催化裂解反應(yīng)器提升管熱電偶磨損案例

催化裂解反應(yīng)器提升管熱電偶磨損案例

(一)基本情況

1.裝置及單元簡(jiǎn)介

150萬噸/年催化裂解(DCC)制乙烯裝置，采用中國石化石油化工科學(xué)研究院和中國石化工程建設(shè)有限公司共同開發(fā)的催化裂解工藝技術(shù)。該工藝借鑒流化催化裂化技術(shù)，采用催化劑的流化、連續(xù)反應(yīng)和再生技術(shù)，裝置于2014年7月投產(chǎn)。

2.工況介紹

DCC反應(yīng)器提升管熱電偶TE41117B的測(cè)量介質(zhì)為渣油(色黑黏稠，常溫下呈半固體狀)，其與碳四餾分的反應(yīng)油氣一起向上流動(dòng)，在催化劑的作用下發(fā)生裂解反應(yīng)，操作溫度為650℃，操作壓力為0.48MPa。

3.儀表情況

反應(yīng)器提升管熱電偶:K型熱電偶;型號(hào)H-WRKK-750-M.FL;量程0~1000℃;安裝方式為法蘭安裝，等級(jí)為2寸(1寸=3.33cm) 300磅(1b，1lb=0.454kg);插深800mm;保護(hù)管材質(zhì)為316HSS[200mm耐磨頭堆焊Stellite(司太立)，厚3.5mm]?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置羅斯蒙特644溫度變送器，4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)引入橫河(日本橫河電機(jī)有限公司)DCS(集散控制系統(tǒng));投用時(shí)間為2014年7月。

(二)問題描述及處理

1.問題描述

2014年7月DCS裝置正常投運(yùn)，2016年6月裝置大檢修，反應(yīng)器提升管內(nèi)部結(jié)焦，對(duì)其進(jìn)行清焦處理，入孔打開后發(fā)現(xiàn)熱電偶套管磨損十分嚴(yán)重，耐磨頭大部分已磨損，熱電偶內(nèi)芯外漏，如圖1-1所示。

2.影響范圍

熱電偶磨損嚴(yán)重可能造成溫度測(cè)量回路故障，導(dǎo)致工藝無法根據(jù)提升管溫度進(jìn)行工況調(diào)整，盲操最終會(huì)導(dǎo)致裝置的減負(fù)荷運(yùn)行和停車。

3.儀表處理過程

熱電偶必須更換，但拆除過程非常困難。仔細(xì)觀察內(nèi)部發(fā)現(xiàn)，熱電偶套管與設(shè)備內(nèi)保護(hù)管之間縫隙被渣油油漿填滿形成硬物。這是因?yàn)檎＿\(yùn)行時(shí)，高溫下的渣油為液態(tài)物質(zhì)，但在停車常溫下含催化劑顆粒的渣油則凝固成像水泥一樣的物體，用高溫處理也無法熔化，這種變化屬于低溫結(jié)焦現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致熱電偶套管與設(shè)備保護(hù)管緊密粘連，使得熱電偶無法從設(shè)備外部拔出，如圖1-2所示。

使用吊鏈拉拽和大錘敲擊，效果不明顯，最終通過內(nèi)部切割，才將熱電偶徹底拆下，如圖1-3所示。

改造方法是對(duì)反應(yīng)器內(nèi)保護(hù)管進(jìn)行重新焊接，做加長(zhǎng)處理，長(zhǎng)度略超過熱電偶插深長(zhǎng)度，將熱電偶耐磨頭藏入保護(hù)管內(nèi)。在逆著流向的一面對(duì)保護(hù)管切割約10cm長(zhǎng)的缺口，露出熱電偶頂端，但不影響熱電偶測(cè)量。在迎著流向的一面做好耐磨層，以防止保護(hù)管被介質(zhì)沖刷。另外，在提升管器壁外側(cè)連接法蘭短接處進(jìn)行開孔，用于安裝反吹風(fēng)系統(tǒng)，配根部閥、單向閥及限流孔板，引入氮?dú)獾綗犭娕紲y(cè)量根部，改造方法如圖1-4所示，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果如圖1-5所示。

2019年5月，儀表人員對(duì)DCC裝置進(jìn)行了搶修，同時(shí)對(duì)DCC反應(yīng)器提升管熱電偶進(jìn)行了檢查。檢查結(jié)果表明所有改造過的熱電偶基本無磨損，且易于拔出，溫度的檢測(cè)工作變得十分簡(jiǎn)單和安全，改造效果明顯，如圖1-6所示。

4.問題性質(zhì)

正常運(yùn)行時(shí)熱電偶磨損可能導(dǎo)致測(cè)量故障。由于工藝介質(zhì)凝固特性，停車更換熱電偶時(shí)難以拔出，處理過程存在很多安全風(fēng)險(xiǎn)，可以通過切割方式拆除損壞的熱電偶，然后更換新熱電偶，但這種方法未從根本解決實(shí)際問題，再次發(fā)生故障時(shí)依然存在拆裝困難的問題，需要對(duì)熱電偶套管進(jìn)行改造。

(三)問題原因分析

1.儀表可靠性評(píng)價(jià)

2014年投用至2016年檢修期間，儀表設(shè)備運(yùn)行正常，但熱電偶套管已逐漸出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，至2016年6月停車期間，檢查發(fā)現(xiàn)熱電偶耐磨頭部分基本磨穿，如繼續(xù)運(yùn)行下去可能會(huì)導(dǎo)致溫度顯示故障。

2.失效分析

(1)直接原因:測(cè)溫?zé)犭娕妓鶞y(cè)介質(zhì)為含有催化劑顆粒的油漿，經(jīng)過長(zhǎng)期的流體沖刷，熱電偶套管耐磨材料磨損。

(2)間接原因:熱電偶套管材料為普通316HSS，并不是耐磨性**的材料;安裝方式存在一定問題，熱電偶套管插深過長(zhǎng)超出設(shè)備保護(hù)管，造成嚴(yán)重沖刷。

(四)防范措施和建議

增加反吹的目的是用氣體填滿保護(hù)管縫隙，以防止大量油漿進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)保護(hù)管與熱電偶之間的縫隙，在停車降溫時(shí)結(jié)焦。反吹風(fēng)開得太大會(huì)導(dǎo)致溫度測(cè)量結(jié)果偏低，產(chǎn)生誤差，正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整反吹風(fēng)進(jìn)氣量，使其不影響熱電偶的測(cè)量準(zhǔn)確性。借助2019年5月DCC裝置的搶修，儀表人員舉一反三，將反應(yīng)器提升管剩余TE41117A、TE41118、TE41119、 TE41101C、TE41116等多支熱電偶進(jìn)行了同樣的改造，在2020年裝置大檢修時(shí)進(jìn)行了驗(yàn)收，效果同樣好。

建議對(duì)熱電偶套管的材料進(jìn)行升級(jí)，由原來的316HSS升級(jí)為321，提高套管的耐磨性。同時(shí)熱電偶必須規(guī)范安裝，盡量避免插深過長(zhǎng)，使套管超出設(shè)備保護(hù)管引起不必要的沖刷。

本案例通過對(duì)反應(yīng)器提升管熱電偶套管增加反吹裝置及相關(guān)改造，實(shí)現(xiàn)了熱電偶的零磨損、易拆裝，解決了熱電偶拆裝難題。