催化裂化装置烟气轮机结垢原因分析及预防措施.pdf

35催化裂化装置烟气轮机结垢原因分析及预防措施第 5 期0 引言催化裂化装置是石油炼化企业的核心装置，负责为其他装置提供蒸汽、燃料气以及生产原料等，催化裂化装置的长周期稳定运行关乎着全厂的经济效益。烟气轮机是催化裂化装置最为关键的设备，也是最易出现问题的设备。资料显示，20132016 年期间，中国石化各炼油厂发生的烟气轮机停运故障109起，其中与烟气轮机结垢有关的故障 82 起1。河南某地方炼油企业 1 200 kta 重油催化裂化装置 2020 2022 年期间共发生烟气轮机故障停机 10 余起，均与烟气轮机结垢有关，因此解决结垢问题是维持烟气轮机长周期稳定运行的关键。1 烟气轮机垢物来源烟气轮机作为催化裂化装置的能量回收设备，将高温烟气的内能转化为机械能推动叶轮做功，进而带动主风机回收高温烟气（由待生催化剂在再生器内经过烧焦产生）的热能与压力能。高温烟气中携带有催化剂粉尘，粒径 10 m 以上的催化剂粉尘经旋风分离器基 本 能 脱 除，10 m 以 下 的 细 粉 随 再 生 烟 气一同进入烟气轮机。在多种因素的作用下，15 m 的催化剂细粉容易在烟气轮机叶片上黏结聚集并逐渐形成坚硬的垢物2。程光剑 等3通过分析发现，催化裂化装置烟气轮机内的结垢物主要为 Si 和 Al 的氧化物（来源于催化剂），垢物主要含有 O、C、Si、Al 等元素，Fe、Ni、V、Ca、Mg 等金属元素含量较少（来源于催化原料）。2 烟气轮机结垢过程催化剂细粉随再生烟气进入烟气轮机内部后，烟气流速降低，在表面粗糙的叶片或围带金属上停留时间变长，由于分子间作用力和静电吸附力，并在气溶胶的沉积作用下，细粉在叶片上的黏结量逐渐增加，在高温的作用下沉积的催化剂细粉被烧结成坚硬的垢物4。可以看到，烟气轮机结垢过程主要经过 3 个发展阶段5：首先，催化剂粉尘随再生烟气进入烟气轮机；然后，催化剂粉尘在多种因素作用下沉积在烟气轮机叶片上；最后，沉积的催化剂细粉经过高温烧结形成坚硬垢层。随着垢物表面变得越来越粗糙，烟气流速降得更低，加速颗粒的聚集，催化剂细粉颗粒越积越多，垢物逐渐增厚，最终导致烟气流道堵塞。3 烟气轮机结垢危害（1）烟气轮机结垢后，垢层附着在叶片上，使叶片格栅间距变窄而烟气流通受阻，叶片表面催化裂化装置烟气轮机结垢原因分析及预防措施马社忠 张宪磊（濮阳石油化工职业技术学院，河南濮阳，457000）摘 要：烟气轮机是石油炼化企业催化裂化装置的关键设备，其运行状况的好坏直接关系到催化裂化装置的平稳运行和能耗水平，而烟气轮机结垢是影响烟气轮机长周期稳定运行的关键因素。综合大量的研究资料，分析烟气轮机垢物来源、结垢过程、结垢危害以及结垢的影响因素，并提出可通过改善原料油品质、确保旋风分离器分离效果、提高进料喷嘴的雾化效果和优化催化剂性能等预防措施从源头上控制结垢前躯物的产生，从而保障烟气轮机的长周期稳定运行。关键词：催化裂化装置；烟气轮机结垢；垢物来源；结垢过程；结垢危害；影响因素；催化剂细粉；熔融烧结；预防措施通讯作者：马社忠，本科、助教，主要从事石化装置生产、技术管理，邮箱：msz2018 126 com36第 26卷 2023年第 5 期四川化工粗糙度增大，导致烟气轮机做功能力降低，工作效率下降。（2）烟气轮机结垢不均匀或垢层脱落，会打破烟气轮机叶轮的转动平衡，导致烟气轮机振动增大，严重时损坏轴瓦，影响装置的长周期运行并增加能耗。为保证烟气轮机在合理的工况区间运行，一般都设有振动联锁停机系统，振动值达一定程度时烟气轮机需停机或联锁停机检修。（3）若烟气轮机围带结垢，当垢层厚度增加到一定程度后，会磨损叶片顶端，对叶片造成不可修复的损伤而致其损坏6。4 烟气轮机结垢影响因素分析烟气轮机结垢受多种因素的影响，其主要影响因素有原料油品质、旋风分离器分离效果、生产操作波动和原料油喷嘴雾化效果等。41 原料油品质的影响原料油品质不佳，如金属元素和水分含量高，会对烟气轮机的结垢产生影响。原料油携带的 Na、Fe、Ni 等金属元素在反应再生系统内不断循环，富集在催化剂表面，并由于不断地循环磨损，催化剂表面部分更易磨损掉，形成细小的粉尘，该粉尘中有较高的金属含量，这些金属氧化物的存在会降低催化剂粉尘的熔融温度，导致催化剂粉尘以熔融的状态黏附在烟气轮机叶片上；以此同时，原料油携带的液态水进入提升管后，与催化剂接触，在高温下液态水迅速汽化，导致部分催化剂出现热崩现象，催化剂结构被破坏，在不断的碰撞磨损中产生催化剂细粉，为烟气轮机的结垢提供了物质条件。42 旋风分离器分离效果的影响三级旋风分离器位于反应再生系统以外，其主要作用是分离再生烟气中携带的催化剂粉尘，其运行效果的好坏直接影响烟气轮机入口粉尘的浓度。如果装置超负荷运行，将导致三级旋风分器效率降低，出口粉尘浓度升高，烟气轮机结垢速率增大。而三级旋风分离器分离效率降低的主要原因有两点：一是粒径较大的新催化剂、平衡剂的加入使磨损较快，产生较多细粉，增大三级旋风分离器的负荷；二是一级、二级再生器旋风分离器效率下降，会导致三级旋风分离器负荷增大而分离效果不佳，烟气轮机入口烟气中的颗粒物浓度增大，引起烟气轮机结垢7。43 生产操作波动的影响若催化剂的再生温度较低，低于 660 时，提升管进料喷嘴处催化剂提供的热量较少，原料油汽化效果变差，未汽化原油缩合生焦，烧焦阶段产生的局部高温达到催化剂细粉的熔融温度，为催化剂细粉熔融烧结提供了环境条件，熔融状态的催化剂粉尘更易黏附在叶片上。