催化裂化裝置能量回收機組配套選型分析

董 飚 陳建榮

（中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，200540）

催化裂化裝置能量回收機組配套選型分析

董 飚 陳建榮

（中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，200540）

催化裂化裝置再生系統主風線路的壓降不同，對主風機出口壓力的要求也不同。確定了幾種主風機組配套方案，通過計算各種配套方案的功率消耗，分析其對節能的影響，同時考慮了投資、占地、管道布置、操作是否方便等因素，最終選擇了能量回收主風機組與離心主風機組匹配的方案。并對該方案中離心主風機的啟動、并機、調節等進行了闡述。

能量回收機組 軸流主風機組 離心主風機 配套選型 節能

催化裂化裝置是煉油廠將重油催化裂化為輕質油氣的重要裝置，同時也是煉油廠的耗能大戶，其能耗約占煉油廠總能耗的40%［1］。中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）煉油部2＃催化裂化裝置處理量為3.5 Mt／a，其催化劑再生系統采用重疊式兩段不完全再生方案，兩個再生器重疊布置，即一段再生器位于二段再生器之上。一段再生器貧氧操作，由于氫的燃燒速度遠遠大于碳的燃燒速度，因此催化劑在一段再生器生器較為緩和的操作條件下，燒掉全部的氫和部分碳，可以有效降低催化劑的水熱失活；二段再生器富氧操作，操作條件較一段再生器苛刻，由于氫在一段再生器內基本燃燒完全，二段再生器可以在更高溫度下將催化劑上剩余的碳完全燃燒，進行催化劑再生。含有過剩氧的二段再生器煙氣通過分布板進入一段再生器，與進入一段再生器的主風一起對高含碳量的待生催化劑進行燒焦，這樣在燒焦比較完全、再生效果比較好的情況下，燒焦烈度有所緩和，對催化劑的破壞最輕，有利于延長催化劑的使用壽命。因此空氣中氧的利用最為合理，同時降低了燒焦主風用量和主風機耗功［2］。

主風機向一、二段再生器提供主風，分別經一段再生器至一段再生器頂線和經二段再生器、一段再生器至一段再生器頂，線路總壓降是不同的，它們對主風機出口壓力的要求也就不同，這就存在一個主風機如何選型配套的問題。同時，主風機是催化裂化裝置的耗能大戶，煙機是節能大戶，機組運行是否平穩可靠對裝置的安穩生產是至關重要的。

1 主風機組配套選型方案

主風經二段再生器、一段再生器至一段再生器頂線路總壓降共計80 kPa（文章中所述的壓力均為絕對壓力），而經一段再生器至一段再生器頂線路總壓降50 kPa，兩路主風線路的壓降相差30 kPa。按照不同的主風線路壓降配置主風機出口壓力可以降低裝置能耗。額定工況下一段再生器、二段再生器操作參數如表1所示。

表1 主風分布

基于兩條主風線路壓降的不同，根據傳統“三機組”的能量回收機組配套形式，選擇是由一臺還是兩臺主風機給兩條線路供風，是采用降壓還是升壓的形式，擬定了以下幾種主風機組配套方案。

1.1 方案1（1套能量回收主風機組）

能量回收主風機組采用煙機＋主風機＋電動／發電機的3機組配置，布置方式見圖1。煙機采用單級煙機，主風機采用軸流壓縮機，按照出口壓力0.47 MPa、主風量5 936 m3／min設計，一臺高壓力的主風機同時為一段再生器、二段再生器提供主風。

圖1 能量回收三機組布置

1.2 方案2（1套能量回收主風機組）

采用兩套能量回收主風機組并聯操作的配置方式，都采用煙機＋主風機＋電動／發電機的3機組配置，布置方式與方案1相同。煙機采用單級煙機，兩臺主風機都采用軸流壓縮機，一臺按照出口壓力0.44 MPa、主風量3 896 m3／min設計，另一臺按照出口壓力0.47 MPa、主風量2 040m3／min設計。低壓主風機為一段再生器提供主風，高壓主風機為二段再生器提供主風。正常操作時，兩套主風機組并聯操作。

1.3 方案3（主風－增壓4機組配置）

采用煙機＋主風機＋增壓機＋電動／發電機的4機組配置，煙機采用單級煙機；主風機采用軸流壓縮機，按照出口壓力為0.44 MPa、主風量為5 936 m3／min設計；增壓機采用離心式，按照入口壓力0.44 MPa、出口壓力0.47 MPa、主風量為2 040 m3／min設計。一段再生器主風由主風機直接提供，從主風機出口分出二段再生器用風量進入增壓機，將風壓增加至0.47 MPa作為二段再生器用風。該方案關于增壓機的安裝位置有兩種布置方式：一是增壓機布置在主風機和變速箱之間，布置方式見圖2所示；二是增壓機布置在電動／發動機后面，布置方式見圖3所示。

