摘要：文章结合某公司再生器跑剂事件，对再生器旋风分离器差压、主风分布板压力降和大小分布环压力降等重要参数加强跟踪分析。通过对旋风分离器焊缝断裂部位重新焊接以及对11组旋风分离器的相同位置全部贴板采取加强的有效措施，彻底解决了再生器旋风分离器焊缝断裂这一影响装置长周期运行的难题。
关键词：催化裂化；再生器；跑剂；对策
一、催化裂化装置简介
原料油自提升管反应器下部进入，与来自再生器的热催化剂进行接触，在高温和适中压力下随即汽化并进行分解、异构化、氢转移、芳构化等一系列反应，在反应过程中将原料油中的重馏分转化为较轻的、更有经济价值的烃产物。反应油气与催化剂由提升管出口快分和旋风分离器分离后，催化剂落到汽提段。汽提段内装有多层环形挡板并在底部通入过热水蒸气，将待生催化剂上吸附的油气和颗粒间的油气带出返回上部。反应后油汽经沉降器顶部进入分馏塔底部，与自上流下的循环油在塔底填料上逆向接触，脱除油气中夹带的催化剂粉尘并使反应油气冷却，以避免上部塔盘结焦。上升的油气在分馏塔内温度逐渐降低，依次被分离出回炼油、重柴油、轻柴油、汽油和由液化气、瓦斯组成的富气等。
待生催化剂经汽提段进入待生斜管，靠重力流入再生器，催化剂与来自主风机组的空气混合，在再生器内用空气烧去沉积在催化剂上的焦炭，使催化剂的活性得以再生。在烧焦过程中产生大量的烟气和热量，这些热量大部分被催化剂吸收以满足催化裂化反应所需的能量要求，多余的热量经由内外取热器导出。再生器烟气由再生器顶引出经三级旋风分离器、四级旋风分离器进一步回收催化剂微粒，一部分烟气至烟机通过膨胀，带动主风机组做功，以降低电机的负荷，然后到废热锅炉利用其温度产生蒸汽进一步回收余热，再经脱硫脱硝后排至大气;另一部分烟气经双动滑阀控制再生器压力，然后至一氧化碳锅炉。
分馏塔顶富气经过压缩机组压缩后进入吸收稳定系统，分离出液化气和催化干气并产出合格的稳定汽油。液化气和催化干气再进入脱硫系统，使用N－甲基二乙醇胺水溶液进行吸收脱硫后脱去其中的H2S和CO2，精制后的液态烃和催化干气送出装置。
二、再生器跑剂事故与分析
（一）再生器跑剂事故描述
2014年6月以来，催化裂化装置再生器催化剂跑损量呈现持续上升趋势，进入10月份装置催化剂跑损量达到20t/d以上。随着催化剂跑损量增加，三旋卸剂频率由2014年6月前正常生产时约半月一次逐步缩短为一天一次。
（1）再生器旋分差压变化情况
再生器跑剂前后旋分差压的波动趋势变化非常明显。正常生产时维持在7.5kPa左右，波动在0.2kPa以内，明显跑剂后波动范围达到0.6kPa以上，波动频次也明显增加。
（2）主风分布板压力降变化情况
再生器跑剂前后主风分布板压力降波动情况有所变化，由正常工作时波动范围在9～11kPa变为跑剂后的8～11kPa。
（3）大、小分布环压力降变化情况
随着再生器跑剂状况的逐渐恶化，大、小分布环压力降波动范围逐渐增大，大分布环由正常生产时的2.0～3.5kPa变化为0～4.0kPa，小分布环由正常生产时的2.5～4.0kPa变为1.0～4.0kPa。
（二）原因分析
（1）新鲜催化剂性质对比
2014年进公司各批次新鲜催化剂灼烧减量、孔体积、磨损指数、比表面积、表观松密度、微活指数和粒度分布等重要参数显示，其理化性质基本一致，排除了不同批次催化剂之间理化性质差异大这一影响因素。
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（2）外购平衡剂加注情况
由于系统藏量下降，装置因平衡剂存量有限，再生器分多次补充外购平衡剂。由于外购平衡剂的加入是在系统明显跑剂之后，且外购平衡剂样品经检验合格，因此外购平衡剂的加入不是催化剂跑损的主要原因。
（3）水汽平衡情况
对装置蒸汽用量进行核算，提升管反应器用汽、斜管松动蒸汽、分馏塔底搅拌蒸汽和柴油汽提塔汽提蒸汽经温度和压力校正后的流量和装置污水外送量与跑剂前相等，说明反应器和再生器不存在未知蒸汽串入的情况。
（4）外取热器换热管束泄漏检查
