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催化裂化危險因素的分析及防范措施
催化裂化裝置由于它的技術(shù)特點(diǎn)，既有微球催化劑流化，還有化學(xué)反應(yīng)，又是在高溫、壓力下操作，物料大部分為甲類危險品，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生有毒氣體H2S等，所以在煉油廠中是易出現(xiàn)事故的裝置。設(shè)備的故障率也較高。華北某大型煉廠1999年故障分布見表2—17。
由表2—17可知，全廠裝置平均故障為40次／套，可見催化裝置的故障是平均故障的兩倍以上。
催化裂化裝置除了物料泄漏而易發(fā)生事故以外，催化劑磨損和油氣結(jié)焦而造成設(shè)備泄漏和堵塞事故是與其他煉油裝置不同點(diǎn)。
(一)開停工時危險因素分析及其防范措施
1．開工時的危險因素分析及其防范措施
開工時，裝置從常溫、常壓逐漸升溫升壓達(dá)到各項(xiàng)正常操作指標(biāo)。物料、催化劑、水電汽逐步引入裝置。所以在開工時，裝置的操作參數(shù)變化較大，物料的引入、引出比較頻繁，較易產(chǎn)生事故。據(jù)中石化1983～1993年事故匯總和燕化公司煉油廠事故匯總(中石化成立前事故)在開工過程中發(fā)生的各項(xiàng)事故分別為5項(xiàng)和51項(xiàng)。死亡和受傷人數(shù)前者統(tǒng)計為1人和11人，后者統(tǒng)計受傷5人。
通常反應(yīng)—再生的開工步驟為：
氣密試驗(yàn)(用主風(fēng))一拆除油氣管線去分餾塔的盲板，建立分餾塔與反應(yīng)器的汽封(防空氣竄人分餾塔)一點(diǎn)輔助燃燒爐兩器升溫一沉降器與再生器切斷，趕空氣(煙氣)一切換汽封，即沉降器蒸汽竄人分餾塔一再生器裝催化劑和繼續(xù)升溫一再生器向反應(yīng)器轉(zhuǎn)催化劑兩器流化一提升管噴油(進(jìn)料)。
在開工時刻各個環(huán)節(jié)扣的很緊，在開工過程中應(yīng)做好壓力平衡和熱平衡(熱量的供給)，各階段易發(fā)生的事故分析如下：
(1)拆除盲板建立汽封
分餾塔的蒸汽有一部分要由反應(yīng)油氣管線返回至反應(yīng)器，要在油氣管線的頂部放空，即控制好分餾塔壓力大于反應(yīng)器壓力，而這時分餾部分在塔外建立原料油，回?zé)捰脱h(huán)，如果不注意，油竄進(jìn)入分餾塔內(nèi)，這樣很容易由蒸汽攜帶進(jìn)入反應(yīng)器和再生器，70年代初期湖南某煉油廠、遼寧某煉油廠曾發(fā)生過此類事故，造成設(shè)備燒壞(此時汽封已建立，兩器在升溫中)。
(2)輔助燃燒室點(diǎn)火
此爐是正壓爐，電點(diǎn)火十分困難時(現(xiàn)有新型點(diǎn)火已解決)要防止點(diǎn)不著火，防止瓦斯油管線泄漏和防止瓦斯帶油、帶水的現(xiàn)象發(fā)生。20世紀(jì)80年代中廣東兩個大型煉廠曾分別發(fā)生瓦斯中帶入汽油，引起設(shè)備超溫和因瓦斯發(fā)生爆炸損壞設(shè)備的事故。瓦斯換油火時，注意燃燒油要選用自燃點(diǎn)低不帶水的柴油，要防止油火燒壞再生器分布器等內(nèi)件。
(3)反應(yīng)器趕空氣切換汽封
此段操作需關(guān)掉反應(yīng)器頂和油氣管線的放空閥，此時大量蒸汽進(jìn)入分餾塔，如操作不當(dāng)會引起分餾塔超壓，導(dǎo)致塔頂安全閥啟跳。另外如果空氣置換不盡，反一切斷不好，再生器中空氣竄入反應(yīng)器再進(jìn)入分餾塔，這是最危險的。1976年10月山東某煉油廠曾因此造成分餾塔頂回流罐和分餾塔餾出線燒紅冒煙(管線中殘存PeS)。
(4)再生器裝催化劑兩器流化
