FCC装置三旋的技术现状及发展趋势.doc

FCC装置三旋的技术现状与发展趋势张翼飞 中国石油广东石化公司摘要：针对广东石化公司催化三旋的设计问题，对各种型式三旋的结构特点进行分析，得出使用利弊、投资的多少，确定三旋的最佳设计型式，保证烟机正常运行，实现效益最大化。关键词：三级旋风分离器 大三旋 多管式三旋 单管 效率 1、旋风分离器是FCC装置高温烟气能量回收系统中关键设备之一，它不仅要保证烟机长周期安全运行，而且投资很高，其寿命也直接影响装置效益。影响旋风分离器性能的因素很多，通过调研国内同类装置旋风分离器的结构型式及其实际应用状况，分析对比不同型式旋风分离器的性能、效率等，正确选择合适的催化旋风分离器的型式。2、目前三旋的结构形式 立管式、 卧管式和大三旋（分为单圈式和双圈式）三旋主要包括： 卧管式三旋立管式三旋 大三旋我国于90年代后，石油大学与北京设计院及洛阳石化工程公司也独立研制成了PIM型斜管式多管旋风分离器，如上图所示。近些年，由于大三旋的出现，基本取代了多管式形式 ，特别是近年来大型炼油厂少有应用，大三旋是目前的主流设计。3、多管式（立管式和卧管式）三旋与大三旋的比较：3.1多管式三旋与大三旋的特点比较：多管式三旋大三旋整体效率组合效率不理想组合效率高抗干扰能力低极强烟气的利用率总气量的93-95%总气量的99%结构、投资投资大投资节省10%抗堵塞差不会堵塞制造难度制造难度高简单很多寿命受操作条件控制、7年左右不受限制、15年以上3.1.1多管式三旋的致命缺点是单支单管冷态试验效率较高，但是由于各单 管的压降差异以及在空间排布位置的不同，组织后效率明显下降，单管效率高，整体效率不理想。大三旋组合效率高，原因是大三旋的每台旋风子均有自己的单独灰斗，料面可高可低能够调节，这样便能很好的阻挡反窜。多管式三旋众单管仅使用一个公共灰斗，各单管间的排尘返混严重，有时为了减混，设计与操作上采用加大泄气量的办法可以减少单管间的返混窜气。3.1.2多管式三旋单管抗干扰能力差，当操作不正常时，三旋出口浓度变化 大且三旋出口10m的颗粒浓度会从2%（甚至更低）跃升为20%。大三旋经使用考核，操作不正常时三旋出口浓度几乎不变。3.1.3多管式三旋泄气量较大，一旦泄气量减小，单管的返混互窜明显加剧，三旋效率下降，设计上常采用总气量的35%，而大三旋泄气量设计2%，正常时1%便可以，增加了烟气的利用率。3.1.4多管式三旋结构复杂，制造安装要求精度高，尤其立管式三旋单管升气管焊于上隔板，旋气管固定于下隔板，垂直度、同心度的找正需特殊工装，有时由于焊接变形控制不住，精度超标，大三旋的制造安装均简单。3.1.5多管式三旋由于卸料口直径小，运行中容易堵塞，造成三旋失效，装置停工。这种失效与操作和催化剂的选型关系极大，而大三旋不存在此类问题。 卧管式堵塞情况立管式堵塞情况3.1.6多管式三旋单管的制造精度要求很高，允许的单管间压降差应该越低越好，规范要求相同气量下P最大和最小差值二者平均值5%，并按压降排序单管。一但压降差大，各单管进气不均与返混互窜马上加剧，这一点和多管组合结构型式与三室压力分布有明显关系。前面谈到多管三旋的进气室、集尘室、集气室这三室的压力是不等的，进气分配室最高，约等于三旋入口压力，集尘室压力较进气室低34%，最低的是集气室，它较入口进气室压力低了5%以上。压 力压 降进气室10集尘室0.970.03集气室0.950.05由于集尘室压力高于集气室，所以单管内气体大部分（96%）往上走，通过升气管排出，仅少量泄气（4%）往下走，通过泄料口排出进入集尘室，二集尘室压力只比进气室低了3%，所以当单管间压降差一大很容易返窜，而且单管的处理气量分配更不均衡。3.1.7多管三旋单管的磨损与三旋寿命磨损问题实际上就是使用寿命问题。国内使用的多管式三旋其单管内部无衬里（只是在单管下部排尘口喷涂一层耐磨合金）大大限制了单管入口线速的提高，目前均设计为26m/s左右。即便如此，据国内统计，当催化裂化装置催化剂单耗超过0.8kg催化剂/吨原料时，单管的磨损现象均很明显，平均寿命约5年左右，五年后大都要局部或全部更换单管，也有个别运转一年就需要更换，单管的更换尤其对卧式三旋是非常困难的。大三旋由于内部有衬里入口线速可以28m/s以上，磨损也不明显，在泰国使用的大三旋可以连续使用多年，做到两次装置停工不检修，三旋寿命大大提高。3.1.8立管式三旋的高温变形和三旋失效 立管式三旋设计采用了2840毫米的厚隔板，因为进气、排气、集尘三室的压力不相等，存在着上下隔板的高温变形问题，超温时尤为严重。