外取热器换热管束曾发生管束泄漏现象，泄漏管束当时均已切出。本次检查，未发现新的泄漏管束，排除了换热管束水汽泄漏这一因素。
（5）再生剂分析
从显微照片发现，新鲜剂球形度很好，待生剂与再生剂破碎严重，且催化剂颗粒破裂表面有显著的尖锐棱角。从粒度分析数据看，待生剂与再生剂中40μm以下的催化剂颗粒比例远高于新鲜剂，再生剂中40μm以下催化剂颗粒占比超过了30%，较装置正常生产时占比9%～11%明显偏高。再生器出口烟气在间隔10d的两次采样分析中，催化剂浓度(工况下湿基)最高值达到1290mg/m3，最低值为480mg/m3，说明再生器旋分工作状况存在显著异常。
（三）问题及分析
检查发现，再生器7号和8号二级旋分两段料腿之间锥体连接件上焊缝断裂，两处断裂位置完全相同，断口形貌一致。再生器二级旋分两段料腿之间锥体连接件上焊缝断裂。焊缝断裂位置周围压力显然高于该处料腿和灰斗内部压力，周围催化剂浓度较高，该区域气体流动状态发生较大改变，造成周围烟气夹带着催化剂颗粒向属于低压区的料腿内部高速流动，旋分正常工作状态随即被破坏，二级旋分收集的催化剂在经过筒体和锥体进入灰斗时被反窜上行的气流大量带出，二级旋分效率大幅降低，大量催化剂经灰斗和升气管进入三旋系统，造成再生器大量跑剂。
三、措施与对策
对再生器11组旋分一、二级共22个旋分单体的灰斗锥段与料腿间焊缝、两段料腿之间锥体连接件上下两组焊缝、下部其他料腿间连接焊缝进行检查，又发现4处裂纹和1处砂眼，对断裂处和新发现裂纹及砂眼部位进行补焊和贴板加强处理，对11组二级旋分两段料腿之间锥体连接件全部贴板加强处理。两段料腿之间锥体连接件上焊缝属于变径部位焊缝，该焊缝区域是应力集中部位，本身又承受较大的拉应力，属于机械结构强度的薄弱点。宏观上看，断裂焊缝形貌属于齐茬断裂，没有明显的塑性变形和减薄现象，属典型的脆性断裂特征。脆性断裂的原因:①奥氏体不锈钢焊缝组织在高温下相变，有脆性相析出；②焊缝本身可能存在缺陷。料腿材质为304钢，是典型的奥氏体不锈钢，在长期高温(600～700℃)环境下脆化倾向明显，焊缝区域会有脆性相(主要是σ相)析出，脆性相如果在晶界上呈现连续片状或在晶内呈现针状形貌时会使材料脆化，塑性和韧性降低，脆性显著增加，造成焊缝出现裂纹，长周期运行过程中裂纹扩展直至焊缝断裂。旋分料腿Ⅰ和料腿Ⅱ之间设计为内壁工作表面等径结构，而料腿Ⅰ内壁衬衬里，导致料腿Ⅰ和料腿Ⅱ为变径连接结构。通过进一步优化料腿Ⅰ和料腿Ⅱ之间的连接，将更有利于提高旋分运行的可靠性和稳定性。
四、改造后运行分析
自2014年11月开工以来，再生器旋分差压一直维持在7.8～8.4kPa，旋分差压波动范围在0.2kPa之内，大幅波动问题得到根本解决;再生器稀相超温现象得到有效改善;再生器床层运行稳定，同高度密相温度测点基本无偏差，流化异常问题彻底解决;长期监控再生剂细粉含量，0～40μm催化剂颗粒质量分数长期维持在10%左右，三旋卸剂周期维持在三个月以上，再生器运行高效稳定。再生剂粒度分析显示平均粒径在75μm左右，细粉含量低，粒度分布正常。显微镜形貌分析发现球形度很好，几乎无破碎现象，个别非球形催化剂颗粒表面也没有尖锐棱角出现，表明是正常磨损所致。2015年大检修重点检查旋分料腿锥体连接件贴板处，情况完好，该处焊缝断裂问题得到彻底解决，再生器跑剂难题迎刃而解。
参考文献
[1]董群,白树梁,刘乙兴,李楠,赵玲伶,刘沙.催化裂化装置再生器的研究进展[J].化学工业与工程技术,2013,(02).
[2]白锐,王晓,王振卫,刘晨光.重油催化裂化装置再生器催化剂流化异常原因及对策[J].石油炼制与化工,2013,(02).
论文作者:汪红波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/16
标签：催化剂论文; 锥体论文; 装置论文; 脆性论文; 压力论文; 烟气论文; 贴板论文; 《基层建设》2017年第18期论文;