這時需要校正兩器的密度、藏量儀表，保證其準(zhǔn)確性，此類儀表是判斷裝入多少催化劑和何時達(dá)到向再生器噴入燃燒油，以加速催化劑升溫的依據(jù)，同時要保證燃燒油質(zhì)量，不帶水，否則易造成溫度不上反而下降，還會造成輔助燃燒室油火嘴熄滅的事故。
兩器流化要注意反應(yīng)器的升溫速度和防止催化劑大量帶人分餾塔。曾發(fā)生過從反應(yīng)器跑催化劑而造成緊急停工的事故。
(5)提升管噴油
此階段主要產(chǎn)生故障是因?yàn)檫M(jìn)油量過猛易造成分餾部分的物料和熱平衡不好掌握，易造成頂回流抽空，沖塔而導(dǎo)致切斷進(jìn)料。
操作方法和技術(shù)設(shè)備方面的進(jìn)步是避免事故的最好的防范措施。如襯里材料的改進(jìn),目前兩器襯里大面積脫落的事故基本杜絕，這給開工方法的改進(jìn)創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)在不少煉廠采用新的開工方法，從而省去了建立汽封，切換汽封的繁鎖操作，不但避免事故，而且開工時間大為縮短。綜上所述，現(xiàn)將開工過程中危險因素以及預(yù)防措施匯總?cè)绫?—18。
2.停工時危險因素分析及其防范措施
裝置停工是裝置由正常操作狀態(tài)逐漸降溫降壓降量的過程。其各操作參數(shù)變化較大，所以也屬于不穩(wěn)定操作狀態(tài)，因操作不當(dāng)而造成著火、中毒的事故也曾發(fā)生。主要應(yīng)注意以下問題：
(1)保證反應(yīng)器的蒸汽吹掃時間。在保證趕盡反應(yīng)器的油氣的同時，分餾塔的殘存油要盡量抽盡。分餾塔溫度應(yīng)下降到200℃以下，為安裝油氣管線的盲板創(chuàng)造條件。
(2)安裝盲板時切斷反應(yīng)器和再生器，而反應(yīng)器和分餾塔適當(dāng)給汽，維持其微壓下，即反應(yīng)和分餾塔頂要見蒸汽少量吹出。
20世紀(jì)70年代山東某煉廠由于反應(yīng)器吹汽時間短，油氣管線溫度高而發(fā)生著火事故。1988年湖北某煉廠曾發(fā)生在安裝盲板時，空氣竄人分餾塔將塔中段兩圈塔壁燒過熱而變形的事故。90年代華北某大型煉廠因反應(yīng)器蒸汽吹掃，降溫較小，而引入空氣吹掃，致使空氣從油氣管線下盲孔(已被開啟)竄出燒壞油氣管線的事故。
分餾塔吹掃后一般要進(jìn)行水洗，以防止殘存的FeS因干燥自燃。
裝置的廢堿罐和堿罐，其中都?xì)埓嫫?，因罐處理不凈而動火發(fā)生爆炸事故的記載也是不少的。
裝置后部吸收塔，再吸收塔、脫硫系統(tǒng)由于有U2S的存在必須處理干凈。1984年江蘇某煉廠因分液罐未處理干凈，拆開加盲板時造成H2S中毒死亡的事故。根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計，在1983～1993年因停工中發(fā)生事故11起，死亡3人，1983年以前事故22起，死亡1人，受傷20人。
(二)：正常生產(chǎn)中危險因素分析及其防范措施
正常生產(chǎn)時其各工藝參數(shù)是穩(wěn)定的，但是在長周期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于受工藝設(shè)備、公用工程條件、加工量調(diào)節(jié)、人員操作水平、儀表可靠度等諸多因素的影響，正常生產(chǎn)中仍會有不少影口向安全生產(chǎn)的因素，下面就各個單元的危險因素和防范要求分析女口下。
1．反應(yīng)—再生單元
催化裂化在操作中要搞好三大平衡，即物料平衡、熱量平衡和壓力平衡，而物料平衡又是三大平衡的基礎(chǔ)。
在正常操作中主要是要防止反應(yīng)—再生系統(tǒng)超溫、超壓，另外由于兩器中為了絕熱和防止催化劑磨蝕都襯有絕熱耐磨襯里，良好的施工和平穩(wěn)操作十分重要，若襯里脫落，設(shè)備將要超溫，脫落的襯里進(jìn)入催化劑的斜管將發(fā)生堵塞，正常生產(chǎn)不能維持，只能緊急停工。反—再系統(tǒng)主要故障及預(yù)防措施見表2—19。