由于隔板的变形，单管偏斜错位，器原始安装精度完全失去。单管的气固相分离，排尘、排气工况失常，直接导致三旋降效失效。3.1.9 Buell研究发现，三旋8m的颗粒除尽并非通过三旋除的，而是高线速下，大颗粒被磨碎。因为三旋入口平均颗粒直接12m，三旋出口收集起来恰是8m，清楚说明大于12m的被磨成小于8m。大三旋则不然，出口平均颗粒直径略小于入口平均颗粒直径，表明大三旋内催化剂颗粒的磨碎并不明显。3.1.10操作工况下，三种形式三旋效率总体比较（Buell做过比较）立式60-65%卧式60-70%大三旋80%大三旋比多管式三旋的效率高出 1020%3.1.11首台大三旋（BSX型）于2006年9月在海南280万吨/年催化裂化装置和2006年11月在延安200万吨/年催化裂化装置上成功建设和投入应用。通过标定，三旋的出口工况下烟气中催化剂浓度在5062mg/m3，平均为55mg/m3.三旋进口烟气中催化剂粉粒主要集中在520m之间（约占60%），三旋出口能将大于6m的细粉完全除尽或基本除尽。证明大三旋（BSX型）的分离性能和效果很好，完全达到了预期的效果。3.1.12目前，大三旋的唯一缺点就是个别装置的有些震动，初步原因可能是三旋内部多个并联大旋风流体流动的扰动与机械固有频率产生的共振造成的，这对装置和人员都会造成一定影响，一定要引起关注。4、同类装置三级旋风分离器的应用目前大三旋有两种形式，BSX和LSX,其实他们的结构是一样的，只是设计院的不同而分别取名，北京院设计的称为BSX,洛阳院设计的称为LSX.装置名称烟气量三旋型式及旋风子总体尺寸结构简图广东揭阳360万吨/年催化装置326400m3/ht=690=0.275Mpa313200m3/h=5500Nm3/min，t=670=0.255 Mpa中油大连石化350万吨/年重油催化裂化440000m3/h卧管式三旋，内置210根蝶式旋风单管5200/74002367336/24LPEC设计2001年中油呼和浩特石化公司280万吨/年 催化裂化416000m3/h立管式三旋，内置130板PST-300型旋风管82001391926LPEC设计2008年中石化茂名石化公司220万吨/年 催化裂化300000 m3/h立管式三旋，内置94板PST-300型旋风管73001260024LPEC设计2003年中石化长岭280万吨/年 催化裂化291400 m3/h新型LSX三旋，内置24台960PLY切向进气小旋分器5400/4720019590 双圈型式LPEC设计2005年中油四川石化250万吨/年 催化裂化298000 m3/h新型LSX三旋，内置24台960PLY切向进气小旋分器5400/4720019590双圈型式LPEC设计2009年中油宁夏石化260万吨/年 催化裂化292000 m3/h新型BSX三旋，内置12台1236BY切向进气小旋分器770016693单圈型式SEI设计2009年中油榆林石化180万吨/年 催化裂化277000 m3/h新型LSX三旋，内置24台960PLY切向进气小旋分器720019640双圈型式LPEC设计2006年中石化海南洋浦280万吨/年 FCC327500 m3/h新型BSX三旋，内置12台1236BY切向进气小旋分器770016772 单圈型式SEI设计2005年中石化青岛石化290万吨/年 FCC330000 m3/h新型BSX三旋，内置12台1236BY切向进气小旋分器770016680单圈型式SEI设计2005年伊朗Arak炼厂493万吨/年 RFCC620000 m3/h新型BSX三旋，内置24台1236BY切向进气小旋分器1040021921双圈型式SEI设计2005年中石化金陵分公司350万吨/年 FCC455460m3/h新型LSX三旋，内置27台1130PLY切向进气小旋分器6900/489002198636/28双圈型式LPEC设计2005年从上表可以看出，最近新上的项目均采用大三旋设计，可见大三旋设计是三旋设计领域的突破，是发展趋势。5、三级旋风分离器的投资三级旋风分离器的投资问题实际上又与旋分子的处理量有密切关系。多管三旋单管的处理风量均较低，尤其卧式三旋单管直径相同时，每根管处理风量才相当于立管的6070%。单管处理量低，三级旋风分离器壳体必然增大，设备投资相应增加。国内多管三旋单管的风量与压降矛盾一直很突出，国内各种类型的单管，风量过大时效率反而下降而阻力降大大增加。采用切向进气的大三旋只要结构尺寸比合适，完全可以象一二旋那样做到小直径大处理量，其设备投资可比多管三旋节省10