延遲焦化循環(huán)油換熱器堵塞問題分析及改進(jìn)措施

王興斌，盧躍剛，劉志壯

(中國石油吉林石化公司 煉油廠，吉林 吉林 132021)

中國石油吉林石化公司煉油廠延遲焦化裝置(以下簡稱“裝置”)，于2003年5月10日建成，2003年6月1日一次開車成功，設(shè)計(jì)加工能力為100萬t/a，經(jīng)過改造后加工能力提升到130萬t/a。裝置由中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，形式為一爐兩塔，焦炭塔直徑為8.4 m，為“可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比”流程，在多年的實(shí)踐過程中，車間遇到了很多生產(chǎn)問題。與原料進(jìn)分餾塔底預(yù)熱的老流程相比，作為“可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比”焦化流程，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)方案調(diào)整靈活，加熱爐和分餾塔底結(jié)焦傾向小，缺點(diǎn)是分餾塔底焦粉置換量小，大部分焦粉在循環(huán)油系統(tǒng)中，極易造成焦粉堵塞循環(huán)油系統(tǒng)的現(xiàn)象。從2006年開始裝置出現(xiàn)了分餾塔底循環(huán)油與原料換熱器的管程(循環(huán)油)管束頻繁堵塞的問題，使分餾塔底循環(huán)油回流量不足，降低了分餾塔底部對焦粉的洗滌效果，造成了分餾塔底器壁結(jié)焦和焦粉向分餾塔上部的大量攜帶，影響了裝置的長周期運(yùn)行。

1 循環(huán)油換熱器管程管束堵塞的原因分析

由于分餾塔底循環(huán)油過濾器濾芯變形損壞，失去了過濾作用，且出入口閥門被焦塊卡住無法關(guān)閉，過濾器無法切除維修，最終導(dǎo)致循環(huán)油與原料換熱器頻繁堵塞(見圖1)。對堵塞換熱器的焦塊進(jìn)行分析，1種為質(zhì)地較松散內(nèi)部含有油跡的焦塊，1種為不規(guī)則質(zhì)地且結(jié)構(gòu)致密，斷口為灰白色的焦塊，還有1種為有一側(cè)是平面，質(zhì)地也較致密的焦塊，初步判斷第1種焦塊為后進(jìn)入分餾塔底的泡沫層物質(zhì)和焦粉聚結(jié)生成，后2種焦塊為氣相結(jié)焦物質(zhì)。2008年檢修過程中，發(fā)現(xiàn)焦炭塔大油氣線內(nèi)的結(jié)焦物質(zhì)與堵塞換熱器中不規(guī)則焦塊相似，而分餾塔底器壁和人字擋板上的結(jié)焦與堵塞換熱器的一側(cè)有平面的焦塊質(zhì)地相似，這2處的結(jié)焦也都是氣相結(jié)焦，由于切塔、污油回?zé)挼炔僮?，造成油氣線溫度大幅度變化，使部分結(jié)焦脫落進(jìn)入分餾塔底；分餾塔底器壁和人字擋板處的焦塊也是由于溫度或回流量波動造成部分脫落進(jìn)入分餾塔底。

圖1 循環(huán)油換熱器管程堵塞圖

2 主要改進(jìn)措施

2．1 優(yōu)化操作

結(jié)合本裝置工藝特點(diǎn)，通過優(yōu)化焦炭塔和分餾塔操作，有效緩解循環(huán)油換熱器堵塞問題。

2.1.1 優(yōu)化焦炭塔操作，防止焦粉和泡沫層向分餾塔大量攜帶

2.1.1.1 焦炭塔線速控制

焦炭塔線速控制對分餾塔長期運(yùn)行是至關(guān)重要的，焦炭塔線速過高，必然會造成焦炭塔產(chǎn)生嚴(yán)重的霧沫夾帶，使大量焦粉或泡沫層物質(zhì)進(jìn)入分餾塔底，影響分餾后部系統(tǒng)的正常運(yùn)行。影響焦炭塔線速的因素有很多，主要應(yīng)控制以下幾方面操作。

