶主要回收液化气和石脑油，柴油分馏塔顶回收轻柴油，尾油分馏塔顶回收柴油，尾油分馏塔顶回收汽油。催化裂化装置的公用工程主要包括加热炉、抽余油脱酸装置、循环氢压缩机等，另外还包括循环泵和循环氢压缩机等。一般情况下催化裂化装置的公用工程系统都是由一套独立的系统组成，包括原料预处理系统、进料预热系统、抽余油脱酸系统、催化裂化装置反应系统和循环氢压缩机等。1.2 关键设备 催化裂化装置的关键设备包括压缩机、循环油泵等。例如压缩机，催化裂化装置中所用的压缩机多为立式轴流压缩机，其主要特点是能够连续运转，生产能力大。装置中使用的压缩机应采用多级压缩，其压力等级可达 60 MPa 以上。根据压缩量不同，压缩机分为单级和多级两种形式，单级压缩的单台功率一般在100 kW 以下，多级压缩的单台功率可达 200 kW 以上。循环油泵是催化裂化装置中最为重要的设备之一，将生产过程中产生的热量带到冷凝系统中，再回到反应器进行反应。循环油泵的主要功能是将加热炉产生的热量带到冷凝系统中进行冷凝、冷却。循环油泵一般由单级压缩式和多级压缩机组成，单级压缩式循环泵只需要一个电机驱动就可以运行，多级压缩机则需要两个以上电机驱动，所以其能耗要远大于单级压缩机。2 静设备故障分析以及解决对策 2.1 反再内构件磨损老化产生机制以及解决对策 在催化裂化装置中，反应系统是最重要的一个系统，直接关系到整个装置的生产过程以及产品质量。所以在进行操作时要注意以下问题，反再系统在运行的过程中，内构件会发生磨损老化问题，主要表现为中国科技期刊数据库 工业 A-56-内件的磨损、变形以及松动、由于油浆泵和空压机等的影响，内构件会产生振动、由于催化剂的原因，内构件会发生堵塞。在运行过程中，如果反再内构件发生磨损老化问题，那么就会导致系统中存在一定的安全隐患问题，严重影响到生产操作。为了避免上述问题的发生，必须要采取措施进行解决，将内件磨损老化的情况进行解决，提高系统中设备的质量，对设备进行定期检查。将油浆泵和空压机等设备进行维修。在操作过程中需要加强对系统的检查和维护，及时发现设备存在的故障问题。另外，加强对系统中设备的检查工作。在检查时需要重点关注设备运行是否正常、是否存在其他异常现象。同时提高操作人员的技术水平。操作人员需要加强对相关技能知识和操作技巧的学习，熟练掌握操作技能，最后就定期对设备进行检查。在设备运行过程中需要定期对设备进行检查，及时发现问题并进行解决。2.2 高温烟道及膨胀节应力开裂产生机制以及解决对策 应力开裂的原因。高温烟道及膨胀节的应力开裂通常是由于热胀冷缩以及温差应力等作用导致的，在长期的热胀冷缩作用下，很容易导致烟道及膨胀节出现变形，进而造成烟道及膨胀节出现应力开裂现象。在实际的应用中，要想减少烟道及膨胀节产生应力开裂现象，就必须要加强对其的管理，及时发现问题并解决问题。其解决对策为：首先，对烟道及膨胀节进行合理设计。设计人员在设计的过程中，可以适当降低膨胀节壁厚，以此来减少由于温差应力带来的影响。其次，严格控制在膨胀节焊接环节中的温度和应力，控制好膨胀节焊接过程中的质量。另外，还要做好安装环节中的质量管理工作，严格按照安装规范进行安装，并对膨胀节进行定期检查和维护。然后做好设备和管道的保温工作。在安装高温烟道及膨胀节时，要对其进行保温处理，以此来降低介质温度对设备和管道所带来的影响，进而减少由于温差应力所带来的影响。最后，做好膨胀节周围环境的控制工作。要定期检查膨胀节周围环境是否存在腐蚀等问题，并且要在膨胀节上悬挂警示牌，以此来提醒工作人员不要靠近膨胀节进行作业。