發(fā)表時(shí)間： 2024-04-08 09:07:34
作者： 石油化工設(shè)備維護(hù)與檢修網(wǎng)
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摘 要：催化裂化裝置原料油進(jìn)料噴嘴堵塞會(huì)造成裝置加工量受限、產(chǎn)品輕油收率下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成裝置非計(jì)劃停工。對(duì)于噴嘴的完全堵塞，之前并無成熟的在線處理辦法。通過綜合應(yīng)用帶壓開孔技術(shù)與高壓清洗技術(shù)，研制專用填料密封函，并設(shè)置合理的工作流程，實(shí)現(xiàn)了催化裂化裝置原料油噴嘴堵塞的在線疏通，可避免裝置停工帶來的經(jīng)濟(jì)損失及安全風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)對(duì)其他設(shè)備、管道的在線清洗、疏通具有借鑒意義，有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：催化裂化裝置；噴嘴；在線疏通；帶壓開孔；高壓水槍
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(duì)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(jìn)行調(diào)整，最高也只能達(dá)到設(shè)計(jì)加工量的94%。
分兩個(gè)階段對(duì)上述問題進(jìn)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(duì)可疑的噴嘴進(jìn)行單組切出試驗(yàn)。將試驗(yàn)結(jié)果與處理量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)是兩路噴嘴堵塞引起的。
催化裂化裝置是國(guó)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(jìn)料噴嘴。若噴嘴堵塞，會(huì)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(yán)重時(shí)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(duì)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(jìn)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(diǎn)。其中CS型噴嘴傾斜45°安裝，兩路進(jìn)汽，多級(jí)霧化，采用鴨嘴式噴頭;而KH型噴嘴傾斜37°安裝，一路進(jìn)汽，單級(jí)對(duì)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(hù)不力，施工雜物或焦塊進(jìn)入噴嘴，卡住流道。
2）開工催化劑流化階段，噴嘴保護(hù)蒸汽或保護(hù)風(fēng)不足，催化劑反串進(jìn)入噴嘴。進(jìn)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(jìn)噴嘴，引起不暢。
4）緊急停工時(shí)，未及時(shí)投入保護(hù)蒸汽，催化劑下落進(jìn)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(dòng)性好，并不會(huì)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(jìn)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(hù)時(shí)，也可能會(huì)有部分催化劑進(jìn)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(jìn)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(huì)被逐漸磨損，自行疏通。完全堵塞指不能流動(dòng)或流動(dòng)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(yán)重堵塞，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)造成噴嘴內(nèi)部結(jié)焦。從試驗(yàn)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(shí)間長(zhǎng)，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)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7d左右，損失超千萬元，且停開工過程本身安全、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)也較大。因此，實(shí)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(duì)噴嘴外部不同部位進(jìn)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(huì)變脆，更容易松動(dòng)，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(jìn)行疏通；或連接臨時(shí)打壓泵打壓進(jìn)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(yán)重時(shí)，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(shí)，會(huì)有大量溶劑油進(jìn)入沉降器內(nèi)；而完全堵塞時(shí)，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(shí)停用對(duì)噴的另一組噴嘴，犧牲了處理量及霧化效果，對(duì)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(gè)噴嘴堵塞時(shí)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(jiǎn)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(dá)堵塞部位的清洗路徑，并進(jìn)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(dá)堵塞位置的開孔點(diǎn)。圖3 中藍(lán)色圓點(diǎn)為選定的開孔點(diǎn)，圖4為開孔位置的放大圖。若堵塞距離長(zhǎng)或多處堵塞，1個(gè)開孔點(diǎn)水槍桿不能到達(dá)時(shí)，可另找位置增加開孔點(diǎn)。
圖3 開孔點(diǎn)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
由于本文案例中帶壓開孔位置位于彎頭上，而小彎頭上補(bǔ)強(qiáng)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(gè)加強(qiáng)筋板。帶壓開孔方式根據(jù)開孔點(diǎn)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(kuò)散段，最小喉徑為25mm。故選用φ14mm水槍桿，環(huán)型、直噴型兩種噴頭。
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(duì)帶壓系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行水力清洗時(shí)，需要專用的密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在線處理時(shí)的密封、排放、檢查。
本文案例中的密封函專門針對(duì)高壓水槍的結(jié)構(gòu)制作，能滿足在線清洗時(shí)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(diǎn)如下：
1）與高壓水槍桿外徑匹配的截流孔徑。控制截流孔與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(jí)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(jì)填料段內(nèi)徑，并根據(jù)內(nèi)部壓力設(shè)計(jì)合理的填料段長(zhǎng)度。安裝填料時(shí)，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(shí)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(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)可使用。保護(hù)氣可選用氮?dú)獾葰怏w，用于對(duì)內(nèi)部介質(zhì)的密封。操作時(shí)可打開保護(hù)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(hù)氣時(shí)，即可達(dá)到保護(hù)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(hù)氮?dú)猓蚤_填料函導(dǎo)淋閥；打開帶壓開孔新增的切斷閥，推進(jìn)水槍桿至需要清洗部位（需要事前在水槍桿上做好標(biāo)記，以確定噴頭實(shí)際到達(dá)的位置），進(jìn)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(shí)，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(cè)量位置并做好標(biāo)記），關(guān)閉切斷閥；關(guān)閉填料函保護(hù)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(jìn)行多次疏通。根據(jù)需求，還可選用不同等級(jí)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(shí)施效果
5.1 實(shí)施前后對(duì)比
在線疏通實(shí)施前，該催化裂化裝置處理量380t/h(設(shè)計(jì)最大值440t/h，正常值404t/h)，噴嘴前油路壓力1.12MPa，霧化蒸汽9.5t/h。此時(shí)霧化比已降至2.5，繼續(xù)提量還會(huì)進(jìn)一步下降，存在霧化不良的風(fēng)險(xiǎn)。此外，噴嘴前油路壓力達(dá)1.12MPa，也已接近原料油泵的最大能力。針對(duì)此情況，雖然進(jìn)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(cè)溫、聽聲篩查，判斷出可能發(fā)生堵塞的4個(gè)噴嘴并進(jìn)行切出試驗(yàn)。結(jié)果顯示，編號(hào)為A2的噴嘴切出后處理量只下降了2t/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380t/h處理量下，噴嘴前油路壓力下降至1.04MPa，霧化蒸汽提高到12t/h。經(jīng)分析比對(duì)，各參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)點(diǎn)，判斷噴嘴已被完全疏通。
5.2 經(jīng)濟(jì)效益
實(shí)施后裝置處理量提高至400t/h，原料加工量增加20t/h，按油利潤(rùn)260元/t、裝置年運(yùn)行時(shí)間8400h計(jì)算，裝置收回效益約4368萬元/a。
對(duì)產(chǎn)品收率及裝置長(zhǎng)周期影響，未作數(shù)據(jù)估算。
6 結(jié)語
實(shí)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(xiàng)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(duì)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(fù)荷運(yùn)行，應(yīng)用前景廣闊。