(1) 加熱爐注汽量的控制。為了減少和延緩加熱爐管結(jié)焦，一般都采取對爐管注汽的方法來提高渣油在爐管內(nèi)的流速，以縮短渣油在爐管內(nèi)停留時(shí)間，減少結(jié)焦機(jī)會。但注汽量越大焦炭塔內(nèi)油氣線速度就越大，越容易使油氣攜帶焦粉或者泡沫層物質(zhì)進(jìn)入大油氣管線和分餾塔底。因此加熱爐注汽量控制一定要合適，在保證加熱爐正常運(yùn)行的情況下，盡量減少爐管注汽量，以降低焦炭塔油氣線速[1]。裝置以加工大慶油為主，屬于石蠟基原油，熱裂解后輕收液收均較高，直接影響焦碳塔內(nèi)油氣線速。經(jīng)過不斷論證和摸索，逐漸降低加熱爐注汽量，最終將設(shè)計(jì)要求的爐管上下2點(diǎn)注汽量由120、140 kg/h降低至60、70 kg/h，中間點(diǎn)注汽量由320 kg/h降低至220 kg/h，將加熱爐的注汽量控制在加熱爐進(jìn)料量的0.7%～0.9%。上個(gè)周期加熱爐運(yùn)行19個(gè)月，加熱爐出入口壓差沒有明顯增加，管壁溫度最高漲幅為48 ℃，管壁溫度最高點(diǎn)為584 ℃，說明爐管結(jié)焦不嚴(yán)重。

(2) 循環(huán)比的控制。由于循環(huán)油組成決定了它生焦量很小，絕大部分是以油氣的形式在焦炭塔中存在，因此循環(huán)比控制過高會造成焦炭塔內(nèi)油氣量增加，從而使焦炭塔內(nèi)油氣線速增加。降低循環(huán)比可以實(shí)現(xiàn)減少加熱爐熱負(fù)荷，但循環(huán)比并不是越低越好，適當(dāng)?shù)难h(huán)油可通過將富含環(huán)狀組分的物質(zhì)混入進(jìn)料，促使加熱爐這一中間部位的臨界結(jié)焦區(qū)域移向容易滿足焦層脫落條件的高溫段[2]。對于“可靈活調(diào)解循環(huán)比”的焦化裝置，適當(dāng)?shù)难h(huán)比還可以提高分餾塔底焦粉的采出，減緩分餾塔底結(jié)焦。經(jīng)過長時(shí)間的反復(fù)驗(yàn)證，裝置循環(huán)比控制在約0.3比較合適。

(3) 加工量的控制。裝置(生焦周期為24 h)在較高負(fù)荷生產(chǎn)期間采用變量操作，即在生焦周期的前8 h將加工量大幅度提高，生焦周期的中間8 h，將加工量按照正?？刂?，生焦周期的后期8 h，將加工量按照初期提高的幅度同比降低。這樣保證全天的加工量不變，根據(jù)生焦初期焦炭塔空高較高，大幅度提高加熱爐進(jìn)料量，雖然焦炭塔油氣線速增加，但由于焦炭塔空高較高，有足夠的沉降空間，防止了泡沫層物質(zhì)向后部的攜帶。而生焦后期焦炭塔空高降低，但由于大幅度降量使焦炭塔內(nèi)油氣線速大幅度降低，因此也降低了泡沫層物質(zhì)向后部的攜帶量，同時(shí)也降低了整個(gè)生焦過程泡沫層的高度，在其它條件不變的情況下，泡沫層高度同比變量操作前降低約1.5 m。

2.1.1.2 焦炭塔壓力的控制

在焦炭塔切塔后，老塔小吹汽期間的壓力控制是非常重要的，切塔后老塔一旦出現(xiàn)大幅度壓力下降，在焦碳塔生焦末期沒有來得及進(jìn)行生焦反應(yīng)的泡沫層物質(zhì)由于二次汽化進(jìn)入大油氣管線和分餾塔，并在大油氣管線和分餾塔底(或循環(huán)油系統(tǒng))聚結(jié)生焦，會導(dǎo)致循環(huán)油換熱器堵塞或塔底泵抽空等事故。裝置在切塔后老塔壓力控制上采取利用預(yù)熱瓦斯閥控制的方法，焦炭切換同時(shí)，關(guān)小老塔瓦斯閥控制老塔壓力，使老塔壓力與切塔前保持一致(控制在切塔前老塔壓力±0.003 MPa)。焦炭塔預(yù)熱期間生產(chǎn)塔壓力也要進(jìn)行控制，預(yù)熱期間預(yù)熱塔的瓦斯閥每次開度不要大于10%，現(xiàn)場要保證預(yù)熱塔瓦斯閥少開勤開，并與主操保持聯(lián)系，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整預(yù)熱閥的開度，確保預(yù)熱期間生產(chǎn)塔的壓力控制平穩(wěn)。