圖2 增壓四機組配置方案布置1

圖3 增壓4機組配置方案布置2

1.4 方案4（1套能量回收主風機組＋1套離心主風機組）

該方案是從方案3演變來的，主風－增壓4機組的增壓機單獨由電動機驅動，成為離心主風機組。能量回收主風機組采用煙機＋主風機＋電動／發電機的三機組配置，布置方式見圖1所示，煙機采用單級煙機，主風機采用軸流壓縮機，按照出口壓力0.44 MPa、主風量5 936 m3／min設計。離心主風機組采用離心主風機＋電機的二機組配置，按照入口壓力0.44 MPa、出口壓力0.47 MPa、主風量2 040m3／min設計，布置方式見圖4所示。一段再生器、二段再生器供風方式與方案3相同。

圖4 離心主風機組布置

2 主風機組配套方案分析

下面就主風機的不同選型配套方案對節能的影響進行分析，同時考慮投資、占地、操作等的影響，比較各種方案的優劣。

通過計算，方案1、2、4（方案3、4主風耗功相同）軸流主風機和離心主風機的耗功，具體結果見表2所示。

方案1只有一套能量回收主風機組，優點是投資省，占地少，工藝配管相對簡單，操作相對簡單；缺點是一段再生器主風有一定的節流損失。

方案2有兩套能量回收主風機組，優點是不存在節流損失，主風耗功最少，節能效果最好；缺點是投資大，占地多，煙氣、主風管道布置非常復雜，操作相對麻煩，特別是開工階段或某臺回收機組出現故障時，與備用主風機組之間的切換會相當復雜。

方案3為主風－增壓4機組配置，優點是比較節能，投資不大，占地不多；缺點是操作比較麻煩。該方案布置方式1存在的問題是增壓機本身耗功不大，但轉子要傳遞很大的功率，主軸比較粗；布置方式2存在的問題是整個機組功率比較大，而增壓機功率偏小，明顯不匹配。

表2 機組配套方案功率計算

方案4為1套能量回收主風機組＋1套離心主風機組，優點是比較節能，投資不大；缺點是要為離心主風機組提供合適的地方，占地偏大，操作稍麻煩。

綜合考慮各因素，方案4的配套方式其節能效果優于方案1，略次于方案2；投資、占地、管道布置、操作等方面則優于方案2，略次于方案1。最后選擇方案4為該裝置最終的主風機組選型配套方案。

3 離心主風機組的投用

能量回收主風機組＋離心主風機組方案中，離心主風機的投用是其他催化裂化裝置沒有的，也是一個難點，需要在備用風機運行、裝置開工、能量回收機組投用后進行。離心主風機組擔負著向二再提供主風機的重任，與軸流主風機同樣重要，其投用過程是否平穩，既關系到裝置的平穩操作，也關系到軸流風機機組的平穩運行。主風流程見圖5所示。

圖5 能量回收機組與離心主風機組流程

離心主風機啟動前，已經進行了主、備風機組切換，所需的主風全部由能量回收主風機組提供。啟動離心主風機組，離心主風機的并機過程見表3所示。

離心主風機的風壓會隨著風量的減小而下降，當操作中需要適當降低二再風量，而增壓機出口風壓要求不變時，適當開啟閥17將少量增壓風并入一再主風管線即可滿足需求。最終實現由軸流主風機一段再生器提供主風，由離心主風機向二 段再生器提供主風，滿足裝置滿負荷運行的要求。

表3 離心主風機的并機過程

4 結論

（1）催化裂化裝置再生系統中，一段再生器、二段再生器兩路主風線路壓降是不同的，對主風機出口壓力的要求也是不同的。

（2）主風機組有多種不同的選型配套方案，既要考慮對節能的影響，又要考慮對投資、占地、操作等方面的影響。綜合考慮各方案的優劣，最后選擇了1套能量回收主風機組＋1套離心主風機組的方案4。

（3）在機組啟機、并機切換、調整操作時，要注意機組各個閥門的作用以及機組間的配合，保證機組平穩運行和系統主風壓力、風量穩定。

［1］ 盧鵬飛，冀江，楊龍文.中國催化裂化煙氣輪機自主創新三十年的回顧［J］.中外能源，2008，13（增刊1）：8－10.

［2］ 方立定，易擁軍.催化裂化主風機－煙機能源回收機組工況分析［J］.石化技術，2011，18（1）：31－35.

Analysis on Ancillary Design of Energy Recovering Units in FCCU Unit

Dong Biao，Chen Jianrong
（Petroleum Refining Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540）

As the pressure drops in main air line of regeneration system of FCCU were different，their demands on pressure of fan outlets were different.Several ancillary designs ofmain air units were primarily determined，based on calculation of the power consumption，analysis of effects on energy conservation，and consideration of investment，land，piping layout and operability，the scheme of matching energy recovery main air unit with centrifuge units was finally selected.The operating methods such as starting，toggle and adjusting of the centrifugal fan were described.

energy recovery unit，axial compressor，centrifugal compressor，ancillary design，energy saving

1674－1099 （2014）06－0021－04

TK262

A

2014－09－26。

董飚，男，1966年出生，1992年畢業于中國石油大學（北京）機電工程系，碩士，高級工程師。現就職于上海石化煉油部，專家，從事煉油設備管理工作，已發表論文16篇。