催化裂化危险因素的分析及防范措施

　　催化裂化装置由于它的技术特点，既有微球催化剂流化，还有化学反应，又是在高温、压力下操作，物料大部分为甲类危险品，生产过程中产生有毒气体H2S等，所以在炼油厂中是易出现事故的装置。设备的故障率也较高。华北某大型炼厂1999年故障分布见表2—17。

 

　　由表2—17可知，全厂装置平均故障为40次／套，可见催化装置的故障是平均故障的两倍以上。

　　催化裂化装置除了物料泄漏而易发生事故以外，催化剂磨损和油气结焦而造成设备泄漏和堵塞事故是与其他炼油装置不同点。

　　(一)开停工时危险因素分析及其防范措施   

　　1．开工时的危险因素分析及其防范措施

　　开工时，装置从常温、常压逐渐升温升压达到各项正常操作指标。物料、催化剂、水电汽逐步引入装置。所以在开工时，装置的操作参数变化较大，物料的引入、引出比较频繁，较易产生事故。据中石化1983～1993年事故汇总和燕化公司炼油厂事故汇总(中石化成立前事故)在开工过程中发生的各项事故分别为5项和51项。死亡和受伤人数前者统计为1人和11人，后者统计受伤5人。

　　通常反应—再生的开工步骤为：

　　气密试验(用主风)一拆除油气管线去分馏塔的盲板，建立分馏塔与反应器的汽封(防空气窜人分馏塔)一点辅助燃烧炉两器升温一沉降器与再生器切断，赶空气(烟气)一切换汽封，即沉降器蒸汽窜人分馏塔一再生器装催化剂和继续升温一再生器向反应器转催化剂两器流化一提升管喷油(进料)。

　　在开工时刻各个环节扣的很紧，在开工过程中应做好压力平衡和热平衡(热量的供给)，各阶段易发生的事故分析如下：

　　(1)拆除盲板建立汽封

　　分馏塔的蒸汽有一部分要由反应油气管线返回至反应器，要在油气管线的顶部放空，即控制好分馏塔压力大于反应器压力，而这时分馏部分在塔外建立原料油，回炼油循环，如果不注意，油窜进入分馏塔内，这样很容易由蒸汽携带进入反应器和再生器，70年代初期湖南某炼油厂、辽宁某炼油厂曾发生过此类事故，造成设备烧坏(此时汽封已建立，两器在升温中)。

　　(2)辅助燃烧室点火

　　此炉是正压炉，电点火十分困难时(现有新型点火已解决)要防止点不着火，防止瓦斯油管线泄漏和防止瓦斯带油、带水的现象发生。20世纪80年代中广东两个大型炼厂曾分别发生瓦斯中带入汽油，引起设备超温和因瓦斯发生爆炸损坏设备的事故。瓦斯换油火时，注意燃烧油要选用自燃点低不带水的柴油，要防止油火烧坏再生器分布器等内件。

　　(3)反应器赶空气切换汽封

　　此段操作需关掉反应器顶和油气管线的放空阀，此时大量蒸汽进入分馏塔，如操作不当会引起分馏塔超压，导致塔顶安全阀启跳。另外如果空气置换不尽，反一切断不好，再生器中空气窜入反应器再进入分馏塔，这是最危险的。1976年10月山东某炼油厂曾因此造成分馏塔顶回流罐和分馏塔馏出线烧红冒烟(管线中残存PeS)。

　　(4)再生器装催化剂两器流化

　　这时需要校正两器的密度、藏量仪表，保证其准确性，此类仪表是判断装入多少催化剂和何时达到向再生器喷入燃烧油，以加速催化剂升温的依据，同时要保证燃烧油质量，不带水，否则易造成温度不上反而下降，还会造成辅助燃烧室油火嘴熄灭的事故。

　　两器流化要注意反应器的升温速度和防止催化剂大量带人分馏塔。曾发生过从反应器跑催化剂而造成紧急停工的事故。

　　(5)提升管喷油

　　此阶段主要产生故障是因为进油量过猛易造成分馏部分的物料和热平衡不好掌握，易造成顶回流抽空，冲塔而导致切断进料。

　　操作方法和技术设备方面的进步是避免事故的最好的防范措施。如衬里材料的改进,目前两器衬里大面积脱落的事故基本杜绝，这给开工方法的改进创造了条件。现在不少炼厂采用新的开工方法，从而省去了建立汽封，切换汽封的繁锁操作，不但避免事故，而且开工时间大为缩短。

