發表時間： 2025-11-12 14:40:26
作者： 石油化工設備維護與檢修網
瀏覽： 319
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 石油化工設備技術作 者 | 張可偉 等
關鍵詞 | 催化裂化油漿 綜合利用
導讀
催化裂化裝置是煉油企業重要的二次加工裝置。隨著石油需求量的不斷增長和煉油廠催化裂化摻渣比提高，催化裂化裝置沉降器結焦問題日益突出。結焦沉積、焦塊脫落造成的非計劃停車次數占比大、處理難度大，問題突出。沉降器結焦不僅影響裝置長周期運行，而且已成為我國催化裂化裝置安全運行的一個重大隱患。
沉降器結焦分析
1.結焦機理與原因
現有研究表明：原料性質是沉降器結焦的重要因素之一，原料性質越差、殘炭就越高；原料中瀝青質、膠質和稠環芳烴等重組分含量越多，在相同運行工況下，沉降器結焦越明顯。沉降器內部油氣的流動狀態對結焦也影響較大，沉降器結焦部位主要在流速、溫度相對較低的“死區”，如沉降器內集氣室周邊、旋風分離器（簡稱旋分器）及內提升管上部外壁、稀相空間內壁等。沉降器結焦與油氣停留時間長短也有一定關系，常規結構的沉降器中，油氣在沉降器停留時間一般約為30s，但器壁附近的油氣流動速度慢，有時高達數分鐘，導致該處容易結焦。
2.結焦特點
通過對近年來5家企業催化裂化裝置結焦情況分析，結焦存在如下幾個特點：
? 結焦層次分明。從汽提段防焦格柵上部開始，越往上部結焦現象越嚴重，焦塊也越厚，到粗旋出口和頂部防焦蒸汽附近，焦塊基本占據了大部分沉降器空間（見圖1）。
? 結焦程度。粗旋和單旋的部位被焦塊基本糊死（見圖2），沉降器器壁焦塊的厚度在100mm以上，旋分器外壁上焦塊厚度從30~50mm不等。
? 焦塊密度及成分隨結焦部位的不同而有所區別。軟連接位置采集的焦塊樣品密度最高，含碳量較高，燃燒后的固體殘留物為10%左右，屬于典型的高溫縮合生焦；旋分器等內構件外壁上的掛焦密度含碳量次之，沉降器器壁周圍的掛焦組織疏松，含有大量的催化劑成分，燃燒后的固含量高達60%以上。
3.清焦方法
沉降器清焦是搶修和檢修的重點，直接關系到檢修進度和質量。由于沉降器內焦塊易復燃（見圖3），溫度長時間維持在100℃左右，無法進行清焦工作；同時清焦過程中，上部焦塊存在無規律脫落風險。存在空間小、溫度高、脫落等問題，一般采取如下措施。
? 為了防止焦塊復燃，用蒸汽隔離氧氣，同時結合水噴淋降溫。
? 為了避免上部焦塊掉落對清焦人員造成傷害，同時防止焦塊塌方，清焦工作只能從上向下進行。
? 裝卸孔內部緊靠旋風分離器，空間小，人員進出困難，清出的焦塊運出進度慢。
因此，多采用再在器壁上開2個天窗（見圖4）的方案，
具體位置為人孔南側天窗以沉降器上封頭焊縫標高為基準，向下約350mm為天窗的上口，所開天窗中心與人孔中心線之間弧長距離為2200mm，天窗尺寸約為1200mm×1600mm（弧長×高度）；人孔北側天窗還是以沉降器上封頭焊縫標高為基準，向下約500mm為天窗的上口，天窗中心線與人孔中心線之間弧長距離為5400mm左右，天窗尺寸約為1200mm×1600mm（弧長×高度）。將開天窗方案發給沉降器設計單位確認并報特檢院報檢后，安排施工單位作業。通過以上措施，清焦工作才可順利展開。天窗恢復時，嚴格按照壓力容器的有關規定進行內、外焊接，并進行X射線檢測。
沉降器防結焦技術應用