轮盘冷却蒸汽的操作波动也会影响烟气轮机结垢，主要包括蒸汽用量、蒸汽温度、蒸汽品质等当轮盘冷却蒸汽温度过低、用量过大且含有 Na+、Mg2+等金属离子时，烟气轮机越容易结垢。因此，控制好轮盘蒸汽的品质、优化蒸汽用量，有利于缓解烟气轮机的结垢。44 原料油喷嘴雾化效果的影响原料油喷嘴雾化效果越差，其油滴粒径越大，粒径越大的油滴其汽化需要的热量越多，而汽化热量由再生催化剂传递给油滴，油滴在反应汽化段接触到的催化剂颗粒数有限，导致粒径大于 80 m 的油滴很难被汽化，未汽化油滴缩合生焦8，局部温度过高，产生熔融状态的催化剂粉尘，为烟气轮机叶片结垢提供了环境条件。5 烟气轮机结垢的预防措施分析烟气轮机垢物形成的整个过程，以及引起烟气轮机结垢的各项因素可知，催化剂细粉的产生为烟气轮机结垢提供了物质条件，金属氧化物的存在、局部高温为催化剂细粉熔融烧结提供了环境条件。可通过改善原料油品质、确保旋风分离器分离效果、提高进料喷嘴雾化效果和优化催化剂性能等措施，从源头上减少结垢前躯物的产生，减缓或消除烟气轮机结垢。51 改善原料油的品质提高常减压装置电脱盐运行效果，严格控制脱后含盐量 3 mgL，降低催化裂化原料中的Fe、Ni、Ca 等金属的含量。加强对平衡剂中金属含量的监控，当平衡剂的金属含量过高时，可以增加催化剂的置换量和置换频次。同时，注意原料油脱水处理，原料油进入生产装置前应经罐区沉降脱水，之后方可向生产装置输送原料油，避免罐底积水进入生产装置，进料时注意监测原料油的含水量，控制原料油含水量小于 0 2。37催化裂化装置烟气轮机结垢原因分析及预防措施第 5 期52 确保旋风分离器的分离效果旋风分离器的分离效果直接影响催化剂的跑损情况。尽管高效旋风分离器具有良好的操作灵活性和强大的抗干扰能力，但操作条件的改变对旋风分离器的运行效率仍有较大影响。因此，需控制好旋风分离器的生产负荷、入口线速、再生器藏量，以保证各级旋风分离器的平稳运行，降低烟气中的催化剂粉尘含量。此外，需关注三级旋风分离器出口粉尘颗粒粒径分布，若粉尘颗粒粒径集中在 110 m，则表明催化剂强度不够，催化剂粉化严重，若粉尘颗粒粒径大量分布在 10 m 以上，则可能是旋风分离器运行异常9。53 提高进料喷嘴的雾化效果进料喷嘴良好的雾化效果可以产生粒径较小的油滴，有利于油滴与催化剂的接触传热，提高油滴汽化速率，减少原料油的缩合生焦，不仅可减少结垢前驱物的产生，而且可提高产品收率。雾化喷嘴正常生产期间磨损比较严重，因此装置检修期通常应全部予以更换，以保证生产期间良好的雾化效果。另外，应控制催化剂再生温度在660 以上，保证油滴与催化剂接触时能够获得足够的热量，使原料油迅速汽化。54 优化催化剂性能按照“一厂一剂”的要求，改善催化剂筛分组成和耐磨性能，提高催化剂的强度，控制催化剂指标在合理范围，减少细粉含量，保证磨损指数 2 0，020 m 催化剂细粉颗粒 2 02。6 结论通过对烟气轮机垢物来源、结垢过程、影响因素等进行剖析可知，催化剂细粉为烟气轮机结垢提供了物质条件，金属氧化物的存在、局部高温为催化剂细粉熔融烧结提供了环境条件，而这些物质条件和环境条件又与原料油品质、旋风分离器分离效果、生产操作波动、原料油喷嘴雾化效果、催化剂性能等息息相关。因此，可通过改善原料油品质、确保旋风分离器分离效果、提高进料喷嘴的雾化效果和优化催化剂性能等预防措施从源头上控制结垢前躯物的产生，从而保障烟气轮机的长周期稳定运行。参考文献1 李宁，彭芳，崔守业 催化裂化装置烟机结垢原因分析及应对措施J 石油炼制与化工，2018，49（2）：29-342 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synthesizes a large amount of research data，analyzes the composition，causes，processes，and hazards of the scale layer in the flue gas turbine，and（下转第 48 页）48第 26卷 2023年第 5 期四川化工裂化装置上的应用J 石化技术与应用，2019，37（1）：62-645 赵燕，赵保全 板框式压滤机在催化剂污水装置中的应用 J 陕西科技大学学报：自然科学版，2013，31（3）：29-366 徐伟丽，司铁权 清油剂在常减压装置污水处理中的应用J 甘肃科技，2009，29（19）：35-367 刘华林，李晓彤 延迟焦化装置效能挖潜可行性探讨J 石化技术与应用，2016，34（4）：308-3118 吴云鹏，刘彬 多梯度耦合技术处理常减压废渣试验研究J 炼油技术与工程，2019，49（12）：15-189 杨伟，付秀勇 超声波破乳脱水技术在塔河油田的应用J 天然气与石油，2014，32（4）：23-2410 路斌，房卓群，孙永祥，等 石油污水超声波破乳试验研究J 中国石油大学胜利学院学报，2016，30（2）：19-2111 魏晓明 液态烃脱硫醇系统烃带碱问题分析与调整J 炼油与化工，2010，21（6）：79-8312 于磊，金丹 催化裂化装置中液化气脱硫醇系统的技术改造J 石油化工，2010，21（6）：1268-127113 倪前银 催化裂化液化气脱硫醇系统节能减排工艺改造及效果分析J 石油炼制与化工，2013，42（11）：55-5614 刘健，杨跃进，黄永芳，等 国产硫酸法烷基化技术的工业应用J 石油炼制与化工，2020，51（7）：6-1015 