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摘要：中国石化股份有限公司南阳能源化工有限公司催化裂化装置CO锅炉自2006年6月建成投用至2013年9月，I段蒸发器取热管累计发生破裂5次，整体更换I段蒸发器2次，严重影响了装置的经济效益。经过分析，认为是原循环热水流程存在缺陷导致I段蒸发器“干烧”。经过对循环热水工艺流程的优化和取热管材质升级，使该锅炉运行平稳，降低了装置生产能耗。
关键词：催化裂化；CO锅炉；蒸发器；改造
中图分类号：TK2221 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）07-0161-01
中国石化股份有限公司南阳能源化工有限公司（以下简称南阳能源）0.2 Mt/a催化裂化装置由四川石油勘察设计院设计，于1992年12月建成投产。1994年12月由华东勘察设计院改造为0.25 Mt/a高低并列式重油催化裂化装置，新增烧焦罐和第二再生器（以下简称二再），再生方式为两段再生，第一再生器（以下简称一再）为贫氧再生，二再为富氧再生。一再烟气和二再烟气分别进入两台余热锅炉发生蒸汽后进入烟囱。这种方式无法回收烟气中的化学能，造成能源浪费。为充分回收烟气中的化学能，于2006年6月取消两台余热锅炉，新增卧式CO焚烧式锅炉[1]，CO含量较高的一再烟气和O2含量较高的二再烟气分别进入CO锅炉炉膛内混合后燃烧，880℃的高温烟气依次经过过热器、Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器、高温省煤器、低温省煤器，温度降至250℃排入烟囱。设计负荷为13.5t/h蒸汽。但是自2006年6月建成投用至2013年9月，Ⅰ段蒸发器取热管累计破裂5次，整体更换Ⅰ段蒸发器2次，每次都进行抢修，严重影响了装置的经济效益。而且CO锅炉系统在装置不停工抢修时，烟道系统加装盲板十分困难，存在安全风险。
一、Ⅰ段蒸发器取热管破裂原因分析
CO锅炉烟气流程是：一再烟气和二再烟气分别进入CO锅炉炉膛内混合后在长明瓦斯火的引燃下燃烧，880℃的高温烟气依次经过过热器、Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器、高温省煤器、低温省煤器，温度降至250℃排入烟囱。循环热水的主流程是：103℃、5MPa的除氧水进入给水预热器后，依次通过低温省煤器、高温省煤器进入汽包。汽包内热水由循环热水泵P501（P501有三台，两台并联运行，另一台备用）抽出，分成两路分别进入Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器，与高温烟气换热后，汽水分别返回汽包进行汽水分离。1.15MPa饱和蒸汽由汽包顶部出来，和外取热器及油浆蒸汽发生器来的饱和蒸汽一起进入过热器加热成过热蒸汽，再经过喷水减温器降温至250℃并入装置内动力蒸汽管网。由于Ⅰ段蒸发器入口烟气温度达到767℃，高于Ⅱ段蒸发器入口烟气温度的446℃，使Ⅰ段蒸发器蒸汽发生量远高于Ⅱ段蒸发器的蒸汽发生量，Ⅰ段蒸发器取热管内管路阻力变大，循环热水偏流，Ⅰ段蒸发器取热管来水因此减少，形成“干烧”现象，取热管局部长期超温强度下降，最终导致瞬时过热爆管。取热炉管管径过小，汽水流通不畅，也加剧了“干烧”现象。现实操作中，采用了关小循环热水进入Ⅱ段蒸发器阀门，强迫循环热水进入Ⅰ段蒸发器的非正常操作方式，使总的热水循环量无法提高。
另外，原取热管为20G/GB5310、φ38×4的螺旋翅片管，进出口集箱为同种材质的φ133×12无缝钢管，在再生烟气含催化剂细粉和含硫的情况下，证明材质选用偏低。
二、技术改造方案
（一）工艺流程优化。
优化Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的管程工艺流程。由原来两台循环热水泵并联供水，从泵出口集合管汇合后，再分两路分别进入Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的热水循环方式，改造为Ⅰ段蒸发器由循环热水泵P501/1供水、Ⅱ段蒸发器由P501/3供水，P501/2做为公用备用泵，以保证Ⅰ段蒸发器的可靠供水。
（二）改变材料材质、规格型号。