1.粗旋軟連接改為直聯
提升管出口快分的主要型式有提升管出口粗旋+沉降器旋風分離器的“軟連接”型式、提升管出口粗旋+沉降器旋風分離器的“直連接”型式、旋流式快速分離器（VQS）型式等。軟連接結構對施工和操作要求較高，施工過程中要保持良好的對中，在良好的壓力平衡條件下，該結構抑制油氣溢出、避免溢出油氣結焦作用明顯，而一旦催化裂化裝置出現壓力波動，特別是反應壓力大幅度波動的情況，則容易造成軟連接處油氣串出，導致結焦。2012年沿江某企業II催化裂化裝置、2015年10月華南某企業催化裂化裝置、2017年華東某企業II催化裂化裝置相繼對粗旋軟連接進行了直聯改造（見圖5和圖6），有效解決了沉降器結焦問題。
2.旋風分離器防焦導流片技術
2013年7月，華東某企業催化裂化裝置兩器藏量下降，單級旋風壓降突然下降，油漿固體含量上升，停工打開檢查發現料腿被焦塊堵死（見圖7和圖8），為單級旋分升氣管外壁焦塊脫落所致，進而造成旋分器失效、催化劑跑劑的情況。
沉降器旋分易在翼閥口（升氣管外壁脫落所致）、灰斗及料腿、旋分升氣管處結焦，尤其是旋分升氣管入口處，因升氣管入口背面是滯流區，重質組分油氣和重油液滴向升氣管壁表面粘附和沉積固化累積，進而結焦。預防該部位結焦的方法是改變沉降器升氣管外壁的繞流附面層流動。為此，沉降器中的升氣管采取增設防焦導流片的方法，以改善升氣管外壁的氣相流場分布（見圖9和圖10），同時還可起到固定焦塊作用，防止焦塊脫落。
2013年沿海某企業催化裂化裝置在沉降器單級旋分器的升氣管外壁增設防焦導流片防止焦塊脫落，至2015年11月停工檢修，2年內未出現因旋風分離器焦塊脫落而引起的非計劃停工，改造效果明顯。
3.應用新型
VQS結構解決結焦問題VQS由旋流快分頭封閉罩、導流管及環形擋板式預汽提器等組成。華東某企業130t/a重油催化裝置VQS系統改造后，長周期運行時長得到了較大提高。VQS系統把催化劑和反應油氣進行一次分離所攜帶的油氣較快地帶入頂旋，使油氣在此停留時間縮短（一般5s以下），同時可預汽提催化劑所攜帶的部分油氣，避免重組分在沉降器內停留時間長而造成結焦。
2009年4月，東北某企業Ⅰ催化裂化裝置沉降器結焦脫落堵塞汽提段，導致停工，打開檢查發現沉降器內部結焦嚴重。2011年對該裝置提升管末端結構進行了改造，取消原有的粗旋加軟連接形式，改為帶有封閉罩的VQS，同時罩外與沉降器之間增加防焦隔板結構隔離旋風料腿催化劑攜帶的油氣以及VQS下料口返回的油氣，優化沉降器拱頂稀相防焦蒸汽分布器以提高用量，通過防焦隔板與器壁間隙形成有效驅趕油氣環境，避免了油氣的反串造成停留時間過長的行程結焦。2013年停工檢修的結果表明，該沉降器內部沒有結焦，結焦問題得到徹底解決。
沉降器防結焦技術應用
沉降器結焦問題給催化裂化裝置長周期運行造成較大困擾，不同裝置特點和原料性質不同，結焦原因也不相同，所以需要結合裝置自身結焦特點“量體裁衣”，制定出具有針對性的防止沉降器結焦的措施。文中提到的5家企業的催化裂化裝置均是在分析各自裝置沉降器結焦原因的基礎上，有針對性地制定出防結焦的措施，通過進行粗旋與單旋直聯結構、增設導流片和VQS等防結焦技術改造，成功解決了結焦問題，實際生產中取得了較好的效果。這些防結焦技術的成功應用，能從結構上消除重油催化裂化裝置沉降器結焦對裝置運行的危害，達到延長裝置運行周期、減少非計劃停工的目標。
信息來源：化工活動家
