淺談催化裂化裝置中煙氣水封罐的設置和運行

宋磊磊 汪紅（中石化洛陽工程有限公司 471003）

引言

煉油廠中催化裂化裝置煙氣能量回收系統由煙氣輪機系統（簡稱煙機）和余熱鍋爐系統（簡稱余鍋）組成。煙氣從再生器出來后，進入煙機帶動主風機做功，然后進入余鍋系統放熱發生蒸汽。煙氣水封罐作為催化裂化裝置中余鍋系統的一個輔助設備，一般設置在余鍋的進口和旁路煙氣煙道（簡稱煙道）上，相當于一個不漏的閥門，起到隔斷煙氣的作用。

相比煙道閥門，煙氣水封罐一般占地較大，且不易布置，但是從煙機出來的煙氣溫度一般高達700℃[1]，余鍋出口的煙氣溫度也在180℃-220℃，且煙道直徑一般很大，導致大口徑耐高溫的煙道閥門造價很高，由于閥門巨大不好操作，需要配備電動執行機構，總造價一般在100萬左右。煙氣水封罐相比煙道閥門具有安全性高、操作方便、結構簡單、造價低廉等優點[2]，在催化裂化裝置余鍋系統中被廣泛使用。

一、工作原理

煙氣水封罐相當于一個套管，它由一個大水封和側面的一個小水封組成，常規結構形式見圖1。圖中H是大水封的水柱高度，E是小水封的水柱高度。水封高度取決于煙機出口煙氣的最大操作壓力，一般來說大水封和小水封高度取值相同。

圖1 常規水封罐結構圖

水封罐的總高度與煙道的直徑和大水封高度有關，因此水封罐的總高度要大于煙道直徑+煙機出口煙氣壓力/g。

水封罐的直徑取決于煙道直徑，水封罐內筒直徑一般取煙道直徑，為了降低水封罐對煙氣的阻力，水封罐外筒截圓面積一般取大于2.5倍的煙道截面積。

煙氣水封罐和火炬設施內的瓦斯水封罐不同，火炬設施內的瓦斯水封罐起到阻火器的作用，水封高度較低，一般視瓦斯壓力取400-600 mm水柱。瓦斯一般沖破水封。煙氣水封罐和瓦斯水封罐運行原理不同。煙氣水封罐一般成對出現，并設置到并聯的兩條煙道上，起到切換煙道的作用。

煙氣水封罐投用時，大水封不注水，煙氣通道通暢，煙氣可以正常通過水封罐。為了防止煙氣泄漏，投用小水封封住煙氣。

煙氣水封罐關閉時，大水封里注水，由于水封水柱高度大于煙氣靜壓，煙氣無法通過水封罐，相當于一個不漏的閥門。水通過大水封溢流口流入小水封，小水封內水的高度與大水封平齊時，就會從小水封流出，表明大水封水已滿。煙氣水封溢流線必須長流水才能保證水封有效。用大的溢流口溢流水量大，比較浪費，所以設小水封，封住大溢流口，水封罐內水從大溢流口進入小水封后，從小水封溢流口長流水，保證水封罐滿液位。

水封罐水封用水沒有什么特殊要求，一般使用循環水或新鮮水均可。

二、水封罐安裝形式

水封罐基本分為落地式和懸掛式。不論哪種形式，只有上進側出、側進上出兩種不同的安裝形式。不同的安裝形式所起到的作用也是不同的。

余鍋前后設水封罐的目的是為了切斷煙氣進余鍋管路，防止煙氣竄入余鍋。一般在余鍋檢修階段。采用側進上出可以增大煙氣進入余鍋的阻力。因為煙氣要把整個水封罐的水全部由上出口頂出才能進入余鍋。一般煙氣水封罐外環截面積比內圓面積大，所以一般來說需要很高的煙氣壓力。但是采用側進上出方式，高溫煙氣將會對煙氣內筒造成沖刷，在煉油廠使用過程中發現容易造成煙道內筒腐蝕穿孔，造成水封罐損壞。所以目前側進上出的方式已經不再使用了，而是使用上進側出的方式。

而旁路水封罐，其作用是在余鍋投用時切斷煙氣至煙囪的通道。在煙道壓力突然上升時，例如余鍋入口蝶閥突然關閉。此時煙氣可以沖破水封釋放壓力，防止再生器超壓引起主風機喘振。此時水封起到的是安全閥的作用。所以采用上進下出的形式。水封罐的水柱高度就是設計的煙道最高壓力。

三、水封罐的設置和運行

1.無煙氣脫硫設施的余鍋系統

水封罐一般設置在余鍋進口和旁路煙道。因為煙囪內是負壓，一般在余鍋尾部無須設水封罐，只設煙道擋板即可實現余鍋與旁路的切換。如果催化裝置內有2臺余鍋，分別在兩臺余鍋煙氣進口和旁路設置水封罐，可實現余鍋間的切換。水封罐設置見圖2，