李睿 烷基化废酸处理技术J 当代化工，2020，49（2）：402-40516 邓明，寿鲁阳 烷基化废酸再生工艺简述J 硫酸工业，2016（6）：59-6217 申凤玉，丛军 烷基化废硫酸再生工艺技术对比J 当代化工，2016，45（11）：2714-271618 朱奕寅 烷基化废硫酸湿法再生工艺的应用与优化J 硫酸工业，2021，（10）：45-4919 李宁，郭佳林，梁泽涛，等 湿法废酸再生装置的设计及运行问题探讨J 化工设计，2021，31（3）：21-24Technical Measures for Solid Waste Reduction in a RefineryYE Xiaoming，WU Yunpeng，SUN Lilin，CHEN Xiaolong（PetroChina Lanzhou Petrochemical Company，Lanzhou 730060，Gansu，China）Abstract：During the production process of refineries，a large amount of solid waste is generated，which is usually entrusted to professional companies for transportation and landfill disposal With the increasingly strict environmental standards，the entry standards and requirements for solid waste landfill are higher and stricter In order to reduce the generation of solid waste from refining and meet environmental requirements，it is necessary to transform pollutants from post-generation treatment to elimination before generation A certain refinery aims to reduce the annual average of 3436 kt of solid waste by adopting a series of reduction technology measures-filtration separation（plate and frame filter press）+sedimentation separation+coking disposal and multi gradient coupling refining oil sludge reduction treatment（sludge drying）three-level separation and treatment technology，as well as the use of new sweetening solvents and sulfuric acid regeneration technology The total amount of solid waste has decreased from 35 82172 ta before implementation to 9 3814 t a after implementation，Moreover，the recycling，disposal and reuse of waste have achieved comprehensive utilization and green disposal of solid waste，achieving significant economic benefitsKey words：refinery；solid waste；reducing technical measures；three stage separation；new type of mercaptan removal solvent；sulfuric acid regeneration technologyproposes preventive measures to prevent scale formation and ensure long-term operation of the flue gas turbine Based on the online descaling process of Liaoyang Petrochemical，summarize the operating methods of online descaling，and provide reference for the long-term operation of flue gas turbinesKey words：catalytic cracking unit；fouling of flue gas turbine；source of scale；scaling process；scaling hazards；influencing factors；catalyst fine powder；melt sintering；preventive measure（上接第 37 页）