2.1.1.3 焦炭塔有效空高的控制

焦炭塔總高由焦炭層高度、泡沫層高度及空間高度3個(gè)部分組成，其中焦炭層高度與泡沫層高度之和為生焦高度。空間高度又被稱作安全高度，對于1個(gè)高度為32 m的焦炭塔，安全高度國內(nèi)一般取8～10 m，因此，認(rèn)為焦炭塔的生焦高度可以控制在22～24 m。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為該空高已經(jīng)失去了它的真實(shí)意義，不能做為一個(gè)完全的安全高度標(biāo)準(zhǔn)來衡量。實(shí)際的安全高度還應(yīng)考慮生焦期間實(shí)際泡沫層的高度和焦炭塔油氣線速，對于不同的原料生焦期間產(chǎn)生的泡沫層高度也不同，另外，冷焦后回落的高度也不同。對于不同的原料或不同的操作條件，焦炭塔的實(shí)際線速也不同，對于康氏殘?zhí)恐递^低的原料，即使生焦高度很低，所謂的空高很高，但由于液收較高，造成焦炭塔線速較高，如果按照固有安全高度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，很容易造成大量泡沫層物質(zhì)和焦粉攜帶到后部系統(tǒng)中，影響到后部的正常生產(chǎn)。最終根據(jù)裝置的實(shí)際情況將有效空高控制在9～11 m，對焦炭塔生產(chǎn)期間泡沫層的高度通過中子料位計(jì)進(jìn)行監(jiān)控，不同的線速控制的有效空高也要不同，這樣才能有效控制好焦炭塔的安全生焦高度，確保裝置的長周期生產(chǎn)。

2.1.1.4 焦炭塔吹汽量控制

焦炭塔小吹汽目的是為了汽提回收焦炭塔中的殘余油氣，小吹汽量的控制對于裝置長周期運(yùn)行也有很大影響。小吹汽量過小會造成焦炭塔升氣孔粘油回落堵塞無法正常冷焦，小吹汽量過大會增加焦炭塔油氣線速，造成大量未反應(yīng)的泡沫層物質(zhì)和焦粉被攜帶到后部[3]。通過實(shí)際觀察，切塔前焦炭塔最上點(diǎn)中子料位計(jì)沒有見到泡沫層，而小吹汽初期焦炭塔最上點(diǎn)中子料位計(jì)見到泡沫層，說明小吹汽期間焦炭塔內(nèi)油氣線速比正常生產(chǎn)時(shí)要高很多。經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，目前裝置小吹汽量控制在3 t/h，吹汽時(shí)間控制在40 min，對保證汽提效果、延續(xù)泡沫層物質(zhì)后期反應(yīng)和防止焦炭塔油氣線速過高都是比較合適的。

2.1.2 優(yōu)化分餾塔操作，防止分餾塔器壁和人字擋板結(jié)焦

分餾塔底器壁或人字擋板結(jié)焦，在預(yù)熱溫度或流量發(fā)生大幅度變化時(shí)，焦塊很容易脫落，造成循環(huán)油系統(tǒng)被焦粉堵塞問題，因此要控制好分餾塔的操作，防止分餾塔器壁和人字擋板結(jié)焦[4]。

裝置為可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比流程，在控制分餾塔底結(jié)焦問題上，通過循環(huán)油下回流控制分餾塔底溫度低于365 ℃，通過控制適當(dāng)?shù)难h(huán)比，防止塔底循環(huán)油提濃造成焦粉聚積，另外，通過循環(huán)油攪拌線，控制分餾塔底循環(huán)油攪拌量在5～10 t/h，防止塔底聚結(jié)生焦。通過塔底循環(huán)油上回流控制分餾塔底氣相溫度低于370 ℃，防止塔底器壁結(jié)焦。控制分餾塔底循環(huán)油量在90 t/h以上，確保循環(huán)油在人字擋板上分布盡量均勻，防止換熱段人字擋板干板結(jié)焦。

2.2 設(shè)備及流程改進(jìn)

2.2.1 分餾塔底循環(huán)油過濾器改造

在2008年檢修過程中對原有循環(huán)油過濾器進(jìn)行改造，同時(shí)增加1組新過濾器，互相備用，確保能夠有效過濾出焦塊，防止循環(huán)油換熱器堵塞，具體過濾器改造方案如下。