（1）余鍋正常運行時，關閉余鍋旁路水封罐V-103，切斷余鍋旁路去煙囪的管路。投用余鍋前水封罐V-101和V-102，煙氣正常通過余鍋。

（2）當余鍋故障檢修時，投用旁路水封罐V-103，關閉余鍋前水封罐V-101和V-102，煙氣經過旁路直接送至煙囪。

（3）當余鍋B故障檢修時，關閉V-102，投用余鍋A前水封罐V-101。一般由于單臺鍋爐設計負荷有限，需要催化裝置同時降低負荷，或者打開余鍋煙氣旁路分擔部分煙氣，這時需要投用余鍋旁路水封罐V-103，并調節旁路前蝶閥以調節煙氣流量。

圖2 不含煙氣脫硫設施的煙氣水封罐設置

2.煙氣脫硫改造后的余鍋系統

隨著《石油煉制工業污染物排放標準》的第二次征求意見稿的公布，對石油煉制企業的煙氣排放要求日益嚴格，據標準，各石油煉制企業有望到2017年實行新的煙氣排放標準，所以目前各地煉油廠的催化裂化和連續重整裝置都在進行煙氣脫硫脫硝項目改造。

常規煙氣的流程是再生器--煙機--水封罐--余鍋--煙囪，增加煙氣脫硫設施后，煙氣流程變成了再生器--煙機--水封罐--余鍋--水封罐--煙氣脫硫--煙囪，改造后對水封罐的設置增加了復雜性。煙氣脫硫設施和余鍋系統在工藝流程上為串聯，均需要考慮煙氣脫硫和余鍋的故障和檢修，將其從煙道切除。圖3以兩臺余鍋帶煙氣脫硫為例，單臺余鍋帶煙氣脫硫的參考本例。

圖3 含煙氣脫硫設施的煙氣水封罐設置

（1）兩臺鍋爐正常運行時，關閉余鍋旁路和余鍋尾部去煙囪的水封罐V-102和V-104。其他水封罐投用，煙氣正常通過兩臺余鍋。

（2）當煙氣脫硫設施故障檢修時，投用余鍋尾部的水封罐V-104，煙氣排向煙囪。關閉余鍋尾部的水封罐V-103和V-106，切斷去煙氣脫硫設施的煙道。

（3）當余鍋B檢修時，關閉余鍋B前后水封罐V-105、V-106和前蝶閥，切斷進入余鍋B的煙氣和防止余鍋B尾部煙氣反串。投用余鍋旁路水封罐V-102，并調節蝶閥分擔部分煙氣直接進入煙囪。

（4）當余鍋和煙氣脫硫同時故障檢修時，投用煙氣旁路水封罐V-102，關閉其他水封罐，再生煙氣經過旁路直接送至煙囪。

四、煙氣水封罐的失效

煙氣水封罐運行穩定，但是也要預防運行過程中水封罐的失效，失效形式就是水封被擊穿造成煙氣泄漏。正常能發生擊穿的只有余鍋旁路水封罐。如果余鍋旁路蝶閥不關閉的話，此水封能起到安全閥的作用。在余鍋入口蝶閥、出口擋板突然出現故障關閉時。煙氣可以擊穿旁路水封，泄放煙氣。避免再生器超壓，主風機喘振逆流的發生。在緊急情況下是要求它能夠發生擊穿的。

余鍋入口水封由于有入口蝶閥的作用不會發生擊穿現象。它的設置是避免檢修時，入口蝶閥不嚴而泄漏煙氣的。余鍋尾部去煙氣脫硫設施的水封罐的操作壓力比余鍋前水封罐壓力低，更不會被擊穿。

余鍋出口水封后是煙囪，一般情況下是負壓，發生擊穿可能很小。

水封罐投用時應撤大水封，建立小水封，此時水封罐只是作為煙氣通道，水封罐運行時間長了可能會出現小水封煙氣外泄，小水封的內插管被煙氣中的二氧化硫腐蝕，導致小水封水柱高度不夠，煙氣從小水封泄漏。 若小水封故障造成泄漏煙氣，可在小水封排地漏出口管加一閥門，關閉閥門即可防止煙氣外泄，待停工檢修時修復。但水封在壓力超出范圍后可以擊穿的，閥門是無法做到的。從安全角度考慮，水封安全，可以保護設備。

結論

水封罐雖然是催化裂化裝置中的一個輔助設備，但是水封罐的正確設置和運行對于催化裂化裝置的安全穩定運行起著關鍵的作用。在催化裂化裝置的設計和運行階段都必須清楚的認識到水封罐的重要性。

[1]楊青祁魯海催化裂化煙氣輪機入口管道的設計化工設計 2004,14（3）.

[2]程高峰，王偉，曹俊，周云博。低壓降水封閥的開發和應用石油化工設備技術201132（4）17.