　　综上所述，现将开工过程中危险因素以及预防措施汇总如表2—18。

 

　　2.停工时危险因素分析及其防范措施

　　装置停工是装置由正常操作状态逐渐降温降压降量的过程。其各操作参数变化较大，所以也属于不稳定操作状态，因操作不当而造成着火、中毒的事故也曾发生。主要应注意以下问题：

　　(1)保证反应器的蒸汽吹扫时间。在保证赶尽反应器的油气的同时，分馏塔的残存油要尽量抽尽。分馏塔温度应下降到200℃以下，为安装油气管线的盲板创造条件。

　　(2)安装盲板时切断反应器和再生器，而反应器和分馏塔适当给汽，维持其微压下，即反应和分馏塔顶要见蒸汽少量吹出。

　　20世纪70年代山东某炼厂由于反应器吹汽时间短，油气管线温度高而发生着火事故。1988年湖北某炼厂曾发生在安装盲板时，空气窜人分馏塔将塔中段两圈塔壁烧过热而变形的事故。90年代华北某大型炼厂因反应器蒸汽吹扫，降温较小，而引入空气吹扫，致使空气从油气管线下盲孔(已被开启)窜出烧坏油气管线的事故。

　　分馏塔吹扫后一般要进行水洗，以防止残存的FeS因干燥自燃。

　　装置的废碱罐和碱罐，其中都残存汽油，因罐处理不净而动火发生爆炸事故的记载也是不少的。

　　装置后部吸收塔，再吸收塔、脱硫系统由于有U2S的存在必须处理干净。1984年江苏某炼厂因分液罐未处理干净，拆开加盲板时造成H2S中毒死亡的事故。根据文献统计，在1983～1993年因停工中发生事故11起，死亡3人，1983年以前事故22起，死亡1人，受伤20人。

　　(二)：正常生产中危险因素分析及其防范措施

　　正常生产时其各工艺参数是稳定的，但是在长周期运转过程中，由于受工艺设备、公用工程条件、加工量调节、人员操作水平、仪表可靠度等诸多因素的影响，正常生产中仍会有不少影口向安全生产的因素，下面就各个单元的危险因素和防范要求分析女口下。

　　1．反应—再生单元

　　催化裂化在操作中要搞好三大平衡，即物料平衡、热量平衡和压力平衡，而物料平衡又是三大平衡的基础。

　　在正常操作中主要是要防止反应—再生系统超温、超压，另外由于两器中为了绝热和防止催化剂磨蚀都衬有绝热耐磨衬里，良好的施工和平稳操作十分重要，若衬里脱落，设备将要超温，脱落的衬里进入催化剂的斜管将发生堵塞，正常生产不能维持，只能紧急停工。反—再系统主要故障及预防措施见表2—19。

 

 

　　2.三机单元   

　　大型催化裂化的主风机、气压机、增压机一般都使用离心式或轴流式，所以防止机组的喘振是首要的。另外对于主风机还要防止反—再系统因为超压，而主风机处理不当造成催化剂倒入主风管线，乃至进入主风机，将造成机组毁坏的恶性事故。这里主风机管线上进入再生器处的单向阻逆阀的可靠性十分重要。20世纪70年代辽宁某厂、华北某厂、大庆某厂、日上海某厂都发生过此类事故。尤其是辽宁某厂发生D—800叶轮打飞而报废的恶性事故。最日近由于单向阻逆阀的可靠和应用了ESD紧急事故停车系统以及机组DCS应用，主风机性能量曲线及其应用，主风机的可靠性大为增加。   

　　气压机操作要防止分馏塔顶回流罐满罐而使富气带油，毁坏气压机事故。

　　一般气压机都由凝汽式透平带动，搞好复水器操作，保证真空度和复水泵不抽空，即能保证气压机的安全运行。因气压机复水器水位高造成停机，影响反一再压力，继而威胁生产的情况时有发生。   

　　不管是主风机和气压机、增压机，其润滑油系统的稳定工作是机组安全运行的基础，要搞好冷油器操作以及提高润滑油泵自动启动的可靠性，另外对润滑油坚持定期分析，尤其是不能带水，否则轻者会引起蒸汽透平调速系统元件锈蚀造成机组降转速不灵，重者润滑效果破坏，发生烧瓦事故。   

