CN104237455B - 催化裂化装置烟气轮机结垢预测与阻垢评价实验设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工技术领域，提出了一种炼油厂催化裂化装置烟气轮机(简称催化烟机)结垢预测与阻垢剂评价实验设备。针对烟机普遍性的结垢现象，结合现场实际的烟气流动特性，发明了可以直接连接在催化烟机入口管线上的评价实验设备，该设备可模拟烟气在催化烟机内的流动状态，采用工业生产装置的实际烟气，有效反映烟机结垢状况，并能够及时观测内部结垢状态；该设备设计的阻垢剂加料仓可用于开展阻垢剂开发及其阻垢性能测试。

Description

催化裂化装置烟气轮机结垢预测与阻垢评价实验设备

技术领域

本发明涉及一种催化裂化装置烟气轮机结垢预测与阻垢评价实验设备，该设备属于石油化工技术领域，提出了一种炼油厂催化裂化装置烟气轮机(简称催化烟机)结垢预测与阻垢剂评价实验设备。

背景技术

近年来，炼油厂催化裂化装置烟机在各炼厂均出现因严重结垢而导致的震动现象：⑴烟机产生振动；⑵严重时出现烟机叶片损坏甚至断裂；⑶烟机叶片表面生成沉积物。由此带来一系列的工艺和设备问题：⑴引起设备损坏；⑵操作人员通常降低烟机烟气流量以减少振动，其后果是烟机回收能量大大减少，装置的能耗上升；⑶长期的问题积累将引起设备损坏，而导致非正常停工，损失严重；⑷烟机结垢引起烟机效率下降而导致装置能耗上升。这些问题一方面增加了工艺与设备维护人员的工作量，另一方面也增加了装置节能和日常管理上的难度，为催化裂化装置长周期稳定运转带来困难。前人把解决方法的重点放在烟机设备的监控和烟机结垢的元素分析，以期望得到烟机结垢模型和解决办法，本发明从工艺过程入手，经科学分析得出如下催化裂化装置烟机结垢和震动的影响因素有：⑴反应原料变重，或回炼加大，或反应深度太大而导致产焦增加，如果没有及时地调整一再的燃烧负荷，一再出来的催化剂细末上的残炭会增加，烟气中一氧化碳浓度也会增大，进入烟机后容易结垢，由于结垢不均匀或部分垢片脱落，烟机产生振动；⑵烟气中一氧化碳含量较大，在合适的温度压力下，碳析出增加，导致烟机结垢和振动；⑶一再的催化剂旋风分离器故障或者旋分能力不够，导致未燃烧完的催化剂粉末跑入烟机，导致烟机结垢与震动。

催化裂化烟机在催化裂化装置扮演着人的心脏功能，尤其对于三机高度整合的催化裂化装置更是如此。解决烟机因结垢而导致的进气量减少和震动现象将大大改善催化裂化装置的长周期稳定运转问题，同时也为节能降耗提供有力保证。

尽管催化烟机如此重要，目前为止没有针对烟机结垢在线预测和阻垢技术的技术开发工作开展。本发明主要针对催化裂化装置中烟机普遍存在的一些共性的化学工程问题，包括烟气流动、烟气结垢等方面的研究，提出一种烟机结垢预测和阻垢实验设备，为炼化企业催化裂化装置的烟机高效长周期运行，提供必要的预测和评价技术支持，最终为节能、减排、降耗服务。

发明内容

本发明涉及的催化烟机结垢预测与阻垢实验设备由进料管线与阀组、喷头、喷涂仓、挂片、变径管筒、转动叶轮、加料仓和相应的实时数据采集系统（简称SCADA）组成，按功能可分为：

1.进料配气部分

进料配气部分包括烟气、空气、水蒸气和氮气管道及阀门等部件。

进料配气部分可以调整进入喷涂仓混合气体组份的线速度、细粉浓度和温度。

2.烟气流动模拟实验部分

烟气流动模拟实验设备主要包括喷头、喷涂仓、变径管筒、转动叶轮等部件。

本实验设备根据压缩机内部压力、流量和温度的变换设计了可调变径和转动叶轮。转动叶轮采用轮盘叶轮和动叶片的组合形式，此形式与催化烟气轮机的实际设计方式保持一致。

3.阻垢剂加料仓部分

本实验设备中的阻垢剂加料仓采用全封闭式设计，可根据实验方案需要在实验过程中加入阻垢剂，可筛选和评价阻垢剂，阻垢剂加入速度和总量通过加料仓下端阀门开度控制。

阻垢剂加料仓的设备材质可选20#镀锌和不锈钢。

4.与实验设备配套的数据采集与监测系统

本实验设备采用了SCADA系统进行数据采集和过程监测。主要的采集点为实验设备减温减压点的温度、压力和流量数据。

实验数据最终将通过工业液晶显示器实时显示在现场或者中央控制室内，通过该USB存储介质记录实验数据。

附图说明

附图1为催化裂化烟机结垢预测与阻垢剂评价实验设备示意图

附图2为转动叶轮示意图

附图3为加料仓示意图

图1中，1为空气（仪表风）管线，2为水蒸汽管线，3为氮气管线，4为烟气管线，5为流量计，6为手动阀门，7为引压线，8为U型测速皮托管，9为加料仓，10为配气管线，11为喷涂仓，12为喷头，13为挂片，14为电阻测量，15为热电偶测温，16为变径管筒，17为转动叶轮。