原Ⅰ段蒸发器取热管为20G/GB5310、φ38×4的螺旋翅片管，进出口集箱为同种材质的φ133×12无缝钢管，实际使用情况证明材质选用偏低，按照炉管设计材质就高不就低的原则[2]，现分别更换为12Cr1MoVG/GB5310、φ51×4螺旋翅片管和20G、φ219×16无缝钢管，以增加取热管的耐热强度。考虑到尽量减少管路阻力以利于热水循环，将蒸发器循环热水进出口管径由DN100增大至DN150，进口和出口分别设置2个，进出口自前面进出，在中部集合。
（三）安装。
蒸发器采用积木式模块化箱体设计，在锅炉厂制造完成。
1.根据CO锅炉系统的实际情况，保护拆除Ⅰ段蒸发器下部烟道，并解列Ⅰ段蒸发器上部烟道，对原Ⅰ段蒸发器汽水进出口管路局部拆除，方便Ⅰ段蒸发器从侧面进出。
2.将原Ⅰ段蒸发器整体横向移出，并吊装移入新设计的蒸发器。
3.新Ⅰ段蒸发器吊装就位后，下部烟道焊接恢复烟道密封。
4.改造Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的热水循环方式，使Ⅰ段蒸发器由循环热水泵P501/1供水、Ⅱ段蒸发器由P501/3供水，P501/2做为公用备用泵。蒸发器循环热水进出口管径由DN100增大至DN150。
5.烟道局部隔热衬里和耐磨衬里恢复和修复。
三、运行效果
通过流程优化和技术改造，提高了Ⅰ段蒸发器运行稳定性。Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的循环热水流量基本上稳定在69.7t/h、63.4t/h。CO锅炉蒸汽产量由以前的平均12.9t/h上升到14.2t/h，烟气排烟温度由250.2℃降低到168.9℃。炉水水质更易控制。装置生产能耗下降。改造后CO锅炉运行2年来没有发生取热管破裂现象。
四、结束语
通过对CO锅炉汽水系统工艺流程优化及Ⅰ段蒸发器材料材质更换、升级，避免了Ⅰ段蒸发器水量偏小造成的“干烧”现象，提高了锅炉的运行效率，蒸汽发生量略有增加，排烟温度降低，烟气能量得到有效利用，装置生产能耗下降，经济效益显著。
参考文献：
[1]王东丽.催化裂化装置CO余热锅炉的节能改造[C].中国石化催化裂化装置生产技术交流论文集，2013：223～231.
[2]王宝功，艾建波.重油催化裂化装置CO余热锅炉的改造[J].石油化工设备技术，2002（3）：42～44.
作者简介：魏建丽（1974- ），女，助理工程师，1995年参加工作，主要从事催化裂化工艺管理。
关键词：催化裂化；CO锅炉；蒸发器；改造
中图分类号：TK2221 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）07-0161-01
中国石化股份有限公司南阳能源化工有限公司（以下简称南阳能源）0.2 Mt/a催化裂化装置由四川石油勘察设计院设计，于1992年12月建成投产。1994年12月由华东勘察设计院改造为0.25 Mt/a高低并列式重油催化裂化装置，新增烧焦罐和第二再生器（以下简称二再），再生方式为两段再生，第一再生器（以下简称一再）为贫氧再生，二再为富氧再生。一再烟气和二再烟气分别进入两台余热锅炉发生蒸汽后进入烟囱。这种方式无法回收烟气中的化学能，造成能源浪费。为充分回收烟气中的化学能，于2006年6月取消两台余热锅炉，新增卧式CO焚烧式锅炉[1]，CO含量较高的一再烟气和O2含量较高的二再烟气分别进入CO锅炉炉膛内混合后燃烧，880℃的高温烟气依次经过过热器、Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器、高温省煤器、低温省煤器，温度降至250℃排入烟囱。设计负荷为13.5t/h蒸汽。但是自2006年6月建成投用至2013年9月，Ⅰ段蒸发器取热管累计破裂5次，整体更换Ⅰ段蒸发器2次，每次都进行抢修，严重影响了装置的经济效益。而且CO锅炉系统在装置不停工抢修时，烟道系统加装盲板十分困难，存在安全风险。
一、Ⅰ段蒸发器取热管破裂原因分析