2.三機(jī)單元
大型催化裂化的主風(fēng)機(jī)、氣壓機(jī)、增壓機(jī)一般都使用離心式或軸流式，所以防止機(jī)組的喘振是首要的。另外對于主風(fēng)機(jī)還要防止反—再系統(tǒng)因?yàn)槌瑝?，而主風(fēng)機(jī)處理不當(dāng)造成催化劑倒入主風(fēng)管線，乃至進(jìn)入主風(fēng)機(jī)，將造成機(jī)組毀壞的惡性事故。這里主風(fēng)機(jī)管線上進(jìn)入再生器處的單向阻逆閥的可靠性十分重要。20世紀(jì)70年代遼寧某廠、華北某廠、大慶某廠、日上海某廠都發(fā)生過此類事故。尤其是遼寧某廠發(fā)生D—800葉輪打飛而報廢的惡性事故。最日近由于單向阻逆閥的可靠和應(yīng)用了ESD緊急事故停車系統(tǒng)以及機(jī)組DCS應(yīng)用，主風(fēng)機(jī)性能量曲線及其應(yīng)用，主風(fēng)機(jī)的可靠性大為增加。
氣壓機(jī)操作要防止分餾塔頂回流罐滿罐而使富氣帶油，毀壞氣壓機(jī)事故。
一般氣壓機(jī)都由凝汽式透平帶動，搞好復(fù)水器操作，保證真空度和復(fù)水泵不抽空，即能保證氣壓機(jī)的安全運(yùn)行。因氣壓機(jī)復(fù)水器水位高造成停機(jī)，影響反一再壓力，繼而威脅生產(chǎn)的情況時有發(fā)生。
不管是主風(fēng)機(jī)和氣壓機(jī)、增壓機(jī)，其潤滑油系統(tǒng)的穩(wěn)定工作是機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，要搞好冷油器操作以及提高潤滑油泵自動啟動的可靠性，另外對潤滑油堅持定期分析，尤其是不能帶水，否則輕者會引起蒸汽透平調(diào)速系統(tǒng)元件銹蝕造成機(jī)組降轉(zhuǎn)速不靈，重者潤滑效果破壞，發(fā)生燒瓦事故。
3．能量回收單元
煙氣輪機(jī)部分由于是高溫帶有催化劑的煙氣，所以要嚴(yán)格執(zhí)行煙氣含塵≤250s／m3的要求，長期超標(biāo)磨損葉輪，而且催化劑會沉積在葉輪上造成動平衡不好，使振動超標(biāo)而影響運(yùn)行周期。
煙機(jī)潤滑油系統(tǒng)要求同三機(jī)系統(tǒng)。
煙機(jī)的人口蝶閥是再生器壓力控制的閥門，所以本身的液壓系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)要可靠，而且要有快速切斷性能要求(只帶發(fā)電機(jī)方案)以保證煙機(jī)不飛速。
余熱爐主要是汽包不裝滿水、不缺水，以保證正常運(yùn)行，所以汽包的液位計的可靠度十分重要。
另外余熱爐的制造質(zhì)量，尤其是省煤器和飽和發(fā)汽小管的焊接和系統(tǒng)管線法蘭連接處易產(chǎn)生泄漏，影響爐子運(yùn)行。
4．分餾單元
該單元是催化裝置物料分離的主要單元，分餾塔頂回流罐氣壓機(jī)入口放火炬線和塔底油漿出裝置線是催化裝置的生命線。操作出了問題，大量放火炬，氣體放不出，反一再要超壓。塔底油漿放不出去，裝置內(nèi)的重質(zhì)油無出路，長時間放不出，油漿中的催化劑將在塔和換熱器中沉積，堵塞，將給裝置停工帶來很大問題。華北某大型煉油廠由于塔底溫度高達(dá)390C(重油催化)，數(shù)小時內(nèi)結(jié)焦，緊急停工，油放不出去只好在油漿系統(tǒng)、回?zé)捰拖到y(tǒng)開孔清掃近10天。
分餾單元一中段以下可能產(chǎn)生泄漏著火、油漿堵塞、油漿磨損和油漿結(jié)焦事故，一中段以上泄漏，由于氣體中有H2S，可能造成中毒、氣體爆燃事故，見表2—20。
5．吸收穩(wěn)定和干氣、液化氣脫硫，液化氣、汽油脫硫醇單元此單元的介質(zhì)氣體(含有H2S)、液化氣和汽油，其主要危險是泄漏爆燃，泄漏中毒，以及H2S的腐蝕問題，其主要危險因素及預(yù)防措施見表2—21。