2.3 低温部位腐蚀泄漏产生机制以及解决对策 低温部位的腐蚀泄漏是影响催化裂化装置中关键设备运行效果的重要因素，所以必须要对其进行深入分析，采取有效措施进行解决。其主要原因有以下几点：第一，在低温部位的腐蚀泄漏中，低温部位腐蚀主要是由于硫化物以及氨所造成的。硫在催化剂中可以和水生成硫化氢，而氨是一种强酸性物质，所以当二者相遇之后就会导致设备发生腐蚀，进而产生泄漏。因此在催化裂化装置中必须要对硫的来源进行分析，并采取有效措施进行控制。第二，设备在低温部位的腐蚀泄漏还与设备材料有关。催化剂材料不适合在高温下工作，因此必须要将其应用到低温部位中，但由于催化剂材料具有不耐高温的特性，所以就会导致设备在高温下发生腐蚀。而抗低温的性能是决定其是否能够在低温部位中正常使用的重要因素，因此必须要对催化剂材料进行改善。第三，设备在低温部位中发生泄漏还与其是否为压力容器相关。如果压力容器没有受到保护而发生泄漏，那么就会导致压力容器发生变形甚至是爆裂现象。所以必须要对设备进行严格管理和监督。为了有效解决低温部位腐蚀泄漏问题，必须要从以下几个方面入手。首先是加强对设备的监督管理和监督工作。因为催化剂属于易燃易爆物品，如果不对其进行严格管理和监督就会造成泄漏现象的出现。其次是要制定严格的操作规程。催化裂化装置中的关键设备在运行过程中一定要严格遵守操作规程才能避免设备出现故障；最后是要定期对设备进行检测和检修。由于设备在运行过程中会产生一定的磨损现象，因此必须要对其进行定期检测和检修工作，以保证设备能够正常运行。3 动设备故障分析以及解决对策 3.1 叶片断裂产生机制以及解决对策 在催化裂化装置中，压缩机是主要的关键设备，其作用是将原料气和产品气进行混合，并将其压缩至高压，通过低压气体排放至储罐。在压缩机中，叶片是主要部件之一。当叶片受到较大的应力时，就会发生疲劳断裂。所以叶片在设计和制造过程中，需要满足抗疲劳强度的要求。针对催化剂和再生器中叶片出现的疲劳断裂现象，首先要考虑催化剂的使用寿命。对催化剂进行筛选和筛选时，需要选择高质量、高活性、低金属含量、高反应活性的催化剂。同时要确保催化剂质量符合标准要求。在操作过程中要注意不能过急地改变催化剂的使用条件，这会导致催化剂发生中国科技期刊数据库 工业 A-57-大量的相变反应，使催化剂失去活性，从而降低催化剂的质量。对再生器中叶片出现疲劳断裂问题时，可以从以下方面入手。首先要严格控制原料油和再生剂的质量，其次是要控制再生器中空气压缩机运行时间和运行压力，最后是要加强对再生器中空气压缩机运行情况的监测与维护。通过对叶片疲劳断裂原因分析可知，叶片在制造过程中没有进行严格的检验和控制，导致其强度不够，最终导致叶片断裂。因此在设计过程中要严格按照标准要求进行设计和制造，提高叶片强度。在操作过程中要注意控制再生器中空气压缩机的运行时间和运行压力。在设计和制造过程中要加强对空气压缩机运行情况的监测与维护工作。由于催化剂、再生器中空气压缩机是两个不同的部件，所以当催化剂失效时不能相互影响。在选择空气压缩机时需要考虑到这一点。如果选择不合适的空气压缩机会影响再生器中催化剂和再生器中空气压缩机的运行效率。因此需要对再生器中空气压缩机进行严格检验和控制。在实际生产过程中要严格按照标准进行操作，提高设备运行效率和使用寿命。3.2 转子失衡产生机制以及解决对策 在催化裂化装置中，压缩机是核心设备之一，是一种将燃料中的化学能和热能转换成机械能，然后再将机械能转化为动能的设备。压缩机由转子、轴承、主轴和底座等组成。在转子上，有两个叶片，一个是固定在轴承上的固定叶片，另一个是转动叶片。在压缩机中，由于转动轴与固定轴之间的不平衡会导致转子失衡。