用于流化床催化裂化设备部件的腐蚀监测系统 |
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| 申请号 | CN201880067791.6 | 申请日 | 2018-10-15 | 公开(公告)号 | CN111225967B | 公开(公告)日 | 2022-03-29 |
| 申请人 | 雷莫萨有限责任公司; | 发明人 | 克里斯蒂安·阿吉奥拉斯; | ||||
| 摘要 | 用于配备有流化催化剂的系统中、受到磨损的部件的 腐蚀 监测系统，该腐蚀监测系统包括光纤 传感器 (7’)的束(7)，所述光纤设置有一个或多个布拉格光栅、处理单元、以及从束(7)脱离并横向于由于待监测部件的腐蚀而受到腐蚀磨损的壁的光纤传感器(7’)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有流化催化剂的系统，包括： |
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| 说明书全文 | 用于流化床催化裂化设备部件的腐蚀监测系统技术领域[0001] 本文的主题是一种创新的腐蚀监测系统，用于监测配备有流化催化剂的设备中适用的受到磨损的部件，特别是在流化床催化裂化设备中，用英语为“Fluid Catalytic Cracking(FCC)”。流化催化裂化(FCC)是设备中用于成品油馏分的转化。这些设备执行工艺流程，流程中通过分解重链烷烃烃分子并且从原油蒸馏残余物中获得轻链烷烃(例如，汽油、LPG)。特别低，本发明的目的是监测这些部件上涂覆有耐熔和/或抗腐蚀材料的壁的腐蚀。 背景技术[0002] 众所周知，流化床催化裂化是炼油厂中使用的最重要的转化方法之一。它被广泛用于将高沸点、高分子量的石油粗烃转化为具有较高经济价值的产品，例如汽油、烯烃气体和其他类似产品。最初由热裂化产生的石油碳氢化合物的裂化如今已被催化裂化几乎完全取代，因为它可生产出更多数量的具有更高辛烷值的汽油。催化裂化还可以作为副产物获得具有较高烯烃含量的气态元素，其也比通过热裂化产生的气态元素更重要。 [0003] 通常，催化裂化设备的进料由原油的一部分组成，该原油在大气压下的初始沸点为340℃或更高，并且平均分子量为约200至600或更高。催化裂化过程通过流化粉末催化剂在高温和中等压力下将高沸点液态烃的长链分子汽化并分解为短得多的分子。 [0004] 显然，所有的FCC设备以及所有使用流化催化剂的设备在内部都有易受腐蚀的部分，其中腐蚀不能通过其对外壁的热效应来诊断。实际上，在所有这些设备中，易腐蚀的墙壁都涂有抗腐蚀材料，该材料由金属格栅支撑，抗腐蚀涂层牢固地固定在金属格栅上。无法通过其热效应来监测腐蚀的原因可能是由于遭受腐蚀的壁(例如旋风分离器的壁)不与外部环境接壤。这也可能是由于以下事实：要么由于腐蚀而致的材料的厚度或其特定构造(例如，由孔或插拴制成)导致的腐蚀量必须监控，要么通常在阀内导致的腐蚀量必须监控，对边界壁的温度与环境的影响可以忽略不计。特别地，这发生于与含有催化剂的流体一同运作的阀中，在这种情况下，由这种阀内腐蚀引起的后果在具有可从阀本身的外部检测到的热的腐蚀之前早已出现。 [0005] 因此，需要定义一种创新的非基于温度变化的系统来监测FCC设备中易受腐蚀的部件的壁的腐蚀。 [0006] 因此，本发明的目的是通过使用能够承受FCC系统中典型高温(最高900℃)的光纤，来监测由于流体的通过而遭受特别磨损的结构中腐蚀的进展。