新建催化装置烘炉与机组联运方法的探索及应用

 张旭亮

摘要：针对新建催化裂化（催化裂解）装置，以往烟机-主风机-电机（简称：三机组）的联合试运的通用做法是在正式开车运行后再进行，这样的操作方法存在诸多弊端，一旦机组存在问题，对装置的安全生产影响较大。同时，也存在着能源大量浪费问题。2016年，某石化公司（简称：N公司）在反再系统烘炉阶段，通过设备精细管理和技术创新探索，大胆提出与三机组机械试运转、联锁保护和喘振点性能测试等工作同步进行的创新操作方法。本文着重叙述了新操作技术的可行性分析、实践应用和所取得的经济效益，为N公司一次投开车成功奠定了基础。

关键词：催化装置  烘炉与机组 试运方法 探索及应用 经济效益

220万吨/年催化裂解装置（简称：DCC装置）,作为N公司馏分油综合利用项目中重蜡油裂解制烯烃项目的组成部分，其主要包括反应-再生、分馏、吸收稳定、富气压缩机组、烟气能量回收三机组、余热锅炉、再生烟气脱氮除尘等部分。本装置由中石化工程建设公司（简称SEI）设计，是一个集液化气、裂解石脑油、柴油、C5组分，同时副产干气及油浆生产为一体的全国最大新建DCC装置，2016年6月投产。DCC装置烟气原则流程简图，见图1。       

                      图1  DCC装置烟气原则流程简图

该装置三机组系统主要由西安陕鼓动力股份有限公司制造的型号为AV80-11轴流压缩机组、兰州炼油机械厂制造生产的型号为YL-16000E型烟气轮机和上海电机厂制造生产的型号YGH1120-4WTH异步电动机（额定功率为20000kW）等部分组成，机组不带有软启动功能。作为决定DCC装置正常稳定运行的关键设备，三机组机械试运转、联锁保护和喘振点性能测试等工作在装置正常运行提前完成和降低试运成本就显得尤为重要。关键设备相关参数，见表1。

表1 关键设备相关参数

设备名称	型  号	工作转速r/min	出口压力MPa	出口流量Nm3/min
烟气轮机	YL-16000E	4124	0.11	4822
轴流压缩机	AV80-11	4124	0.33	4100
异步电动机	YGH1120-4WTH	4124
备用压缩机	AV63-10	5258	0.31	3850

1．目前国内新建催化装置烘炉和机组试运转测试的通用做法

1.1 国内通用做法

催化装置作为炼油化工石油加工企业的“龙头”，其反应 - 催化剂再生系统是装置的核心部分，沉降器和再生器（简称两器）是装置中最关键的设备，两器衬里的质量对装置的正常、安全运行影响很大[1]。随着催化裂化装置建设规模趋向大型化[2]，受设备制造尺寸、道路运输和现场安装等方面条件限制，大件设备衬里只能在建设现场施工和烘炉，这不仅对衬里施工质量的过程控制是一个更高要求，更是对现场烘炉控制严峻考验。

目前，国内新建催化装置对新衬里烘炉和三机组性能联合调试两方面工作，通用的做法分以下两阶段：

第一阶段：启备用主风机，引主风至反再系统，按衬里烘炉曲线，升温至150℃，150℃恒温脱除表面水；150℃升温至350℃，350℃恒温脱除结晶水；350℃升温至540℃，540℃恒温对衬里实施高温烧结；通过自然冷却降至常温。烘炉阶段各温度控制时间，见表2。

第二阶段：利用备用主风机开工生产，待烟机入口烟气质量达到催化剂粉尘浓度≤200 mg/Nm3、粉尘粒度（V，90%）≤ 10.00μm时，并入三机组机进行机械运行状态和联锁保护等性能进行试验，没有实现同步进行。

1.2 存在的弊端

1.2.1 反再衬里烘炉和三机组性能联合调试分开进行，备机需连续开机运行，存在生产成本严重浪费问题，与目前国家大力强化要求的降本增效原则相违背。

1.2.2 正常生产期间试验机组性能，一旦发现存在问题，主、备风机切换时间可能存在不足，若处理不当，易导致机组损坏或装置停工，存在较大安全生产风险。

1.2.3 若烟机入口双蝶阀（一闸一蝶）密封不严，烟机出口水封罐无法建立水封，机组无法检修。

1.2.4 若机组检修处理时间较长，将会给企业统筹布局和装置工艺生产带来严峻考验。

1.3 面对目前存在的弊端，精细设备管理，统筹布局安排，创新操作方法就显得意义深刻。

2．创新操作方法的提出

针对以上操作技术存在弊端，N公司重蜡油裂解制烯烃项目组，通过查阅大量文献资料和与中石油、中石化有经验大型炼化企业沟通交流论证认为，只要在反再系统衬里烘炉之前，完成烟机出、入口管线和三机组本体等系统设备的安装，理论可以实现反再系统衬里烘炉与三机组性能测试的同步进行。因此，确定利用再生器衬里烧结过程中的540℃烟气进行三机组整机性能测试，来改变以往催化开工三机组开工期间试机的传统做法。

