重油催化裂化裝置卸劑線腐蝕分析及改造

王海 吳艷萍（中國石油蘭州石化分公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060）

300萬噸/年重油催化裂化裝置是煉油廠的關(guān)鍵裝置，裝置運行的平穩(wěn)與否直接影響到煉廠的綜合效益。近年來，反再卸劑線管線彎頭和閥門的閥道、閥板沖蝕減薄嚴重，嚴重影響了裝置安全生產(chǎn)。反再卸劑系統(tǒng)為高溫間歇操作，根據(jù)生產(chǎn)需求，每天卸劑量5~10噸，高溫催化劑溫度高達700℃，采用工業(yè)風(fēng)輸送至催化劑罐，卸劑線溫度~550℃。催化劑為球形顆粒，高溫下，催化劑固體顆粒對卸劑管線，尤其是閥門處沖蝕磨損嚴重，多次出現(xiàn)催化劑線泄漏。2019年大檢修期間，我們對催化劑卸劑管線材料進行了升級改造，并對卸劑線閥門結(jié)構(gòu)形式進行了優(yōu)化，有效減緩了催化劑管線和閥門的沖蝕速度，開工至今未出現(xiàn)泄漏情況。

1 卸劑線腐蝕機理及運行現(xiàn)狀

反再系統(tǒng)為高溫操作系統(tǒng)，高溫氧化腐蝕和固體顆粒沖蝕磨損是該系統(tǒng)最常見的腐蝕。在500～700℃左右的操作溫度下，氧和金屬反應(yīng)生成FeO、Fe3O4和Fe2O3等化合物，同時，金屬在高溫下還發(fā)生脫碳反應(yīng)，使金屬表面的固溶碳減少，嚴重影響金屬的強度，并降低了金屬表面的硬度和疲勞極限。

沖蝕磨損是指固體表面與具有一定速度的含有固相微粒的氣體相互作用下所產(chǎn)生的一種磨損現(xiàn)象[1]。反再系統(tǒng)催化劑為小球型固體顆粒，型號LPC-70。卸劑線尺寸及材質(zhì)為DN150 普通碳鋼，卸劑速度約5 噸/時，采用0.5MPa 工業(yè)風(fēng)輸送。二再底部設(shè)置兩條卸劑線交替使用，每條卸劑線設(shè)有五道閥門，其中一道閥常開，并設(shè)置反吹風(fēng)防止催化劑堆積，二道閥只在卸劑時打開，用來控制卸劑速度，三道閥、四道閥常開，二道閥與三道閥之間接入輸送風(fēng)，五道閥設(shè)置在催化劑罐頂，卸劑時全開。

300 萬噸/年重催裝置卸劑線流程見圖1.2，卸劑線器壁閥至三道閥后為豎直管道，新舊卸劑線在三道閥后并為一路，水平延伸出反應(yīng)框架后豎直向上至框架十二層催化劑罐頂。相較于氣體輸送閥門和固體輸送閩門，氣固兩相輸送閥門內(nèi)部固體顆粒在氣體的帶動下更加容易與壁面產(chǎn)生相互碰撞作用，容易導(dǎo)致壁面的磨損破壞，從而降低閥門的工作壽命[2]。因此在卸劑管線彎頭多，路徑長的現(xiàn)狀下，卸劑線彎頭及閥門處沖蝕磨損嚴重，平均每一到兩個月就會出現(xiàn)泄漏情況，尤其在卸劑線二道閥（見圖1.2）處，閥門的閥道、閥板磨損最為嚴重，閥門盤根多次泄漏。

圖1.1 卸劑線流程圖

圖1.2 二再底部卸劑線及閥門

圖1.3卸劑線彎頭

圖2.1 TA-218高溫耐磨襯里材料

2 卸劑線腐蝕防護措施及改進方法。

由于卸劑管線彎頭多，路徑長，在彎頭及閥門處易發(fā)生磨損泄漏，且管線與閥門采用的普通碳鋼材質(zhì)耐磨及耐高溫性能較差。為有效提高卸劑線的耐磨及耐高溫性能，我們從管線材質(zhì)升級和改進閥門結(jié)構(gòu)入手對卸劑線進行了改造。

