催化裂化PTU系統結垢的處理方法及預防措施

朱彥昊

【摘 要】催化裂化裝置的進入煙氣脫硫系統處理。煙氣脫硫系統需將塔底漿液部分外甩，以維持塔底懸浮物含量。外甩漿液進入PTU廢液處理系統。外甩漿液經污水混合罐、澄清器、氧化罐和斜坡沉降器處理后，將外排污水PH值、懸浮物及粉塵含量控制合格，最終通過外排污水泵外排。PTU系統在運行4年后，先后出現了氧化罐工藝管線結垢及污水外送線結垢的問題。

【關鍵詞】催化裂化；PTU；結垢

二套ARGG車間PTU系統于2013年9月正式投產，處理本公司兩套催化裂解裝置的煙氣脫硫塔產生的外甩漿液。兩套催化裝置的塔底漿液匯合后，經過污水混合罐與絮凝劑混合后進入澄清器，澄清器經過物理沉降后，上層清液流入3臺串聯的氧化罐，通過鼓入氧化風調節污水中的化學需氧量，通過注入堿液調節PH值，再進入斜坡沉降器進一步降低污水中的懸浮物，進入污水儲罐后最終通過外送泵外排。

1、氧化罐系統

1.1現象

2017年10月，PTU系統漿液處理量超過20t/h或濾清池返回清液流量增加時，出現了氧化罐放空冒水，氧化風機出口壓力的現象。

2018年1月，氧化罐放空冒水頻率逐漸增加，嚴重影響正常的生產操作。隨即對3個氧化罐開人孔進行檢查，發現氧化罐內壁結垢較為嚴重，并對罐內沉積污泥清理。隨后發現，斜坡沉降器前絮凝劑混合器結垢嚴重，流通截面積減小，更換新混合器后，氧化罐放空冒水現象有所緩解，但仍未達到正常生產操作狀態。

2018年4月氣溫上升后，對氧化罐工藝管線逐個拆開檢查后發現，第一個氧化罐出口至第二個氧化罐入口的管線內壁結垢并不嚴重，且為軟垢易于清理。第二個氧化罐出口之后的管線結垢現象逐漸嚴重，拆下管線后發現結垢厚度在5mm-10cm之間，且為硬垢，質地堅硬，不易清理，需用撬棍和大錘敲擊才能從管壁脫落。

1.2原因分析

對垢樣采樣分析后，數據如下：氧元素含量占比51.3%，鈣元素占比33.3%，基本可推斷出結垢物質主要為鈣鹽。

將垢皮放入燒杯中，分別加入熱水、稀硫酸、堿液及稀鹽酸，發現垢皮只在稀鹽酸中有明顯發泡溶解，且鹽酸濃度越高，溶解速度越快。

與設計人員結合后，進一步分析是因為PH值在7時，Ca2+在水中的飽和溶解度為355mg/l，7.5時Ca2+在水中的飽和溶解度55mg/l。在實際生產操作中，本裝置3臺氧化罐長時間處于PH值逐漸升高的狀態，第三個氧化罐出口PH值最高可達8.5。所以，隨著氧化罐出口PH值升高，Ca2+在水中的飽和溶解度逐漸下降，析出的鈣垢與催化劑顆粒共同沉積在管壁上，隨著運行時間而逐漸變厚，污水逐漸流通不暢，最終限制了氧化罐的處理能力。Ca2+來源主要是煙氣脫硫塔補入新鮮水中的Ca2+，隨塔底外甩漿液進入PTU系統。

從長期操作中觀察，當再生器氧含量控制在2%以上時，進入煙氣脫硫塔煙氣中氧含量過剩，COD較低。煙氣脫硫塔外甩漿液進入澄清器，澄清液溢流入氧化罐后，因氧化風機提供風量過剩，澄清液中溶解的CO2被過剩的風量從氧化罐放空帶出，進而導致PH值升高。因氧化罐流程為串聯，所以出現了氧化罐PH值逐漸升高的現象，在塔底漿液PH至控制在7時，第三個氧化罐出口PH值可達8.5。同時PTU外送污水COD較低，長期維持在20mg/l，與指標60mg/l相差大。當再生器氧含量控制在2%以下時，在塔底漿液PH至控制在7時，第三個氧化罐出口PH值降至7.5以下。同時PTU外送污水COD升高。