　　3．能量回收单元     

　　烟气轮机部分由于是高温带有催化剂的烟气，所以要严格执行烟气含尘≤250s／m3的要  求，长期超标磨损叶轮，而且催化剂会沉积在叶轮上造成动平衡不好，使振动超标而影响运  行周期。

　　烟机润滑油系统要求同三机系统。

　　烟机的人口蝶阀是再生器压力控制的阀门，所以本身的液压系统和调节系统要可靠，而且要有快速切断性能要求(只带发电机方案)以保证烟机不飞速。

　　余热炉主要是汽包不装满水、不缺水，以保证正常运行，所以汽包的液位计的可靠度十分重要。

　　另外余热炉的制造质量，尤其是省煤器和饱和发汽小管的焊接和系统管线法兰连接处易产生泄漏，影响炉子运行。

　　4．分馏单元

　　该单元是催化装置物料分离的主要单元，分馏塔顶回流罐气压机入口放火炬线和塔底油浆出装置线是催化装置的生命线。操作出了问题，大量放火炬，气体放不出，反一再要超压。塔底油浆放不出去，装置内的重质油无出路，长时间放不出，油浆中的催化剂将在塔和换热器中沉积，堵塞，将给装置停工带来很大问题。华北某大型炼油厂由于塔底温度高达390°C(重油催化)，数小时内结焦，紧急停工，油放不出去只好在油浆系统、回炼油系统开孔清扫近10天。

　　分馏单元一中段以下可能产生泄漏着火、油浆堵塞、油浆磨损和油浆结焦事故，一中段以上泄漏，由于气体中有H2S，可能造成中毒、气体爆燃事故，见表2—20。

　　5．吸收稳定和干气、液化气脱硫，液化气、汽油脱硫醇单元此单元的介质气体(含有H2S)、液化气和汽油，其主要危险是泄漏爆燃，泄漏中毒，以及H2S的腐蚀问题，其主要危险因素及预防措施见表2—21。

 

 

　　(三)设备防腐

　　随着重油催化裂化的发展，催化原料的含硫量越来越高，中石化系统最高达1．33％，再生烟气中的S02、SO3浓度大幅度提高，另外H2S量也在成倍增长。统计某重油催化裂化装置U2S浓度分布如图2—9。

　　1．再生器封头的应力腐蚀

　　据有关资料报道，目前已发现全国有20多套催化裂化装置的再生器发生不同程度的开裂，最多的封头上有上千条裂纹。主要是烟气中的S、N转化为高露点的SO3和NO2，从而形成硫酸盐、硝酸盐的露点腐蚀。

　　2．膨胀节的腐蚀

　　催化裂化反一再系统的油气管线、斜管、再生烟气以及能量回收系统大量使用波纹膨胀节，东北某厂大油气管线DN800膨胀节使用34天即发生多处的环向裂纹。主要是Cl—和H2S综合作用而产生的应力腐蚀和穿孔。而烟气管道上的膨胀节主要是烟气中的SO。变成连多硫酸(mH，S04)，在此形成露点的应力腐蚀。

　　3．分馏塔及吸收稳定的n2S腐蚀

　　从图2—9中可知U2S主要集中在分馏塔顶部、吸收稳定及干气、液化气脱硫部分。所以这些部分的硫化氢腐蚀十分严重，在塔体和换热器中生成大量的FeS，严重时堵塞稳定塔、吸收塔底重沸器芯子，生产不能正常进行，尤其是在停工检修时，易发生FeS自燃事故。

 

 

　　(四)装置安全自保联锁系统及其作用

　　由于装置不正常操作如原料带水、气压机故障，或是两器流化输送不畅和外来水、电、汽、风的故障都可能破坏两器的压力平衡和热平衡，造成催化剂倒流，即催化剂全部向一个容器输送，或者流化中断，两器成为死床，或者反应、再生温度超温或过低都将危及装置的安全。所以催化裂化装置都设置有装置安全自保联锁系统，即在某些工艺参数达到某一数值时，装置自保联锁系统动作，以保护装置。常规的联锁系统都用PIC执行。为了提高安全性，减少误动作，现在大都改用ESD或15C系统执行。

　　以常规的高低并列式催化裂化装置为例，通常设置有以下几个安全自保联锁，见表2—23、图2—10。

 