2.1 管線材質(zhì)升級，提高耐高溫和耐沖蝕性能。

更新設(shè)備材料可以延長設(shè)備使用壽命，緩解腐蝕問題[3]。我們根據(jù)卸劑線的實際操作溫度~550℃，比較了20 號碳鋼、不銹鋼和1Cr5Mo在高溫下的性能，見表2.1。1Cr5Mo鋼屬于鉻鉬耐熱鋼，由于這類鋼具有很好的抗氧化性和熱強性，且工作溫度可高達600℃，因此最終采取了將卸劑線材質(zhì)由20#鋼升級為1Cr5Mo的方案。

在卸劑線大曲率半徑彎頭處，采用帶套管的等徑大曲率彎頭，在套管與彎頭的環(huán)隙中澆筑TA-218系列高溫耐磨襯里（見圖2.1）以提高彎頭處的耐磨性能，提高可靠性。TA-218系列高溫耐磨襯里材料(AA級)為高純度剛玉質(zhì)復(fù)合材料，配以特殊粘結(jié)劑，形成耐高溫、高耐磨襯里材料。其耐火度可達1790℃以上，高強度高耐磨，且施工方便，在重催設(shè)備的內(nèi)部防腐和關(guān)鍵閥門防腐有廣泛的應(yīng)用。

表2.1 20#、304、1Cr5Mo高溫性能比較

≤≤20 475 0.17-0.24 0.2 5--0.2 5 0.3 5-0.6 5 0.1 7-0.3 7 390 245 20 0Cr1 8Ni9 Ti 1Cr5 Mo 700≤0.07 17-19--8-11≤2≤1 620 205 36 600≤≤≤0.15 4-6 0.45-0.65--0.6 0.5 590 390 18

表2.2 TA-218高溫耐磨襯里材料性能指標

2.2 改進閥門結(jié)構(gòu)，提高閥門密封性能

改造前，卸劑線閥門采用Z2仿閘閥結(jié)構(gòu)（見圖1.2），閥道無襯里。改造升級后，我們將卸劑線閥門升級為全通徑高溫耐磨閘閥，閥座、閥板和閥體通道都采用堆焊寬面≮2mm 硬質(zhì)合金Co-Cr-W（STELLITE-6#）和剛玉襯里配合，閥門填料升級為加長型壓環(huán)填料，對易沖蝕的閥門兩側(cè)“凹窩”部位采用機加工+酸洗+焊接304 材質(zhì)帶反爪加固板龜甲網(wǎng)+焊接加厚“S”保溫釘+耐磨襯里TA218 的方式有效提高閥門密封性能及耐磨性能。

3 改造效果及經(jīng)濟效益

實施升級改造后，反再卸劑線投用正常，經(jīng)6個月運行檢驗無異常泄漏及熱點出現(xiàn)，明顯改善了重催裝置卸劑線管線的耐高溫和耐磨性能，有效避免了了因卸劑線泄漏造成的污染問題和非計劃停車，有力保證了裝置的平穩(wěn)運行。

本次改造涉及的管線管件等設(shè)備投入及施工費用共計55萬，為裝置避免非計劃停車1 次（按失去加工能力24 小時計算），挽回發(fā)電損失12萬元，用電損失21.33萬元，產(chǎn)汽損失67.2萬元，產(chǎn)品損失211.3萬元，共計挽回損失261.83萬元。

4 結(jié)語

300萬噸/年重催裝置卸劑線材質(zhì)升級為1Cr5Mo，彎頭剛玉襯里澆筑，卸劑線閥門使用專利技術(shù)高耐磨襯里閥，有效解決了卸劑線管線和閥門沖蝕減薄、泄漏等問題，避免了催化劑泄漏造成環(huán)保污染的問題，確保了煉油廠重催裝置的長周期安全平穩(wěn)運行，并對重催裝置反再卸劑系統(tǒng)改造提供了寶貴的借鑒案例。