(三)設(shè)備防腐
隨著重油催化裂化的發(fā)展，催化原料的含硫量越來越高，中石化系統(tǒng)最高達(dá)1．33％，再生煙氣中的S02、SO3濃度大幅度提高，另外H2S量也在成倍增長。統(tǒng)計某重油催化裂化裝置U2S濃度分布如圖2—9。
1．再生器封頭的應(yīng)力腐蝕
據(jù)有關(guān)資料報道，目前已發(fā)現(xiàn)全國有20多套催化裂化裝置的再生器發(fā)生不同程度的開裂，最多的封頭上有上千條裂紋。主要是煙氣中的S、N轉(zhuǎn)化為高露點(diǎn)的SO3和NO2，從而形成硫酸鹽、硝酸鹽的露點(diǎn)腐蝕。
2．膨脹節(jié)的腐蝕
催化裂化反一再系統(tǒng)的油氣管線、斜管、再生煙氣以及能量回收系統(tǒng)大量使用波紋膨脹節(jié)，東北某廠大油氣管線DN800膨脹節(jié)使用34天即發(fā)生多處的環(huán)向裂紋。主要是Cl—和H2S綜合作用而產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕和穿孔。而煙氣管道上的膨脹節(jié)主要是煙氣中的SO。變成連多硫酸(mH，S04)，在此形成露點(diǎn)的應(yīng)力腐蝕。
3．分餾塔及吸收穩(wěn)定的n2S腐蝕
從圖2—9中可知U2S主要集中在分餾塔頂部、吸收穩(wěn)定及干氣、液化氣脫硫部分。所以這些部分的硫化氫腐蝕十分嚴(yán)重，在塔體和換熱器中生成大量的FeS，嚴(yán)重時堵塞穩(wěn)定塔、吸收塔底重沸器芯子，生產(chǎn)不能正常進(jìn)行，尤其是在停工檢修時，易發(fā)生FeS自燃事故。
(四)裝置安全自保聯(lián)鎖系統(tǒng)及其作用
由于裝置不正常操作如原料帶水、氣壓機(jī)故障，或是兩器流化輸送不暢和外來水、電、汽、風(fēng)的故障都可能破壞兩器的壓力平衡和熱平衡，造成催化劑倒流，即催化劑全部向一個容器輸送，或者流化中斷，兩器成為死床，或者反應(yīng)、再生溫度超溫或過低都將危及裝置的安全。所以催化裂化裝置都設(shè)置有裝置安全自保聯(lián)鎖系統(tǒng)，即在某些工藝參數(shù)達(dá)到某一數(shù)值時，裝置自保聯(lián)鎖系統(tǒng)動作，以保護(hù)裝置。常規(guī)的聯(lián)鎖系統(tǒng)都用PIC執(zhí)行。為了提高安全性，減少誤動作，現(xiàn)在大都改用ESD或15C系統(tǒng)執(zhí)行。
以常規(guī)的高低并列式催化裂化裝置為例，通常設(shè)置有以下幾個安全自保聯(lián)鎖，見表2—23、圖2—10。
1．裝置安全自保原則
(1)不允許原料油竄人再生器；
(2)不允許空氣竄入反應(yīng)沉降器；
(3)維持再生器和反應(yīng)沉降器單器流化；
(4)不允許催化劑倒入主風(fēng)管線從
而倒入主風(fēng)機(jī)損壞主風(fēng)機(jī)。
2．自保聯(lián)鎖說明
(1)提升管總進(jìn)料低
當(dāng)提升管總進(jìn)料低至一定量時，其再生催化劑的提升能力不足，為此進(jìn)入沉降器和汽提段的催化劑量少，有可能導(dǎo)致沉降器汽提段催化劑空，則反應(yīng)油氣會倒竄人再生器而引起再生器超溫或爆炸。因此總進(jìn)料流量閥關(guān)閉，原料旁路閥打開將原料油引至分餾塔底，同時打開原料事故蒸汽閥門以保持提升管的通暢。這時待生和再生滑閥同時關(guān)閉，再器維持單容器流化。此時主風(fēng)仍進(jìn)再生器，由于催化劑上無焦炭，再生器溫度將迅速下降，如果短時間不能恢復(fù)提升管進(jìn)料，裝置再生器要噴人燃燒油以維持再生溫度在550℃為宜，待進(jìn)料條件具備，提升再生溫度在印0℃左右，即可兩器流化恢復(fù)進(jìn)料。
(2)主風(fēng)流量低時
