孫鋼

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

催裂化裝置是煉廠重要的核心煉油裝置，目前各催裂化裝置催化劑在壓劑、卸劑、收劑的過(guò)程中均依靠蒸汽噴射器為催化劑罐提供負(fù)壓環(huán)境，蒸汽噴射器將催化劑罐中催化劑粉塵和蒸汽一同抽出噴灑到大氣環(huán)境中造成粉塵污染。2016年起，催裂化裝置廢催化劑已經(jīng)被列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄，采取措施治理催化劑粉塵污染這一行業(yè)共性問(wèn)題勢(shì)在必行。

2 問(wèn)題描述

2.1 基本情況

目前使用蒸汽噴射器給催化劑罐抽負(fù)壓主要有以下幾項(xiàng)工作內(nèi)容：

1）自三旋回收催化劑儲(chǔ)罐V108向廢劑罐V103壓廢催化劑，簡(jiǎn)稱(chēng)壓劑工作；

2）自催化反再系統(tǒng)的再生器R102向廢劑罐V103卸出平衡催化劑，簡(jiǎn)稱(chēng)卸劑工作；

3）自外來(lái)運(yùn)輸?shù)男迈r催化劑收入到新鮮催化劑儲(chǔ)罐V101、V102，簡(jiǎn)稱(chēng)收劑工作。

在這三種工作中，都是用蒸汽噴射器將催化劑罐抽成負(fù)壓，然后與催化劑來(lái)料打通流程后，通過(guò)壓力差將粉末狀催化劑輸送到催化劑儲(chǔ)罐中的。為了提供負(fù)壓，蒸汽噴射器連接在催化劑罐頂，由于蒸汽噴射時(shí)形成流動(dòng)，將催化劑罐內(nèi)上部空間里彌漫的催化劑粉塵抽走，經(jīng)蒸汽噴射器后噴撒到外部形成粉塵污染。

已經(jīng)采取的措施有：1）在催化劑罐頂設(shè)計(jì)了旋風(fēng)分離器，將抽走的催化劑粉塵在旋風(fēng)分離器內(nèi)進(jìn)行分離，把收集的催化劑粉塵返回儲(chǔ)罐。2）在蒸汽噴射器的出口安裝了跑逸催化劑回收箱，將蒸汽夾帶的催化劑粉塵匯集到箱中。3）在跑逸催化劑回收箱上設(shè)計(jì)了噴淋水，在冷卻蒸汽的同時(shí)洗滌催化劑粉塵。

然而在采取了以上措施后，現(xiàn)場(chǎng)仍有大量蒸汽自回收箱內(nèi)噴出，催化劑粉塵四溢，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境受到污染，工作環(huán)境惡劣。需要采用創(chuàng)新方法來(lái)解決問(wèn)題。通過(guò)TRIZ理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用TRIZ理論的解題工具提供的方案，對(duì)催化劑系統(tǒng)進(jìn)行改造，在改造少和費(fèi)用低前提下，做到在壓劑、轉(zhuǎn)劑、卸劑工作時(shí)減少乃至消除催化劑粉塵污染。

3 解題過(guò)程

通過(guò)對(duì)催化劑收、壓、卸劑系統(tǒng)的描述，利用TRIZ理論解題的步驟如下：

3.1 組件模型

首先利用TRIZ理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，建立了系統(tǒng)的組件列表。

根據(jù)組件列表，逐一構(gòu)建系統(tǒng)組件之間的作用關(guān)系

根據(jù)組件之間的作用關(guān)系，構(gòu)建了組件模型，對(duì)蒸汽有害的吹散作用，過(guò)度的抽取作用，分離的不足作用等功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了明確。

3.2 應(yīng)用系統(tǒng)裁剪法對(duì)組件模型進(jìn)行裁剪

從組件模型出發(fā)，應(yīng)用系統(tǒng)裁剪法。首先，對(duì)組件進(jìn)行價(jià)值度評(píng)價(jià)，蒸汽有害作用最大，價(jià)值度最低，優(yōu)先裁剪，裁剪蒸汽后，蒸汽噴射器也被裁剪。但是蒸汽噴射器提供差壓實(shí)現(xiàn)催化劑輸送，這一有用功能必須保留，經(jīng)過(guò)計(jì)算，認(rèn)為可以在降低管道阻力的前提下實(shí)現(xiàn)自服務(wù)，用系統(tǒng)內(nèi)組件資源“壓劑線”，提供催化劑輸送這一有用功能，代替了被裁剪組件。

3.2.1 如何增強(qiáng)噴嘴對(duì)洗塵水的分散效果

增強(qiáng)洗塵水對(duì)粉塵的洗滌效果，要改善噴嘴對(duì)洗塵水的分散作用，根據(jù)物理矛盾，查詢(xún)矛盾矩陣，選用10、35發(fā)明原理，通過(guò)“物場(chǎng)分析法”得到方案：在環(huán)管上增設(shè)高效噴嘴。