3．创新操作方法的可行性分析

3.1 烘炉产生烟气量与烟机试验要求流量问题

反再系统衬里烘炉期间的主风由备用主风机组提供，正常运行期间备机的出口流量在3800Nm

3/min～4100 Nm3/min，而经设计院核算和以往烟机开工试验，N公司所用YL-16000E型烟机在烟机流量3300Nm3/min、温度540℃时，转速达4000rpm,只要转速≥3500rpm时，即可达到电机合闸条件。

3.2 衬里脱落对烟机安全运行影响问题

考虑由于烘炉烟气温度的大幅波动或衬里施工质量等问题，导致烟气管道部分衬里脱落，使烟气中可能夹带少量小颗粒衬里，对烟机的安全运行造成威胁。经过流程分析讨论认为，进入烟机的烟气中夹带衬里小颗粒的现象基本不存在。这是因为，三级旋风分离器的出口烟气浓度要求≤150mg/m3,同时要求将≥10um的颗粒基本要除净，可见，衬里的脱落对烟机安全运行不会产生影响。

3.3 三机组存在问题对烘炉工作的影响问题

反再系统衬里烘炉和三机组联合试验同步运行期间，即便三机组需要处理一些问题，我们只需调整双动滑阀的开度，烟机入口切断蝶阀和调节蝶阀全关即可。此操作即不影响烟气温度，也不会对其他设备产生不良影响，待将机组存在问题处理完成，即可继续试验。

3.4 三机组机械试运转、联锁保护和喘振点性能测试对烘炉工作的影响问题

至于对三机组机械试运转和喘振点性能测试阶段，对烘炉工作的影响，除非三机组当中的某一设备存在问题，需要整改按3.3说明处理外，其他试验均不会产生任何影响。然而，在对三机组联锁保护动作试验阶段，为防止出现反再压力出现大幅波动，可以采取烟机入口切断蝶阀和调节蝶阀分步试验（关闭调节蝶阀试验切断蝶阀或关闭切断蝶阀试验调节蝶阀）。

4．创新操作方法在实践过程中的应用及注意事项

4.1 衬里烘干和三机组同步运行试验的目的

4.1.1 为公司进一步挖掘潜力，强化成本管理，实现降本增效；

4.1.2 对三机组生产运行中存在的安全隐患，在正式运行前及时发现，有效处理，为装置的“长、满、安、稳、优”运行提供保障。

4.2 必须具备的条件

4.2.1 反再系统、烟气管道系统、余热锅炉系统和除尘脱硫系统的所有人孔、法兰、放空等连接密封完成。

4.2.2 烟机入口管线、膨胀节、调节蝶阀和切断蝶阀等设备，按照现场施工要求全部提前安装完成，单台设备调试合格。

4.2.3 三机组及附属等设备所有部件组装和对中全部完成，并符合开机相关要求。

4.2.4机组润滑油系统跑油完成、油品性能检测合格。

4.3 联组试验操作方法实践应用

4.3.1反应系统升温，达到联试温度

4.3.1.1 根据衬里烘干升温曲线要求，通过调整备机静叶角度、出口放空量、双动滑阀开度、沉降器及外取热放空量、第一提升管再生滑阀开度、第二提升管再生滑阀开度、待生滑阀开度，控制进两器主风量及反再压力，使再生系统、反应系统升温速度满足升温曲线要求，并按2～6℃/h的升温速度，将各主要参考点温度升至150±5℃，恒温84小时[3]。

4.3.1.2调整辅助燃烧器F-101负荷及主风量，以7～11℃/h升温速度升温，再生器测温参考点达到350±5℃、沉降器测温点达到350±5℃，恒温120小时[3]。

4.3.1.3 用6～10℃/h的升温速度达到540±5℃,且恒温96小时[3]。烘炉阶段各温度控制时间和升温曲线，分别详见表2、图2。

表2 烘炉阶段各温度控制时间表

项目	升温速度/ ℃/h 恒温时间/h  累计时间/h    备 注

常温～150 ℃

2～6           36          36

150±5 ℃	0            84          120      脱除表面水
150～350 ℃	7～11          24          144
350±5 ℃	0            96          240      脱除结晶水
350～540 ℃	6～10          24          264
540±5 ℃	0            72          336      高温烧结
540～150 ℃	15～20         24          360
150℃～常温	4           364                主风/自然冷却

图2反再系统衬里烘炉曲线

4.3.2 调节烟机入口蝶阀并烟气试验

4.3.2.1复核备机出口主风流量是否≥3300Nm3/h和机组相关开机条件符合要求。

4.3.2.2岗位操作人员开启烟机切断蝶阀，开烟机预热蒸汽（烟气）线暖机，预热温度控制在100℃/h以内，到220℃改用调节蝶阀预热。

4.3.2.3观察壳体温升情况，观察机组轴瓦温度、振动、位移变化等运行参数和烟机各部膨胀情况。

4.3.2.4 机组转速≥3500rpm时，电机合闸。

4.3.2.5检查机组运行状态，若存在异常及时切除处理。若运行正常，按制定的《三机组试机方案》进行机组机械运转、联锁保护和喘振点性能测试等工作的试验调试工作[4]。试验得出的主风机防喘振曲线见图2。