　　1．装置安全自保原则

　　(1)不允许原料油窜人再生器；(2)不允许空气窜入反应沉降器；(3)维持再生器和反应沉降器单器流化；(4)不允许催化剂倒入主风管线从

而倒入主风机损坏主风机。

　　2．自保联锁说明

　　(1)提升管总进料低

　　当提升管总进料低至一定量时，其再生催化剂的提升能力不足，为此进入沉降器和汽提段的催化剂量少，有可能导致沉降器汽提段催化剂空，则反应油气会倒窜人再生器而引起再生器超温或爆炸。因此总进料流量阀关闭，原料旁路阀打开将原料油引至分馏塔底，同时打开原料事故蒸汽阀门以保持提升管的通畅。这时待生和再生滑阀同时关闭，再器维持单容器流化。此时主风仍进再生器，由于催化剂上无焦炭，再生器温度将迅速下降，如果短时间不能恢复提升管进料，装置再生器要喷人燃烧油以维持再生温度在550℃为宜，待进料条件具备，提升再生温度在印0℃左右，即可两器流化恢复进料。

　　(2)主风流量低时

　　当主机故障或者主风机的管线某个阀故障，造成主风流量低时，再生器流化困难，或者不能流化，这里主风管线上的单向阻逆阀关，同时主风事故蒸汽引入再生器以保持流化，由于没有了主风，不能烧焦，所以相应的原料低流量的几个阀门都动作，以维持两器单器流化。因为无烧焦，所以再生器温度也要下降，但因蒸汽温度比主风高，流量又小，所以下降幅度较慢，这时要尽快恢复主风供给。如果主风不能立即供给，可以停止向再生器内吹蒸汽而闷床，即两器为“死床”，以保持再生温度在500％以上，这样恢复两器流化和进料较快。但必须在一、二天内恢复供风，否则两器中的催化剂无法卸出，所以一般配备两台主风机是十分必要的。

　　(3)待生或再生滑阀差压低时

　　流体力学可知，流体在管线中流动时，其阀门上游压力将大于下游压力。滑阀差也是如此，某一衡量流化催化剂，输送正常的标志，其二调节催化剂环量有余地，当差压过小，甚至负差压就有催化剂倒流的可能，这是最危险事故发生的前兆。所以要有安全自保联锁。当差压(某一滑阀)低至某一数值时，切断提升管进料，两滑阀关闭提升管吹人事故蒸汽，反应沉降器和再生器、单容器流化，为解决再生温度下降较快，再生器喷人燃烧油，维持再生器温度在500℃以上，待两器流化正常处理好故障后，即可重新进料。

　　(五)装置易发生的事故及其处理

　　1．催化裂化常见事故处理原则

　　(1)任何情况下两器(反应器、再生器)藏量不得互相压严防再生器中空气和反应沉降器内油气互窜，否则将有发生爆炸的恶性事故的可能。

　　(2)启用主风自保联锁后，严禁向再生器内喷燃烧油。

　　(3)当反应提升管要进料时，要保证提升管出口温度不低于460°(蜡油催化装置因原料性质不同而要求也不同)以防止待生剂带油进入再生器，再生器超温和再生烟气冒黄烟。

　　(4)因事故切断进料，两器流化时，再生温度要用燃烧油维持在500—550°C。因各种原因，再生温度维持不低于370℃时，要立即卸催化剂，停止两器各点吹汽，防止催化剂和泥。 

　　(5)维持好分馏塔底液面，并保证油浆循环和外排油浆正常，以防止因塔底液面高憋两器压力，和催化剂堵塞塔底系统。

　　(6)维持好分馏塔顶回流罐液面和顶温，保证不冲塔、不超温，气压机人口放火炬系统要通畅。

　　2.装置易发生的事故及其处理

　　由于催化装置两器存在催化剂的流化，所以易发生事故部位集中在两器系统，表现为催化剂的磨蚀而引发的设备问题，反应油气的结焦而引发的沉降器旋分系统等的堵塞。两器的超温超压是由于两器流化不正常等因素造成。

　　分馏系统主要是分馏塔顶超温，从而引起回流罐液面上升而影响两器以及气压机操作，分馏塔底油浆的堵塞、结焦和磨损会造成油浆系统泄漏着火和后路不通而停工。

　　吸收稳定系统，由于稳定塔底温度过低而造成汽油中带大量液化气，从而造成罐区的事故较为常见，另外由于催化原料的重质化，其硫含量成倍增加，其吸收稳定系统造成H2S中毒的事故也多次发生。常见事故及处理列表，见表2—24。