改善洗塵水與粉塵混合物的接觸效果?？梢圆捎酶玫闹虚g接觸媒介，讓洗塵水在塔板或者填料上更好地洗滌粉塵。

3.2.2 如何增強(qiáng)洗塵水對(duì)催化劑粉塵的粘附作用

為了解決增強(qiáng)洗塵水對(duì)催化劑粉塵的粘附作用的問(wèn)題，應(yīng)用“物場(chǎng)分析法”尋找解決思路，根據(jù)S2.2.2 增加分割程度原理得到方案：采用塔板、填料等中間接觸媒介改善粘附作用。

3.2.3 如何增強(qiáng)旋風(fēng)分離器對(duì)廢催化劑分離作用

為了解決增強(qiáng)旋風(fēng)分離器對(duì)廢催化劑分離作用的問(wèn)題，根據(jù)S2.1 轉(zhuǎn)化為復(fù)雜物場(chǎng)模型原理得到方案：多級(jí)旋風(fēng)分離器。

通過(guò)“標(biāo)準(zhǔn)解法”得到方案：通過(guò)增加一級(jí)旋風(fēng)分離器。保證了旋風(fēng)分離器對(duì)催化劑粉塵的分離作用足夠強(qiáng)。

3.2.4 如何增強(qiáng)回收箱對(duì)廢催化劑分離作用

為了解決回收箱對(duì)廢催化劑分離不足的問(wèn)題，應(yīng)用九屏幕法來(lái)尋找資源：

通過(guò)“九屏幕法”得到方案有：（1）用自壓系統(tǒng)提供壓力差，不用蒸汽；（2）采用催化劑洗滌回收塔；（3）采用噴淋環(huán)管；（4）采用液環(huán)真空泵；（5）防止蒸汽跑逸的液體封溢流管。

3.3 How To模型

在新的組件模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建問(wèn)題的HOW to模型

（1）如何增強(qiáng)噴嘴對(duì)洗塵水分散作用不足的問(wèn)題？

（2）如何增強(qiáng)洗塵水對(duì)廢催化劑粘附作用不足的問(wèn)題？

（3）如何增強(qiáng)旋風(fēng)分離器對(duì)廢催化劑分離作用不足的問(wèn)題？

（4）如何增強(qiáng)回收箱對(duì)廢催化劑分離作用不足的問(wèn)題？

4 方案評(píng)價(jià)

通過(guò)采用TRIZ理論對(duì)催化劑壓劑、卸劑、收劑產(chǎn)生粉塵污染的問(wèn)題進(jìn)行分析和求解，得到了各種解決方案，將方案進(jìn)行匯總，見(jiàn)表1。

從成本、維護(hù)和有用功能三個(gè)維度對(duì)以上11種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到各種方案的價(jià)值，為最終方案提供依據(jù)（見(jiàn)表2）。評(píng)價(jià)方式：成本權(quán)重：30%；維護(hù)權(quán)重：20%；有用功能：50%。方案價(jià)值計(jì)算公式為：

5 最終方案

采用TRIZ理論對(duì)催化劑壓劑、卸劑、收劑產(chǎn)生粉塵污染的問(wèn)題得到的解決方案，對(duì)各種方案從成本、維護(hù)和有用功能三個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)后采用了方案一、方案二、方案四、方案七、方案十和方案十一匯總形成了最終方案，對(duì)催化劑壓劑、卸劑、收劑系統(tǒng)進(jìn)行改造。

催化劑分離和輸送的壓力差，壓劑時(shí)由催化三旋回收催化劑儲(chǔ)罐V108與催化劑罐之間差壓提供，卸劑時(shí)由催化再生器R102與催化劑罐之間差壓提供，收劑時(shí)由充壓送劑槽車(chē)與催化劑罐之間差壓提供。

催化劑罐頂旋風(fēng)分離器出口取消蒸汽噴射器，增設(shè)帶有旋分功能的跑逸催化劑洗滌筒，進(jìn)一步回收催化劑粉塵。為了有效改善粉塵的洗滌回收效果，在洗滌筒和排空管內(nèi)增設(shè)洗塵水，采用環(huán)管?chē)娏車(chē)娮旖Y(jié)構(gòu)提高洗塵水分布，采用類(lèi)似催化分餾塔下部人字擋板塔盤(pán)結(jié)構(gòu)增加對(duì)催化劑粉塵的洗滌效果。

最終方案的創(chuàng)新點(diǎn)在于：一、催化劑依靠設(shè)備間壓力差自動(dòng)輸送，僅就不再耗費(fèi)驅(qū)動(dòng)蒸汽一項(xiàng)，每年能節(jié)約上百萬(wàn)元。二、將創(chuàng)新方法設(shè)計(jì)的洗滌、降溫、分離多種功能結(jié)構(gòu)整合在一個(gè)緊湊的洗滌筒內(nèi)部，結(jié)構(gòu)上可以自動(dòng)排漿，有效抗塵泥堵塞，在進(jìn)一步采用遠(yuǎn)程控制閥的情況下，可以提高自動(dòng)化程度，在實(shí)施壓劑、卸劑等操作時(shí)。無(wú)需人員到現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)程即可操作。這一設(shè)計(jì)方案得到了中國(guó)燃料與潤(rùn)滑劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、中石化科技部原副主任徐惠等專(zhuān)家的高度評(píng)價(jià)。獲得了2017年全國(guó)企業(yè)創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。

責(zé)編/魏曉文