(1) 對原有過濾器濾芯進(jìn)行改造，增加固定措施，防止出現(xiàn)竄動和變形問題；

(2) 對過濾器出口管線進(jìn)行下移改造，使出口2道閥有1道由水平改為垂直方向，確保閥門可以關(guān)嚴(yán)，過濾器能夠正常切除檢修；

(3) 在過濾器出入口安裝壓力變送器，以便觀察過濾器堵塞情況；

(4) 對過濾器增加退油線，便于退油吹掃；

(5) 增加1組過濾器，且增加流通面積；

(6) 取消原過濾器濾芯內(nèi)襯的1 mm×1 mm的濾網(wǎng)，2個(gè)過濾器全部采用網(wǎng)眼直徑8 mm的濾芯。

2.2.2 污油回?zé)捀脑?/p>

以前裝置污油回?zé)挷捎米鼋固克崩溆头绞交責(zé)挘捎谖塾洼^重，不能完全汽化，一部分液相很容易附著在大油氣線上造成油氣線結(jié)焦。另外，在污油回?zé)挄r(shí)，有時(shí)含水等造成油氣線溫度大幅度波動，很容易造成油氣管線部分結(jié)焦的剝離脫落，脫落的焦塊進(jìn)入分餾塔后造成循環(huán)油系統(tǒng)堵塞問題。因此通過改造，將污油作為急冷油回?zé)捀臑樗腿朐舷到y(tǒng)進(jìn)行回?zé)?，減緩油氣線結(jié)焦和降低油氣線結(jié)焦脫落的幾率。

2.3 源頭治理

根據(jù)對循環(huán)油換熱器堵塞焦塊的分析，對可能產(chǎn)生類似質(zhì)地的氣相結(jié)焦部位進(jìn)行了徹底清理，從源頭上治理可能產(chǎn)生類似焦塊的部位。對大油氣管線和分餾塔底器壁及人字擋板上部的結(jié)焦進(jìn)行了徹底清理。

檢查發(fā)現(xiàn)大油氣線內(nèi)部結(jié)焦并不是均勻的(見圖2)，最厚部位有5 cm，薄的部位只有0.5 cm，焦炭塔頂至16 m平臺段大油氣管線結(jié)焦嚴(yán)重，16 m平臺至分餾塔結(jié)焦較輕，靠近分餾塔處結(jié)焦嚴(yán)重。分餾塔底器壁(主要是人字擋板周圍)和人字擋板上也有明顯的局部結(jié)焦現(xiàn)象(見圖3、圖4)，且大油線和分餾塔底器壁及人字擋板的結(jié)焦均有脫落的痕跡。2008年大檢修將16 m平臺瓦斯預(yù)熱閥、塔頂大油氣線彎頭和分餾塔抽出口閥拆下，將整個(gè)大油氣線分成兩段進(jìn)行清焦，大油氣線清焦采用的是燕山石化公司的水力清焦技術(shù)，清焦完畢后通過內(nèi)窺鏡對油氣線進(jìn)行檢查，確認(rèn)清焦效果較好，壁面沒有殘留焦炭(見圖5)，焦炭塔到分餾塔的油氣線壓降降低了0.03 MPa。檢修對分餾塔底器壁和人字擋板上的結(jié)焦也進(jìn)行了徹底清理。

圖2 大油氣線清焦前圖

圖3 人字擋板結(jié)焦圖片

圖4 分餾塔底器壁結(jié)焦圖片

圖5 大油氣線清焦后圖

3 結(jié) 論

通過采取以上3方面措施，自2008年6月開車至今，裝置已經(jīng)過2個(gè)生產(chǎn)周期，在每個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，循環(huán)油換熱器出入口壓差均無明顯變化，在裝置停車檢修過程中，將該換熱器拆開檢查同樣未發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，說明通過采取以上措施，泡沫層物質(zhì)及焦粉等向后部的攜帶量明顯減少，產(chǎn)生的焦塊也明顯減少。目前，除分餾塔底過濾器需要半年清理1次，在1個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，再不需要對循環(huán)油換熱器進(jìn)行切除清理，達(dá)到了預(yù)期目的，為裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)提供有力保障。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 瞿國華.延遲焦化工藝與工程[M].北京：中國石化出版社,2008:567-569.

[2] 張蔭榮.減少焦炭塔頂大油氣管線結(jié)焦的幾點(diǎn)措施[J].石油化工設(shè)計(jì),2008(1)：54-55.

[3] 丁世亮.延遲焦化大瓦斯線結(jié)焦分析及減緩措施[J].石油化工設(shè)備，2006，5(3):61-62.

[4] 徐成裕.焦化裝置焦炭塔技術(shù)問答[M].北京：中國石化出版社,2006:6.