采用先进技术, 科学设计和施工,延长催化裂化装置设备衬里寿命.doc

采用先进技术, 科学设计和施工，延长催化裂化装置设备衬里寿命中国石化工程建设公司 闫涛 顾一天 黄荣臻流化催化裂化装置在工艺操作上有两大特点：一是高温，二是流态化和流动。这两个工艺操作的特点决定了催化裂化装置的设备区别于其它装置的主要特点也有两个：一是耐高温；二是耐颗粒流化和流动带来的磨损。因此，耐高温和耐磨损的衬里设备是流化催化装置的关键设备，要想延长催化裂化装置设备的使用寿命、满足催化裂化装置长周期安全运行的要求，采用先进技术、科学设计和施工、延长催化裂化装置设备的衬里寿命是最关键的一步。十多年前，不少炼厂的催化裂化装置设备衬里经常损坏，检修频繁。例如：济南炼厂的80万吨年催化裂化装置曾因再生器至外取热器接管及二密床龟甲网衬里大面积脱落，器壁过热，曾多次在器壁外帖焊钢板，但也无法维持生产，不得不停工检修；另外在各个斜管的接口经常造成龟甲网鼓胀、脱落，卡塞滑阀。严重影响催化裂化装置的安全、稳定、长周期运行，直接影响企业的效益。有的新建催化装置开工不到一年就因衬里脱落等原因被迫停工检修。严峻的事实说明衬里质量成了当时影响催化裂化装置安、稳、长运行的最大障碍之一，迫切需要解决。近十几年来，中国石化工程建设公司通过在衬里材料、衬里结构、和衬里施工几个方面不断研究和创新，走出了一条采用先进技术、科学设计和施工的新路，大大延长了设备的衬里寿命，满足了装置长周期安全运行的要求。在这个方面，比较典型的例子就是中国石化济南分公司140万吨年重油催化裂化装置（RFCC）。到今年10月，该装置已满负荷平稳运行了十周年，十年来没有因为反再系统设备衬里问题而影响装置的正常运行，其设备衬里经受了考验。该装置由原中国石化北京设计院设计，装置于1995年9月开始安装施工，1996年10月28日一次开车成功。十年中该装置运行了三个多周期，第一周期运行573天，第二周期运行1002天，第三周期运行1073天，第四周期于2004年4月例行检修后开工至今，计划运行4年，到2008年再停工检修。该装置接连创下行业内同类装置连续开车最长的纪录。该装置在每次的计划停工检修时，都对反再系统设备的衬里作了例行检查，结果衬里都完好无损。事实证明该装置使用的衬里技术是成功的，达到了预先提出的“三年不小修，十年不大修”的目标。目前，中石化和中石油所属的催化裂化装置中已有接近1/3能够实现3年一修。其中，衬里的安全可靠是实现上述目标的关键。经过多年的研究创新和经验总结，目前我国催化裂化装置的衬里水平已经有了很大的提高。下面从设计、施工和操作三个方面、讲一讲我们是如何通过采用先进技术、科学设计和施工、延长催化裂化装置设备衬里寿命的。（一）科学设计1、改进了传统的龟甲网隔热耐磨双层衬里为提高衬里材料的强度，将铝酸盐水泥A50（高铝水泥）的强度等级由425#提高到625#及其以上，引导开发了许多新的衬里材料系列产品。龟甲网材质不用Q235A碳钢而选用0Cr13不锈钢，因为0Cr13与Q235A碳钢相比，膨胀系数相近又能耐高温和腐蚀；也不选用0Cr18Ni9Ti，因为不锈钢膨胀系数太大。端板与柱型锚固钉的焊接由单面焊改为双面焊。在特殊部位，锚固钉适当加密。龟甲网边缘与衬里挡板相焊处，加设固定板，衬里挡板和固定板都开设膨胀缝。在原来龟甲网不易成型的异型部位和曲率半径较小的部位，采用相当于离散的龟甲网的侧拉环锚固结构，即保证了结构尺寸和形状，又避免了龟甲网的撕裂和鼓包。2、改进了传统的隔热耐磨单层衬里不再盲目降低导热系数，适当提高隔热耐磨单层衬里料的导热系数和强度指标，即防止设备壁温过低导致的露点腐蚀，也由于强度提高延长了衬里的使用寿命。采用带塑料帽的型锚固钉，有效地提高了衬里的锚固强度、避免了锚固件和衬里料膨胀系数不一致带来的问题。采用弓型钢丝纤维。