主要分为轴颈失衡、轴承失衡和偏心轴失衡三种类型。其中轴颈失衡，当催化剂颗粒从轴上脱落时，会被拉入转子环与定子之间的间隙中。当转子旋转时，会对转子产生强大的离心力，使转子环和定子之间出现不平衡。这时，叶片会在离心力的作用下旋转一周，叶片上的部分颗粒就会被甩到定子上并逐渐聚集到一起。随着时间的推移，定子上聚集的颗粒越来越多，当累积到一定数量时，就会导致转子平衡问题。而轴承失衡是由于轴承是一种旋转零件，其主要作用是保护转子。将转子固定在轴承上并承受来自轴承的压力和推力。在整个旋转过程中，由于转子与轴承之间的间隙被消除了，所以转子将始终保持平衡状态。当转子旋转时，会受到离心力的作用而产生离心力和推力。如果转子质量足够大且不平衡时，会对转子产生严重影响。而偏心轴失衡是指偏心轴是一种可以使转子产生倾斜状态的零件。当偏心轴与定子之间存在一定的间隙时，定子就会倾斜。如果不及时纠正这种现象会导致转子失衡问题加重甚至引发更严重的事故。根据以上分析可知：转子轴颈失衡和轴承失衡是造成转子失衡问题的主要原因之一，当转子出现不平衡时，通过改变转子结构和改变转子质量来解决问题。此外，还可以通过增加平衡块来解决偏心轴失衡问题，如果没有很好地解决轴承失衡问题，那么只能通过更换轴承来解决这一问题。3.3 不对中产生机制以及解决对策 催化裂化装置的压缩机组一般安装在常压炉内，与分馏塔相连，且在高温高压环境下工作。因此，压缩机组经常出现不对中的现象，这种现象会造成压缩机组的振动、噪音和温升升高。一般情况下，当压缩机组的轴系出现不对中时，首先会造成压缩机轴在旋转时出现轴系不对中，其次会引起压缩机各轴承之间出现相互位移的情况，严重时还会导致轴承发热、轴承变形、转子转动不平稳等现象。引起不对中的主要原因有轴与主轴承之间的安装位置不合适、轴系中心线与轴承中心线不重合、联轴器未按规定要求进行对中安装。当催化剂在进入反应器前由于质量差异造成了催化剂密度差异，导致了催化剂在进入反应器时的不均匀分布。当催化剂在进入反应器后，由于密度差导致的不均匀分布会造成催化剂在进入反应器后发生倾斜现象。另外，催化剂颗粒之间的摩擦会造成催化剂颗粒之间的摩擦力增大，这也会对催化剂颗粒造成不均匀分布。因此，催化裂化装置中的压缩机组常常会出现不对中现象。针对不对中问题，一般采取以下措施：首先在安装过程中要严格按照图纸要求进行安装，安装人员要有良好的工作态度和责任心，其次在设备出现故障时要及时更换，以免影响整个装置的正常运行，安装人员要了解设备的结构和原理，最后在维修过程中要做到细致认真，避免造成二次损坏。4 结束语 总之，催化裂化是重油加工的主要技术，是在高温高压条件下，利用催化剂的作用将重质原料转化为液体燃料或化工原料的过程。催化裂化装置一般包括原料预处理、分馏、转化、产品处理和公用工程五大部分，其设备也较为多元化。工人员需要做好分析，中国科技期刊数据库 工业 A-58-了解其关键设备的运行特征，明确故障产生的具体机制，以此为依据，制定相应的解决措施，进而提高该装置的运行质量，为我国石油行业持续发展提供技术支撑。参考文献 1樊学东,李阿君.催化裂化装置沉降器防结焦技术J.化学工程与装备,2023(7):169-171.2王彦龙,雷军义.催化裂化装置膨胀节应用介绍及改进建议J.当代化工研究,2023(6):114-116.3 陈 文 武,王 建 军,张 伟 亚,潘 隆.催 化 裂 化 装 置 关 键 设 备 故 障 分 析 及 对 策 J.石 油 化 工 设 备 技术,2022(5):23-27.4金星彤.催化裂化装置工艺优化与长周期运行关键因素分析D.沈阳:沈阳工业大学,2023.