在FCC系统的末端部分设置一个或多个布拉格光栅(FBG)，它们本身受到腐蚀，由于其选择性的反射性，它们会根据腐蚀深度反射出光谱，以此允许以毫米精度对其进行测量。 发明内容[0007] 因此，本发明的主题是用于监测FCC设备中部件的腐蚀的创新系统，该系统包括多个光纤以及用于分析和处理由光纤反射的光的单元。光纤以这样的方式安装，即，其终止于待监测其腐蚀的壁的表面的正下方，并与之正交，以缩短壁本身的腐蚀量。然后随着光纤本身的缩短来测量腐蚀的深度，该缩短是根据由光纤本身反射的光谱的变化来计算的。光纤必须对被机械保护，并且几乎不被光纤所通过的材料的热膨胀影响的。因此，有必要定义合适的保护管和约束系统。特别地，约束必须仅在待监测腐蚀的区域的紧邻范围内作用于光纤的远端部分，而光纤的所有其他部分必须在保护管内部自由流动。 [0009] 为了使由于光纤的缩短而引起的从光纤反射的光谱的变化最大化，在光纤的末端部分设置有一个或多个布拉格光栅，由于布拉格光栅特有的波长或其被腐蚀破坏的部分的反射光谱从反射光谱中消失了，因此能够检测出光纤的缩短。 [0010] 有利地，多个腐蚀传感器到达由于腐蚀而磨损的壁，穿过用于壁自身的抗腐蚀涂层的支撑结构的相配的腔体。在随后涂覆和干燥抗腐蚀涂层后，腐蚀传感器完美地集成在其中。 [0012] 现将参考表示了本发明示例性实施例的附图，详细描述本发明的这些和那些优点。在附图中： [0013] 图1示出了FCC设备总体方案的一部分。 [0014] 图2示出了图1中应用于本发明第一实施例中的设备的阀的剖面图。 [0015] 图3示出了图2中剖面的阀的立体图。 [0016] 图4以部分视图和详细视图示出了图2中的阀的可拆卸孔板(removable orifice plate)。 [0017] 图5示出了图1中应用于本发明第二实施例中的设备的阀的剖面图。 [0018] 图6示出了图5中剖面的阀的立体图。 [0019] 图7示出了图1中应用于本发明第三实施例中的设备的阀的剖面图。 [0020] 图8示出了具有六边形网格的抗腐蚀涂层的详细图。 [0021] 图9示出了图5和图6中应用于本发明进一步实施例的阀的部分。 具体实施方式[0022] 参考图1，示出了已知类型的FCC设备的总体方案的一部分，其中通过示例的方式示出了一些易受腐蚀的部件，例如阀10和旋风分离器20。其他未示出的遭受腐蚀现象的部件是通向再生器的空气扩散器，通常称为FCC空气格栅或反应器进料喷嘴。 [0023] 对于这些类型的设备，所使用的阀门通常是具有用于截止设备的快速紧急关闭功能的调节阀，有时(通常仅用于埃克森(Exxon)工艺中)调节和截止这两个功能被分成两个不同的阀，串联排列。这些阀通常称为FCC滑阀。 [0024] 阀10的主体具有耐火材料2'，并且挡板4被构造为一体的，在其整个上表面和前表面及50％以上的下表面上涂覆有耐磨材料。放置在对应于挡板4上的可拆卸穿孔板1的表面以及放置在可拆卸穿孔板1上方的支撑板1'的表面都暴露在流动下，因此涂覆有通常由径向金属支架11支撑的耐腐蚀材料。这种径向金属支架11均匀间隔分布，并牢牢地固定抗腐蚀涂层，该抗腐蚀涂层完全填充了金属支架11之间的间隙。特别是，如图2所示，阀10包括沿第一壁2的耐火材料2'和在可拆卸穿孔板1的高度处的抗腐蚀涂层3。相同的抗腐蚀涂层也对称地存在于通过拉杆固定有可拆卸穿孔板1的支撑板1'上。最后，与滑动引导件5接触的挡板侧面和下部用钴基涂层硬化。 [0025] 根据本发明的发现包括由于已知而未示出的处理单元，例如布拉格光栅分析仪或OSA光谱仪或结合有循环装置的光纤光电池放大器，该循环装置将由腐蚀传感器反射的光朝向放大器的回归通道。换句话说，处理单元分析由光栅反射的光，并且具有适当的数据处理代码，并且以相对于遭受腐蚀的壁以基本正交的方式设置的多个光纤传感器。光纤具有包括一个或多个布拉格光栅的结构。 [0026] 根据本发明的第一实施例(这是绝对非限制性的)将光纤传感器7'的束7插入入口导管6内，该入口导管在图2和图3中横向于阀10的挡板4，但是为了使光纤的曲率半径最大，该入口导管可以具有更合适的倾斜度。光纤传感器7'的束7通过可拆卸穿孔板1本身的开口20'到达可拆卸穿孔板1的表面，该表面面对挡板4。开口20'可以更合适地成形和倾斜，以便使光纤的曲率半径最大化，并与入口导管6一起，以获得对于光纤而言尽可能线性的路径。 一旦穿过开口20'，光纤就到达可拆卸穿孔板1的口部，如图4所示，穿过散布在板12上的特殊凹槽，该特殊凹槽设有用于使光纤通过的特殊倒角11'。凹槽涂有抗腐蚀材料，由板本身支撑。 [0027] 根据本发明的又一个非限制性实施例，将光纤传感器7'的束7插入横向于阀10的主体的第一壁2的入口管道8中(图5和6)。光纤传感器7'的束7到达可拆卸穿孔板1的支撑板1'。束7通过阀本身的第一凹槽9到达支撑板1'。 [0028] 这两个实施例可以是替代的或互补的。因此，有可能在相同的阀10的情况下，可以在可拆卸穿孔板1的高度处和在支撑板1'的高度处都监测腐蚀。 [0029] 在两个实施例中，如图4的细节G所示，光纤的束7围绕可拆卸穿孔板1和/或支撑板1'展开，各个光纤接着特殊金属支架11的设置而插入可拆卸穿孔板1和/或支撑板1'上。该特殊金属支架11沿其焊接的可拆卸穿孔板1、支撑板1'的通过区域的周边设置。为了允许光纤穿过金属支架11，以便能够将它们沿着流体通过区域的整个周边设置，金属支架11必须具有专用于光纤通过的倒角11'。倒角11'不存在于市场上通常用于支撑抗腐蚀涂层的支架中。一旦将光纤传感器7'的束以及各个光纤正确地定位并粘附到金属支架11的壁上，可拆卸穿孔板1和/或支撑板1'就被抗腐蚀涂层3覆盖。该抗腐蚀涂层3由金属支架11支撑，并因此填补了金属支架11之间的空隙。 [0030] 如图7所示，本发明的主题，用于监测腐蚀的系统，也适用于FCC设备的旋风分离器20。在这样的旋风分离器20中，光纤传感器7'的束7穿过片材22的外部涂层和内部抗腐蚀涂层3之间的第二壁21的整个长度。截面B‑B的细节示出了各个光纤如何在抗腐蚀涂层3内均匀地间隔，其中带有六边形网格18(图8)的支撑结构具有用于光纤自身通过的第二凹槽19，该凹槽通常不存在于用于固定抗腐蚀材料的六边形网格中。这也适用于其他部件的表面，例如蓄热室的空气分配器和向反应器注料的喷嘴，通常也适用于任何由抗腐蚀涂层保护的表面。这也适用于用于抗磨材料的支架的其他变体，的确，光纤在这些支架的基部发展，并粘附在固定(通常为焊接)有支架的表面上，然后支架正交出现于待监测的表面上。优选地，用于抗磨材料的支撑件必须设置有合适的凹槽，以便允许在应用和干燥抗磨和/或耐火材料之前将光纤停在其固定基座上并正确地定位。 [0031] 图9示出了图5和图6所描述的监测系统的另一实施例，通过该实施例和由于沿着为支撑耐火材料2'而存在的锚定轮廓进行设置(通常以“V形”方式布置)的光纤，还可以监测涂有耐火材料2'的阀10的圆锥部分的腐蚀。由于通常通过铸造来沉积耐火材料，因此在该特定区域中有必要将光纤引入适当固定的毛细管上，以防止在铸造期间光纤的断裂或移位。 [0032] 在所讨论的系统的所有配置中，为光纤选择的特定路径允许在将光纤浸入抗腐蚀或耐火材料的区域中，光纤始终粘附在至少一个金属表面或壁或管上。这在抗腐蚀涂层3和耐火材料2'的应用期间和操作期间都保证了更大的机械保护。但是，可以考虑在钢合金中使用毛细管，即使在光纤和/或光纤束粘附到金属表面的情况下，毛细管也可以在钢合金中滑动，以便获得除壁之外的其他机械保护。 [0033] 在本发明主题的系统的所有配置中，光纤包括一个或多个非均匀布拉格光栅，即具有反射波长的渐进值。可替代地，可以使用包括至少一个长度为0.5mm的均匀布拉格光栅序列的光纤。以这种方式，可以布置一系列均匀的布拉格光栅，以便获得沿着光纤向后从光栅最近区域到待监测壁的外表面的渐进反射波长。均匀布拉格光栅序列的总长度等于非均匀光栅可能具有的总长度，通常在可拆卸穿孔板1和支撑板1'中使用时为50mm，在旋风分离器壁中使用时约为25mm。 [0034] 由于所涉及的高温通常为760℃，最高可以达到900℃，因此在异常情况下，必须针对这些温度专门设计包含一个或多个布拉格光栅的光纤。特别地，光纤必须被涂覆或保护。 [0035] 为了机械地保护光纤并使其免受光纤所通过的材料的热膨胀的影响，必须将光纤安装在特别细的毛细管内，例如，皮下注射管规尺寸24RW内径0.31mm外径0.56mm。光纤还必须仅在待监测腐蚀的区域附近的末端附近的一小部分中唯一地绑定到这种毛细管上，而光纤的所有其他部分必须能够在毛细管内部自由滑动。为了在光纤和毛细管之间实现这种约束，可以使用基于氧化铝的陶瓷胶，例如AREMCO CERAMABOND 618‑N‑VFG。 [0036] 考虑到光纤的束需要很长的路程，因此有必要将布拉格光栅的完全腐蚀与光纤在某一点可能发生的断裂区别开来。有利的是，可以使用均匀的亚毫米布拉格光栅来诊断纤维的断裂，并且由于这个原因，其放置的距离比暴露于腐蚀的距离大得多。这样，仅在光纤断裂的情况下才会发生完全不存在由光纤反射的光，而在要监视的部分完全腐蚀的情况下则不会发生。 [0037] 有利地，由于用于连续测量腐蚀的布拉格光栅分析仪的成本很高，因此本发明也可以用于腐蚀的开/关测量，例如超过极限值。在这种情况下，可以使用位于极限深度的单个布拉格光栅：通过没有反射光来发出达到极限腐蚀的信号，该反射光可以通过经济的光纤光电池放大器轻松检测到，该光放大器通过光学循环装置连接到布拉格光栅，也可以集成在放大器本身中。 [0038] 根据一个优选实施例，光纤可以沿着多个轴布置，例如，彼此正交的两个或三个轴。实际上，包括一个或多个布拉格光栅的光纤可以监测沿单个轴的腐蚀深度。 [0039] 考虑到腐蚀现象的缓慢性，通过将光开关与单个中央光分析仪(光纤布拉格光栅分析仪或带循环装置的光电池放大器)一起使用，可以一次解决大量光纤传感器的问题，在单个点上的采样间隔远小于腐蚀显着变化所需的时间。 [0040] 尽管在概述和详细描述中已经提出了至少一个示例性实施例，但是必须理解，存在许多落入本发明的保护范围内的变型。此外，必须理解的是，一个或多个实施例仅是示例，并不以任何方式限制本发明或其应用或其配置的保护范围。而是，简要说明和详细说明为本领域技术人员提供了用于实施至少一个示例性实施例的方便指南，因为很明显，本领域技术人员可以不脱离本发明中由所附权利要求书及其技术法律等效而确定的保护范围，而基于本文描述的元件的功能和组装方面做出许多变化。 |
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