1.3處理方法

逐個拆下氧化罐工藝管線，彎頭、短接，將管壁內垢皮敲下清理，長管段直接更換，并將氧化罐內壁的結垢敲下清理，防止在檢修后的投用過程中，因干濕交替導致罐內垢皮脫落，從而堵塞氧化罐下水斗。

1.4預防措施

一是根據PTU外排污水及澄清器COD化驗結果，在保證外排水COD合格的前提下，氧化風機由原來的二開一備改為一開三備，防止過量鼓風，氧化罐出口PH值過高，從而導致Ca2+析出結垢。

二是將投用3臺氧化罐改為1開2備或2開1備，減少污水氧化停留時間，防止氧化罐出口PH值過高。另外，從現象看，嚴重結垢出現在第2臺氧化罐之后，減少氧化罐運行臺數也可減少拆裝清理的工作量。

三是在滿足脫硫塔的操作條件下，適當減少注堿量，降低煙氣脫硫塔PH值，控制弱酸性，以降低氧化罐出口PH值，從而減少結垢。

以上三條實施后，既達到減緩氧化罐系統的結垢目的，也實現了裝置的節能降耗，降低了生產成本。

2、外排水管線

2.1現象

PTU外排水最大流量逐漸由30t/h下降至20t/h，泵出口壓力由0.7MPa逐漸上漲至0.8MPa，無法滿足正常生產操作要求。將管線切割后，發現管線內壁結垢厚度在5cm到8cm。與氧化罐工藝管線不同的是，管線內壁大部分為軟垢，但質地較粘，從外部用大錘錘擊無法震下垢皮。

2.2原因分析

外排水管線的結垢機理與氧化罐結垢機理相似，但由于外排水管線由泵將污水打出，氧化罐系統內管線靠靜壓流通，且外排水管線為DN80管線，氧化罐系統工藝管線為DN100，排外水管線流速較高，管壁內沉積作用沒有氧化罐工藝管線嚴重。

本裝置PTU外排水線在2017年與慶化公司、動力廠PTU系統外排水合并后，送至1#崗污水深度處理廠，輸送長度增加2公里，管線阻力降變大，外送流量易受另外兩家外送流量影響。

2.3處理方法

初期處理過程中，將原管線與慶化公司碰頭出截斷并加封頭，將管線跨至動力廠與DN150主線之后。實施后，短時間內提高了外送污水最大量，但隨著時間推移，外送最大量仍在逐漸減小。慶化公司PTU外送污水線停止并入管網后，外送量下降趨勢減緩。

充分考慮更換工藝管線的施工難度和施工成本后，車間決定采取高壓水通球的方式疏通外排污水線的DN80管段.

將球的尖端由泵出口法蘭塞入，將高壓水泵與管線法蘭連接后，啟動高壓水泵（最大可達10MPa）。球體上的翅片傘冒結構，在高壓水的作用下向前移動，因傘冒兩端為較尖銳翅片，在球的移動過程中，會將管線內壁的垢皮整體掛下并隨水流帶走。在管線彎頭或縮徑處，傘冒結構又可通過收縮而通過。

在管線另一端，用特制三通法蘭短接與外排水管線法蘭連接，特制三通法蘭一端用于接球，施工人員通過球的撞擊聲來判斷球是否已到達三通處；另外一端，將高壓泵打入管線的水及夾帶的垢皮回收入施工隊伍的回收水車，防止因大量垢皮沖下，影響下游的污水深度處理廠。

疏通后，外排污水線流量由原20t/h提高至30t/h，泵出口壓力由0.8MPa下降至0.3MPa。將外排污水改入主線后，泵出口壓力上漲至0.7MPa，外送流量為28t/h。

2.4預防措施

一是控制好外排水的PH值，因氧化罐是外排水線的上游，還需通過控制氧化罐系統PH值來實現。所以防止PTU系統結垢，氧化罐系統需將PH至控制在7左右，不宜過高。

二是保持斜坡沉降器的運行效果，將外排水懸浮物控制在控制指標以內，減少管線內壁的粉塵沉積。

三是因本次通球只疏通了DN80管段，DN150主線未疏通，長度約為2公里，因慶化公司PTU系統無斜坡沉降器，在冬防結束后，應將DN150主線進行通球疏通。并在今后的生產中，定期對管線進行疏通作業。

四是通過公司相關部門督促相關公司，在PTU系統在條件具備時，增加斜坡沉降器或其他能夠有效降低排外水懸浮物的設備設施。

（作者單位：中國石油天燃氣股份有限公司大慶煉化分公司）