畅淮勇
中国石化天津分公司炼油部联合九车间 天津市 300270
摘要：在催化裂化工艺中旋风分离器的主要作用是分离催化剂以及油气或者烟气，可以保证催化裂化装置能够长期安全稳定运行。旋风分离器长期处于高温运行环境下，可能会出现各种机械故障。这些故障会导致旋风分离器效率降低。因此，需要加强催化硫化工艺中旋风分离器故障分析工作，了解旋风分离器的具体故障，同时采取有效措施对这些故障进行预防，提高旋风分离器的运行效率，保证催化裂化装置的运行安全。
关键词：催化裂化装置；旋风分离器；工艺故障
一、旋风分离器的常见故障类型和原因
在旋风分离器运行过程中，其机械故障的种类包括以下内容：第一，器壁冲蚀磨损问题。这是影响旋风分离器失效的主要原因之一，旋风分离器催化剂一般会在器壁内表面出现冲蚀磨损情况，特别是在入口段蜗壳切线部位以及椎体排尘口区域存在的冲蚀磨损情况相对严重。一旦发生冲蚀和磨损问题，会导致器壁衬里鼓包或者脱落，甚至会使气壁的壳体金属出现穿孔问题。冲蚀磨损发生后会导致其器壁表面的平整度受到极大影响，催化剂颗粒在表面流动会出现比较严重的反弹问题。与此同时，气壁穿孔后，外部的气体进入到旋风分离器会导致内部旋转流的流动受到一定影响，从而使旋风分离器效率降低而影响催化裂化装置的正常运行。
第二，吊挂和拉杆问题。旋风分离器是以柔性结构设计为主的，在旋风分离器的上端壳体顶部可以利用吊挂的方式将其固定在沉降器的顶部器壁上，而下端自由伸缩。在高温运行环境下，吊挂除了受到重量载荷作用，同时还受热应力载荷。这些载荷会转移到分离器的壳体，导致顶板变形或者撕裂。这可能会导致顶板与同体焊缝被拉裂而产生穿孔，导致催化剂跑损故障[1]。
第三，料腿堵塞问题也是旋风分离器面临的主要故障类型之一。在旋风分离器的升气管外壁存在重油油滴以及催化剂沉积，形成结焦，在长期积累过程中结焦会变成焦块脱落堵塞料腿。导致结焦沉积的主要原因是旋风升气管的外壁反应内存在沥青等，在高温环境下，会出现缩合反应而产生焦炭，焦炭与催化剂颗粒附着，会形成结焦。如果在装置操作过程中存在波动情况，会导致这一部位的焦块脱落而导致料腿堵塞。
第四，料腿断裂。在旋风分离器系统的气固两相流的旋转流动以及排料过程都具有不稳定性，很容易产生低频气流波动以及压力脉动，从而形成振动的激振力，会使旋风分离器系统出现振动情况。因为旋风分离器系统使用的设计结构为柔性结构，系统本身的固有频率相对较低，如果系统固有频率与激振力频率相接近，会出现共振响应。从而导致旋风分离器壳体局部区域出现比较大的交变应力，使这一区域出现金属疲劳破坏。
二、防止各种故障的具体措施
那对旋风分离器的故障进行解决时，需要采取以下措施：第一，为了防止旋风分离器出现冲蚀磨损故障，可以加强入口速度以及尺寸比控制工作，同时要提高龟甲网衬里的耐磨性能。在催化剂的颗粒粒度分布过程中，如果旋风分离器气壁出现磨损穿孔问题，没有被分离的烟气或者油气会夹带催化剂，从穿孔部位进入到旋风分离器的内部，并从升气管逃逸。要解决这一问题，需要加强旋风分离器结构尺寸设计工作，可以适当扩大锥口的尺寸，减少颗粒流速度，降低摩擦损失。因为冲蚀磨损是不断积累的。在对这一问题进行解决时，需要加强旋风分离器运行状况的监测工作，一旦出现异常问题可以及时解决。
第二，在对吊挂和拉杆问题进行解决时，需要保证吊挂的稳定性。可以根据旋风分离器的实际运行要求对吊挂材料进行合理控制。同时在吊挂固定时，需要加强质量检查工作，保证吊挂固定效果。除此之外，对拉杆的振动特性进行调整。主要是因为料腿和拉杆受气固两相流不稳定扰动而产生诱导振动，从而出现疲劳断裂问题。因为诱导振动的激振力是从气固两相流不稳定流动发展而来的，在工艺操作过程中很难消除。因此，需要改变拉杆的振动特性，增加支撑提高其固有频率。这样有利于防止其与激振力频率相同而产生共振响应，有利于防止料腿疲劳断裂。在拉杆设置时，可以利用封闭多边形约束的方式保证其整体性，确保其受力均匀，能够在一定程度上提高其抗干扰性以及抗冲击性。此外，在料腿比较长的情况下，多设置几层拉杆，利用三角结构对拉杆进行连接，可以提高其整体性，防止出现振动响应。
第三，为了防止料腿出现堵塞问题，可以在催化裂化装置的沉降器内利用两组二级串联旋风分离器进行运行。分馏系统油箱的质量浓度要控制在1克/升以下。在运行过程中二级旋风分离器的升气管处结焦以及焦块脱落会导致灰斗堵塞。面对这种情况需要根据堵塞问题的严重程度开展非计划停工处理作业。同时可以定期对灰斗进行清洁，降低料腿堵塞的发生概率[2]。
第四，为了解决旋风分离器系统出现行疲劳断裂失效问题，防止系统出现共振响应，可以从旋风分离器系统的本身固有频率以及抑制激振力两方面出发。在对固有频率进行解决时，可以从旋风分离器的设备结构形式以及尺寸方面出发，根据旋风分离器的具体运行要求，改造旋风分离器系统的尺寸以及结构形式。利用支撑方式的调整，能够改变现状分离器的固有频率，防止出现共振响应。从而降低交变应力幅值，防止旋风分离器系统出现疲劳断裂失效等问题。在对激振力进行抑制时，需要调整气固两相流工艺参数和操作工作，改变难度相对较大。
三、结语
在催化裂化装置运行过程中，旋风分离器出现的机械故障类型比较多，必须对这些故障类型进行全面掌握，根据冲蚀磨损、料腿断裂以及堵塞等不同的故障。与此同时，掌握旋风分离器出现故障后对催化裂化装置运行产生的不利影响。以此为基础，利用有效的故障解决措施保证旋风分离器能够稳定运行。相关工作人员可以加强旋风分离器运行过程的监测工作，及时掌握旋风分离器出现的故障原因和具体位置，提高故障解决效率。
参考文献：
[1]杨智勇， 王菁， 蔡香丽，等. 催化裂化装置旋风分离器工艺故障的原因分析[J]. 中国粉体技术， 2020, 026(001):75-80.
[2]黄均. 催化裂化装置三级旋风分离器系统存在问题浅析[C]// 中国石化中国石油催化裂化协作组第十届年会. 0.