CO锅炉烟气流程是：一再烟气和二再烟气分别进入CO锅炉炉膛内混合后在长明瓦斯火的引燃下燃烧，880℃的高温烟气依次经过过热器、Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器、高温省煤器、低温省煤器，温度降至250℃排入烟囱。循环热水的主流程是：103℃、5MPa的除氧水进入给水预热器后，依次通过低温省煤器、高温省煤器进入汽包。汽包内热水由循环热水泵P501（P501有三台，两台并联运行，另一台备用）抽出，分成两路分别进入Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器，与高温烟气换热后，汽水分别返回汽包进行汽水分离。1.15MPa饱和蒸汽由汽包顶部出来，和外取热器及油浆蒸汽发生器来的饱和蒸汽一起进入过热器加热成过热蒸汽，再经过喷水减温器降温至250℃并入装置内动力蒸汽管网。由于Ⅰ段蒸发器入口烟气温度达到767℃，高于Ⅱ段蒸发器入口烟气温度的446℃，使Ⅰ段蒸发器蒸汽发生量远高于Ⅱ段蒸发器的蒸汽发生量，Ⅰ段蒸发器取热管内管路阻力变大，循环热水偏流，Ⅰ段蒸发器取热管来水因此减少，形成“干烧”现象，取热管局部长期超温强度下降，最终导致瞬时过热爆管。取热炉管管径过小，汽水流通不畅，也加剧了“干烧”现象。现实操作中，采用了关小循环热水进入Ⅱ段蒸发器阀门，强迫循环热水进入Ⅰ段蒸发器的非正常操作方式，使总的热水循环量无法提高。
另外，原取热管为20G/GB5310、φ38×4的螺旋翅片管，进出口集箱为同种材质的φ133×12无缝钢管，在再生烟气含催化剂细粉和含硫的情况下，证明材质选用偏低。
二、技术改造方案
（一）工艺流程优化。
优化Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的管程工艺流程。由原来两台循环热水泵并联供水，从泵出口集合管汇合后，再分两路分别进入Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的热水循环方式，改造为Ⅰ段蒸发器由循环热水泵P501/1供水、Ⅱ段蒸发器由P501/3供水，P501/2做为公用备用泵，以保证Ⅰ段蒸发器的可靠供水。
（二）改变材料材质、规格型号。
原Ⅰ段蒸发器取热管为20G/GB5310、φ38×4的螺旋翅片管，进出口集箱为同种材质的φ133×12无缝钢管，实际使用情况证明材质选用偏低，按照炉管设计材质就高不就低的原则[2]，现分别更换为12Cr1MoVG/GB5310、φ51×4螺旋翅片管和20G、φ219×16无缝钢管，以增加取热管的耐热强度。考虑到尽量减少管路阻力以利于热水循环，将蒸发器循环热水进出口管径由DN100增大至DN150，进口和出口分别设置2个，进出口自前面进出，在中部集合。
（三）安装。
蒸发器采用积木式模块化箱体设计，在锅炉厂制造完成。
1.根据CO锅炉系统的实际情况，保护拆除Ⅰ段蒸发器下部烟道，并解列Ⅰ段蒸发器上部烟道，对原Ⅰ段蒸发器汽水进出口管路局部拆除，方便Ⅰ段蒸发器从侧面进出。
2.将原Ⅰ段蒸发器整体横向移出，并吊装移入新设计的蒸发器。
3.新Ⅰ段蒸发器吊装就位后，下部烟道焊接恢复烟道密封。
4.改造Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的热水循环方式，使Ⅰ段蒸发器由循环热水泵P501/1供水、Ⅱ段蒸发器由P501/3供水，P501/2做为公用备用泵。蒸发器循环热水进出口管径由DN100增大至DN150。
5.烟道局部隔热衬里和耐磨衬里恢复和修复。
三、运行效果
通过流程优化和技术改造，提高了Ⅰ段蒸发器运行稳定性。Ⅰ段蒸发器、Ⅱ段蒸发器的循环热水流量基本上稳定在69.7t/h、63.4t/h。CO锅炉蒸汽产量由以前的平均12.9t/h上升到14.2t/h，烟气排烟温度由250.2℃降低到168.9℃。炉水水质更易控制。装置生产能耗下降。改造后CO锅炉运行2年来没有发生取热管破裂现象。
四、结束语
通过对CO锅炉汽水系统工艺流程优化及Ⅰ段蒸发器材料材质更换、升级，避免了Ⅰ段蒸发器水量偏小造成的“干烧”现象，提高了锅炉的运行效率，蒸汽发生量略有增加，排烟温度降低，烟气能量得到有效利用，装置生产能耗下降，经济效益显著。
参考文献：
[1]王东丽.催化裂化装置CO余热锅炉的节能改造[C].中国石化催化裂化装置生产技术交流论文集，2013：223～231.
[2]王宝功，艾建波.重油催化裂化装置CO余热锅炉的改造[J].石油化工设备技术，2002（3）：42～44.
作者简介：魏建丽（1974- ），女，助理工程师，1995年参加工作，主要从事催化裂化工艺管理。