當(dāng)主機(jī)故障或者主風(fēng)機(jī)的管線某個閥故障，造成主風(fēng)流量低時，再生器流化困難，或者不能流化，這里主風(fēng)管線上的單向阻逆閥關(guān)，同時主風(fēng)事故蒸汽引入再生器以保持流化，由于沒有了主風(fēng)，不能燒焦，所以相應(yīng)的原料低流量的幾個閥門都動作，以維持兩器單器流化。因?yàn)闊o燒焦，所以再生器溫度也要下降，但因蒸汽溫度比主風(fēng)高，流量又小，所以下降幅度較慢，這時要盡快恢復(fù)主風(fēng)供給。如果主風(fēng)不能立即供給，可以停止向再生器內(nèi)吹蒸汽而悶床，即兩器為“死床”，以保持再生溫度在500％以上，這樣恢復(fù)兩器流化和進(jìn)料較快。但必須在一、二天內(nèi)恢復(fù)供風(fēng)，否則兩器中的催化劑無法卸出，所以一般配備兩臺主風(fēng)機(jī)是十分必要的。
(3)待生或再生滑閥差壓低時
流體力學(xué)可知，流體在管線中流動時，其閥門上游壓力將大于下游壓力?；y差也是如此，某一衡量流化催化劑，輸送正常的標(biāo)志，其二調(diào)節(jié)催化劑環(huán)量有余地，當(dāng)差壓過小，甚至負(fù)差壓就有催化劑倒流的可能，這是最危險事故發(fā)生的前兆。所以要有安全自保聯(lián)鎖。當(dāng)差壓(某一滑閥)低至某一數(shù)值時，切斷提升管進(jìn)料，兩滑閥關(guān)閉提升管吹人事故蒸汽，反應(yīng)沉降器和再生器、單容器流化，為解決再生溫度下降較快，再生器噴人燃燒油，維持再生器溫度在500℃以上，待兩器流化正常處理好故障后，即可重新進(jìn)料。(五)裝置易發(fā)生的事故及其處理
1．催化裂化常見事故處理原則
(1)任何情況下兩器(反應(yīng)器、再生器)藏量不得互相壓嚴(yán)防再生器中空氣和反應(yīng)沉降器內(nèi)油氣互竄，否則將有發(fā)生爆炸的惡性事故的可能。
(2)啟用主風(fēng)自保聯(lián)鎖后，嚴(yán)禁向再生器內(nèi)噴燃燒油。
(3)當(dāng)反應(yīng)提升管要進(jìn)料時，要保證提升管出口溫度不低于460(蠟油催化裝置因原料性質(zhì)不同而要求也不同)以防止待生劑帶油進(jìn)入再生器，再生器超溫和再生煙氣冒黃煙。
(4)因事故切斷進(jìn)料，兩器流化時，再生溫度要用燃燒油維持在500—550C。因各種原因，再生溫度維持不低于370℃時，要立即卸催化劑，停止兩器各點(diǎn)吹汽，防止催化劑和泥。
(5)維持好分餾塔底液面，并保證油漿循環(huán)和外排油漿正常，以防止因塔底液面高憋兩器壓力，和催化劑堵塞塔底系統(tǒng)。
(6)維持好分餾塔頂回流罐液面和頂溫，保證不沖塔、不超溫，氣壓機(jī)人口放火炬系統(tǒng)要通暢。
2.裝置易發(fā)生的事故及其處理
由于催化裝置兩器存在催化劑的流化，所以易發(fā)生事故部位集中在兩器系統(tǒng)，表現(xiàn)為催化劑的磨蝕而引發(fā)的設(shè)備問題，反應(yīng)油氣的結(jié)焦而引發(fā)的沉降器旋分系統(tǒng)等的堵塞。兩器的超溫超壓是由于兩器流化不正常等因素造成。
分餾系統(tǒng)主要是分餾塔頂超溫，從而引起回流罐液面上升而影響兩器以及氣壓機(jī)操作，分餾塔底油漿的堵塞、結(jié)焦和磨損會造成油漿系統(tǒng)泄漏著火和后路不通而停工。
吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，由于穩(wěn)定塔底溫度過低而造成汽油中帶大量液化氣，從而造成罐區(qū)的事故較為常見，另外由于催化原料的重質(zhì)化，其硫含量成倍增加，其吸收穩(wěn)定系統(tǒng)造成H2S中毒的事故也多次發(fā)生。常見事故及處理列表，見表2—24。
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