过去传统的钢丝纤维是从常温混凝土移置而来，截面呈直线月牙型，抗裂纹扩展的能力不强，采用熔拔法生产，化学成分和机械性能不易控制，无法保证。现在最新型式的钢丝纤维是无锡一家生产厂生产的材质为18-8的弓型钢丝纤维，采用冲压钢丝方法生产的，可以保证化学成分和机械性能。其特点是：据国外最新资料显示，加入弓型钢丝纤维的单层衬里的抗裂性是加入直线钢丝纤维的4倍，加入弓型钢丝纤维的单层衬里的韧性是加入直线钢丝纤维的2倍。对穿过衬里层的接管，外包陶瓷纤维纸，并设置衬板，以保护陶纤纸。对衬板及插入衬里的构件开设膨胀缝。关于无龟甲网隔热耐磨单层衬里中型锚固钉的布置，直立筒体应为16个米2，这样即牢固地固定了衬里，又便于振捣施工，钉布置太密，不但造成浪费，还会使器壁温升高。但特殊部位应适当加密。3、取消了隔热耐磨无龟甲网双层衬里。隔热耐磨无龟甲网双层衬里，虽然耐磨层用不锈钢纤维增强，但由于耐磨层和隔热层的密度及膨胀系数相差甚大，相当于两层“皮”，开停工次数多了，这两层“皮”趋于脱离，耐磨层容易发生脱落。这种结构被证明是不可取的。曾经流行的“高热阻”双层无龟甲网衬里，其隔热层是导热系数很小、强度也很低的保温材料，耐磨层是用钢丝纤维增强的高耐磨材料。其优点是导热系数低，隔热效果好。其缺点是耐磨层出现裂纹后，带高速催化剂颗粒的烟气从耐磨层的裂纹串入隔热层，很快将隔热层捣空，实际使用中多次发生过器壁超温现象，所以这种结构从理论到实践都是行不通的，现在设计中已不再选用隔热耐磨无龟甲网双层衬里。4、正确选择衬里结构根据不同设备、不同的操作条件和不同的部位选择不同的衬里结构：再生器（包括一再和二再）选用无龟甲网单层衬里；沉降器、三级旋风分离器、外取热器、提升管、斜管和烟道等选用龟甲网隔热耐磨双层衬里；受介质磨损严重的部位，如一、二级旋风分离器、粗旋稀相管、料腿、空气分布管等采用以龟甲网或Y型锚固钉锚固的以磷酸盐为胶粘剂的高耐磨单层衬里结构。沉降器采用龟甲网隔热耐磨双层衬里而没有采用无龟甲网隔热耐磨单层衬里，有以下考虑： a) 单层衬里要兼顾隔热和耐磨性能，其密度不可能太高，气孔率较大，油气的渗透性相对较强。沉降器内的油气渗透到衬里层中，造成结焦，从而造成衬里导热系数增加，外壁温度升高。而龟甲网双层衬里的耐磨层密度较高，气孔率较低，渗透性低，且正常情况下没有裂纹。所以，油气渗透结焦的可能性大大减少。b) 因无龟甲网衬里势必会有小裂缝，油气从裂纹串入或渗透到内部后积聚成焦炭，体积膨胀会致使衬里脱落，甚至将锚固钉拔起来。c) 当沉降器的内部结焦严重，在停工用风铲除焦时，容易将焦炭和衬里一起打下来。而若用双层龟甲网衬里，因有龟甲网保护和耐磨层强度高等因素，不易将衬里破坏。d) 因沉降器操作温度较低，约480550，龟甲网双层衬里能适应其操作条件。实际已证明，经改进了的龟甲网双层衬里在沉降器上使用情况良好。5、择优选择衬里材料近年来衬里材料的发展很快，品种很多，应根据不同部位，不同的操作条件选用不同类型的衬里材料，例如：冲蚀严重部位的双层龟甲网衬里耐磨层，应选用高耐磨的衬里料，而不应选择中耐磨衬里料。高耐磨衬里以胶粘剂的不同分为两类，一类是以磷酸盐为胶粘剂；另一类是以纯铝酸钙水泥为胶粘剂。前者是热硬性的，优点是不需喷水养护，在空气中即可固化。与钢板的粘结力强，耐磨性好。缺点是气温较高时，固化速度较快，施工和易性较差。而后者是属于水硬性的，需喷水养护，优点是施工和易性好，缺点是与钢板的粘结力较差。前者一般用于与钢板直接粘接的单层刚玉衬里，后者可用于龟甲网双层衬里的高耐磨料。在旋风分离器及两器内件，如空气分布环等催化剂冲蚀严重的部位，使用以磷酸盐为胶粘剂的刚玉衬里，因为衬里的耐磨性不仅取决于骨料，更主要取决于胶粘剂的粘结强度。磷酸盐的粘结强度高于纯铝酸钙水泥的粘结强度。最近陆续有些炼厂选用法国Actchem公司的高耐磨衬里，他们的高耐磨衬里Actchem85是一种单组分气硬性浇注料，从目前的交流和调查情况看，Actchem85比国内的AA级高耐磨衬里技术上要领先。