4.4 联组试验过程中的注意事项

4.4.1 N公司地处沿海，周边环境及空气湿度大，在衬里施工及养护过程中，衬里材料含水量相对较高，为避免衬里升温过程温度变化过快导致水份迅速汽化，尽可能有效脱除衬里材料的表面水和结晶水，在衬里升温烘干过程中，其升温速度应适当放慢，并适当延长脱除表面水和结晶水的恒温时间。

4.4.2 严控烟机预热温度，防止过快，以防由于温度变化过快，影响烟机入口管线膨胀量过大，损坏烟机叶片等机械故障。

4.4.3 若在此过程中三机组发现问题需要切除或停机处理时，衬里烘炉继续进行，只是用烟机入口蝶阀和三旋出口双动滑阀进行调整、切除烟机，待问题解决完成继续并入烟气即可。

5．取得的效益

5.1 通过利用再生器恒温期间的540℃烟气，对三机组进行联机试验的操作方法，改变了以往新建催化装置三机组试机传统做法，使DCC装置的三机组比原定计划提前72小时完成试运。同时，由于此次三机组的提前试机成功，使备用主风机组的运行时间也相应缩短了3天。在不计循环水、施工成本等小成本的情况下，采用此项优化试机方案为公司节约电费约453万元，燃料气约203.3万元，共节约生产费用约656.3万元。

5.2 试验阶段发现，烟机CCS系统的一只转速探头，受键槽毛刺的影响，使这个转速信号检测到干扰波，出现虚假信号，导致CCS联锁动作机组进入安全运行状态，停机。经过讨论，确定由原烟机转速探头三支进入超速保护器，一只进入CCS系统，改为超速保护器上的转速信号，以4—20mA电流硬线接入至CCS系统，优化超速保护联锁，同时在振动探头信号新增一个250欧姆的二极管滤波电阻，这两个严重问题的解决，提前消除了烟机的安全隐患，为装置的正常运行奠定了基础。

5.3 通过试机发现，烟机蝶阀的ITCC控制逻辑动作未严格按照设计文件进行设计，随即联系康吉森技术人员现场修改，此项问题的及时发现与解决，确保了机组控制系统逻辑动作的准确性。

5.4 经过现场实际喘振试验，进一步优化了主风机的喘振曲线，使机组喘振曲线更切合实际。优化前后的喘振曲线，见图3。

图 3 优化前后的喘振曲线图

6．结论

从此次反再系统烘炉和机组机械运转、联锁保护和喘振点性能测试等工作同步运行的实际情况来看，通过精细设备管理，创新操作技术，统筹布局安排等手段，照样可以打破以往反再系统衬里烘炉和三机组性能测试分步进行的传统做法，而且更能体现出烘炉温度控制稳定、机组隐患发现及时、问题处理时间充足、践行降本增效等特点，也标志着该创新操作技术，在前期论证阶段分析深入，方案制定得当有效，并对遇见问题准备充分，实现高质量投料试车，具有良好的经济效益，同时也得到设计院和开工专家们的认可，该操作方法值得推广。

参考文献

［1］罗明，李玲，谭集艳．催化两器衬里烘炉后失强原因分析［J］．化工设备与管道 2013，50(6):40.

［2］许日．大型化催化裂化装置反-再结构型式的选择［J］．炼油技术与工程 2017，47(8):45.

[3] 220万吨/年催化裂解装置反再系统衬里烘炉里方案,2016，1～4。

[4] 220万吨/年DCC装置三机组试机方案,2016，6～9。

INNOVATION AND APPLICATION OF TEST RUN BETWEEN THREE UNITS AND NEW CATALYTIC  CRACKING UNIT

Wang Shengchao, Zhang Xuliang

（CNOOC Ningbo Daxie Petrochemical Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315812, China）

Abstract:For new catalytic cracking (FCC) units, in the past, the general practice of the joint test run of flue gas turbine, main air compressor and electric machinery (abbreviation: Three units ) was carried out after the formal start-up and operation. This operation method has many disadvantages. Once the three units has problems, it will have a great impact on the safe production of the unit. At the same time, there is also a large waste of energy. In 2016, a Petrochemical Company (abbreviation: N company ) was in the oven drying stage of the reverse regeneration system, through fine equipment management and technological innovation, boldly put forward innovative operation methods that are carried out simultaneously with the mechanical test run of the three units, interlocking protection and surge point performance test. This paper describes the feasibility analysis, practical application and economic benefits of the new operation technology, It laid the foundation for the success of one-time operation of N company.

Keywords: FCC, oven drying and three unit, test run, innovation and application, economic benefits