甲醇制烯烴反應器三級旋風分離器襯里脫落的修復

郗小明 梁旭輝 秦 超

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

某公司600 kt/a甲醇制烯烴（DMTO）裝置，2014年6月開車成功。設計甲醇（折純度100%）進料量為225 t/h。其反再單元采用循環流化床和專用催化劑D803C-II01，催化劑在反應器和再生器中會隨流化介質循環流動，為防止催化劑跑損，在反應器內設有一、二級旋風分離器，反應器外部設有三級旋風分離器，用于回收反應氣攜帶的催化劑，降低催化劑消耗，防止堵塞影響急冷水洗塔及后系統操作。

2015年6月裝置檢修時，打開反應器三級旋風分離器檢查發現，中間筒體底部以上2 m范圍內的襯里全部脫落，脫落面積估計為80～100m2。在化工生產過程中一些設備管道襯里損壞脫落情況也時有發生[1-4]。因此有必要查找原因，以防類似事件再次發生。

1 結構與運行情況

三級旋風分離器由上筒體、上椎體、中間筒體、過渡段、下筒體、下椎體及內件部分組成，內部設有125mm厚的隔熱耐磨襯里（LC3級），防止495℃的高溫反應油氣損壞設備。其結構如圖1所示。

來自反應器的油氣自蝸殼入口沿切線方向進入三級旋風分離器，旋轉至中間筒體底部后，再沿下降管外表面上升，進入下降管與中心管的間隙，經各左旋蝶式旋風管分離所攜帶的催化劑粉末后進入中心管出三級旋風分離器。

圖1 反應器三級旋風分離器結構Fig 1 Structure of tertiary cyclone separator in reactor

2014年10月，發現三級旋風分離器中間筒體表面局部防腐隔熱漆變色超溫，經檢測溫度達到250℃。為保證設備正常運行，在三級旋風分離器中間筒體外圍增加環形工廠風降溫，以保持溫度在100℃左右，維持運行，并對該區域重點監測。2015年2月，發現熱點區域擴大溫度升高，經測量溫度達300℃，局部溫度甚至達到360℃（殼體設計溫度350℃），遂將工廠風改為低壓除氧水進行冷卻，以保證三級旋風分離器外壁表面溫度降至100℃以下。三級旋風分離器表面超溫情況見表1。

表1 裝置運行數據Tab 1 Operation data of device

2015年6月裝置檢修時打開反應器三級旋風分離器檢查，發現中間筒體底部以上2 m范圍內的襯里全部脫落，脫落面積估計為80～100 m2，設備殼體和燕尾式錨固釘未見明顯磨損，現場實測的設備壁厚為28.6mm（設計為30mm）。經設計院確認可以進行修補使用。襯里脫落情況見圖2所示。

圖2 襯里脫落位置Fig 2 Position of lining shedding

2 原因分析

運行過程中，三級旋風分離器的襯里會出現裂縫，含有催化劑的反應油氣進入裂縫，經過夾帶催化劑的湍流氣體長期磨損腐蝕，導致殼體局部襯里減薄，引起表面溫度超溫。殼體材料（Q245R）與LC3級隔熱耐磨襯里材料的膨脹系數不一致，殼體局部超溫會導致熱膨脹產生更多的襯里裂縫，形成局部襯里分塊，在反應油氣的沖刷和塊狀襯里的相互擠壓作用下，發生大面積脫落。

由于熱點產生的最初位置是在三級旋風分離器中間筒體部分的焊縫處，故對襯里裂縫產生的原因做如下分析：

1）下降管底部的烘襯氣流孔僅設計了2個DN300的孔，且中間筒體部分空間狹小，過氣量小，在烘襯過程中可能達不到烘襯效果，導致設備在運行過程中襯里產生裂縫。

2）襯里的澆注施工質量可能存在缺陷。原始的襯里采用支模澆注方式的方式施工，在中間筒體與過渡段部分可能存在澆注密度不均的情況。

3）在對筒體部分熱點區域進行處理的過程中，外表面采用了介質直接冷卻降溫的措施，也會加劇襯里發生裂縫和脫落的速度。

3 修復及改進措施

根據襯里脫落情況，經研究決定采用噴涂方式進行修復，同時制定了以下措施：烘襯過程嚴格按照原始烘爐的方案進行，打開烘襯人孔，加裝臨時溫度計，并繪制升溫曲線；烘襯結束后對襯里進行檢查，及時消除裂縫；在日常操作過程中嚴格按照升降溫度速率進行。

襯里修復噴涂方法：采用外混式噴涂設備，襯里材料經噴涂設備預處理后，經高壓風輸送到噴槍，霧化后的襯里材料在空氣中均勻、高速混合后直接噴射到作業面，一次成形為耐磨隔熱襯里。

修復后，三級旋風分離器烘襯從2015年7月4日開始，共計140 h，最高溫度達到490℃。烘襯結束后經檢查內襯完好，達到預期效果，并于2015年7月15日投料運行，負荷達到105%，表面溫度正常。其運行周期還有待驗證。

4 結束語

目前DMTO裝置反應器三級旋風分離器運行正常，運行周期還有待驗證。鑒于類似化工生產過程中一些設備管道襯里損壞脫落情況時有發生，因此可為類似襯里改造提供參考。

[1]佟以丹,李敏.大型椎體襯里的技術改造[J].工業爐,2005, 27（5）:45-46.

[2]黃輝.外取熱器連接管道襯里失效分析[J].石油化工腐蝕與防護,2013,30（3）:48-50.

[3]呂大偉.煤液化減壓塔襯里脫落分析及應對措施[J].石油化工建設,2014（3）:88-90.

[4]佟以丹,鄭立群,李君.大直徑風送管道襯里的技術改造[J].化工機械,2010（6）:790,810.