它的主要特点是：a) 耐磨性好：其耐磨性3.0， 国内规范要求AA级高耐磨衬里耐磨性6.0。b) 高强度：在空气中即获得高强度，据称安装完毕即可进行装卸和运输而不会损坏衬里。其常温抗压强度160-193Mpa，常温抗折强度38Mpa；国内规范要求AA级高耐磨衬里常温抗压强度指标为80Mpa，常温抗折强度10MPa。c) 合易性好：易于施工和填塞。d) 烘干时间短：烘干时不用恒温保持，可以连续加热，烘衬时间可大大缩短。在一些磨损比较严重使用国产衬里经常损坏的部位可以选用Actchem85高耐磨衬里，国内已有几家炼油厂开始应用，但其价格较高。6、特殊部位采用特殊衬里结构a) 提升管Y型部位（俗称裤衩部位）由于形状特殊，原采用龟甲网双层衬里，经常发生龟甲网开裂、衬里脱落。现在采用密度较大的无龟甲网隔热耐磨单层衬里，用锚固钉锚固，规定采用支模振捣法施工，不允许手工涂抹。b) 双动滑阀、蝶阀出口处，由于携带高速催化剂颗粒的烟气，在该处产生湍流，冲刷磨损严重。过去一些炼厂在该处采用一般的衬里结构，使用一个周期后，在12米范围内衬里连同龟甲网全被冲掉，连锚固钉也只剩半截或只留根部。为此对该结构进行整改：采用合理的过渡锥角，耐磨层采用高耐磨刚玉衬里，并将耐磨层的厚度加厚（宁可适当减薄隔热层），在高耐磨料中掺入不锈钢纤维增强。c) 再生器斜管出入口，即斜管与筒体相交处的相贯线部位，这是衬里最易损坏的典型部位。由于衬里层内外表面的温差大，固定挡板内外膨胀不一致，造成构件变形，以致将衬里拱坏。现在该部位采用无龟甲网隔热耐磨单层衬里，用支模振捣法施工（此模板为特殊的异形模板），收到了很好的效果。（二）精心施工衬里施工前，应认真对施工操作人员做好有针对性的技术质量交底，增强施工和监督检查人员的责任心。施工过程中严格把好五关，即施工程序关、操作规程关、原材料检验关、隐蔽工程关、工序交接关。施工员、质量检查员对锚固钉的布置和焊接、龟甲网的安装和焊接、模板的支设、衬里材料的搅拌、衬里振捣及养护等工序环节的施工质量实施连续监控并层层把关。衬里施工质量始终处于受控状态。特别注重对特殊部位衬里质量的把关，锚固钉的加密和布置除符合设计要求外，还根据现场实际情况额外加设了一些锚固钉。施工时强调“一次成功”，力争做到百分之百合格，避免返工。因为施工完了发现不合格再打掉重衬，将危及周围衬里的质量。越返工，衬里质量越差，会造成恶性循环。作业环境及温度对衬里的施工质量有较大影响。冬季施工时应对设备进行保温或覆盖，内部用暖气片来提升温度，保证衬里设备内部温度不低于10；夏季施工时应尽量错开高温时段，采取强制通风、加冰水搅拌、加缓凝剂和增加养护次数等办法降低温度。（三）精心操作衬里施工完成后，由装置操作人员烘炉，烘炉的时间要求衬里规范都有规定，如条件允许，烘炉时间长一些更好，使衬里中的水分有充分时间排出，特别是350以前的升温阶段。反再系统各设备管道连接成多个回路，各设备距热源位置和工艺流程的不同，升温速度和温度差别很大。距热源越远，滞后时间越长，要兼顾设备和管道的烘干要求，所需的时间也就越长。在主风机试车时就将热风送入反-再系统内。为统筹考虑各部位的温度，应适当增设恒温点并延长恒温时间，尽可能地做到将衬里中的水分缓慢地蒸发。济南140万吨年重油催化裂化装置烘衬里实际时间约17天（406小时），海南280万吨/年重油催化裂化装置烘衬里实际时间约11天，烘炉效果都比较好。催化装置的平稳操作应是衬里寿命的保障条件，如果操作不平稳或造成事故状态，经常开停工，温度骤升骤降，会使衬里急剧膨胀和收缩，衬里裂缝就会越来越大，越来越多，到了一定程度衬里就会脱落，器壁就会超温。济南140万吨年重油催化裂化装置操作一直比较平稳，三器系统温度大幅度变化的次数很少。十年来开停工总数才3次，所以操作对衬里寿命的影响很小。十多年来，我们走了一条自主创新之路，不断开发衬里新产品、新