图2中，18为进气锥，19为静叶，20为动叶，21为轮盘，22为转动轴。

图3中，23为手动阀门，24为料位观测线，25为加料罐体，26为透明观测管。

具体实施方式

下面将结合附图好实施例来详叙本发明的技术特点：

在实际操作中，本发明是按照以下实施路线展开：

a)在催化烟机入口导凝阀阀组前加装本实验设备

本实验原料气取自实际生产装置，推荐采用烟机入口烟气，可选择烟机入口导凝处管线与管线4相连，设备示意图参见图1。同时需要连接的还包括：空气（净化风）、水蒸汽和氮气三种公用工程介质分别与管线1、2、3相连。空气（净化风公用工程介质与加料仓顶部阀门23相连）。试验设备出口可以与排烟管道相连。转动叶轮设计叶型和尺寸将根据实际烟机动叶气体动力学性能参数设计，叶轮示意图参加图2。

b)连接实验数据采集与监测系统

本设备配套开发仪表监测点和数据采集与监视系统（SCADA），需要根据现场情况予以调试安装。主要的仪表监测点包括温度、压力和流量，具体为7引压线、14电阻测量、15热电偶测温等内容。

c)开展烟机结垢预测实验。

在实验设备和SCADA系统安装调试完毕后，打开烟气管线入口阀门6可以开展烟机结垢预测实验。按照不同的实验周期进行结垢预测实验，并在实验数据的基础上进行数据处理，得到实验装置的结垢预测模型。

d)阻垢剂开发与评价实验

本实验设备设计了阻垢剂加料仓，阻垢剂加料仓示意图参见图3，打开加料仓顶端阀门充压后，打开加料仓的底端阀门可以控制阻垢剂加入速度和总量。

Claims (2)

1.一种催化裂化烟气轮机结垢预测与阻垢剂评价实验设备，该设备是由进料配气部分、烟气流动模拟实验部分、阻垢剂加料仓部分以及与实验设备配套的数据采集和监测系统构成，其特征在于各部分的构成如下：

1)进料配气部分包括烟气、空气、水蒸气和氮气管道及阀门各部件，其中，氮气管道、水蒸气管道和空气管道上均安装有流量计和手动阀门，烟气管道上安装有引压线、U型测速皮托管和手动阀门；进料配气部分是用于调整进入喷涂仓混合气体组份的线速度、细粉浓度和温度；

2)烟气流动模拟实验部分

烟气流动模拟实验设备包括喷头、喷涂仓、变径管筒、转动叶轮各部件；该实验设备是根据压缩机内部压力、流量和温度的变换设计有变径管筒和转动叶轮，转动叶轮采用轮盘叶轮和动叶片的组合形式，此形式与催化烟气轮机的实际设计方式保持一致，其中，所述喷头伸入所述喷涂仓内部，所述变径管筒与所述喷涂仓的远离喷头伸入口的一端相连通，且所述转动叶轮各部件设置于所述变径管筒的小口径段的管道内；

3)阻垢剂加料仓部分

该实验设备中的阻垢剂加料仓采用全封闭式设计，并根据实验方案需要在实验过程中加入阻垢剂，用于筛选和评价阻垢剂，阻垢剂加入速度和总量通过加料仓下端阀门开度控制；

4)与实验设备配套的数据采集与监测系统

该实验设备采用SCADA系统进行数据采集和过程监测，其采集点为实验设备减温减压点的温度、压力和流量数据。

2.根据权利要求1所述的一种催化裂化烟气轮机结垢预测与阻垢剂评价实验设备，其特征在于在实际操作中应该按如下步骤进行操作：

(1)在催化烟机入口导凝阀阀组前加装本实验设备

原料气取自实际生产装置，即采用烟机入口烟气，并选择烟机入口导凝处管线与管线(4)相连，同时与所述管线(4)连接的还包括：与空气相连的管线(1)、与水蒸汽相连的管线(2)和与氮气相连的管线(3)；所述实验设备出口与排烟管道相连；转动叶轮叶型和尺寸是根据实际烟机动叶气体动力学性能参数进行设计；

(2)连接实验数据采集与监测系统

本设备配套开发仪表监测点和数据采集与监视系统，即SCADA，并根据现场情况予以调试安装；仪表的监测点包括温度、压力和流量，具体为引压线(7)、电阻测量(14)、热电偶(15)测温；

(3)开展烟机结垢预测实验

在实验设备和SCADA系统安装调试完毕后，打开烟气管线入口阀门(6)可以开展烟机结垢预测实验；按照不同的实验周期进行结垢预测实验，并在实验数据的基础上进行数据处理，得到实验装置的结垢预测模型；

(4)阻垢剂开发与评价实验

本实验设备设计了阻垢剂加料仓，打开加料仓顶端阀门充压后，并用加料仓底端的阀门控制阻垢剂加入速度和总量。