Zorb裝置E101結(jié)焦現(xiàn)狀與改進(jìn)措施

莊偉國(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

某石化公司煉油項(xiàng)目2.4 Mt/a催化汽油脫硫裝置，是我國現(xiàn)階段規(guī)模最大的生產(chǎn)裝置，主要采用中石化的S Zorb吸附脫硫工藝，并且在2017年9月正式投產(chǎn)。隨著時(shí)間的推移，該裝置的反應(yīng)進(jìn)料換熱器E101運(yùn)行狀況出現(xiàn)異常，結(jié)焦情況越來越嚴(yán)重，尤其是在較低的生產(chǎn)負(fù)荷下，會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的偏流現(xiàn)象[1]。

1 E101運(yùn)行問題

1.1 E101的流程描述

E101主要用于反應(yīng)產(chǎn)物和混氫原料油進(jìn)行換熱，充分利用反應(yīng)生成油的熱量預(yù)熱原料，達(dá)到降低反應(yīng)進(jìn)料加熱爐負(fù)荷的目的。兩列并聯(lián)運(yùn)行，A列共有5臺(tái)換熱器A～E串聯(lián)，B列共有5臺(tái)換熱器F～J串聯(lián)，均采用U型管換熱器，混氫原料油走管程，吸附產(chǎn)物走殼程。其中一列結(jié)焦嚴(yán)重，裝置需要降至60%負(fù)荷，可以將其切除，在線吹掃、清洗，另一列單列運(yùn)行。E101設(shè)計(jì)性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 E101設(shè)計(jì)性能參數(shù)

1.2 E-101管程結(jié)焦情況越發(fā)嚴(yán)重

隨著裝置的運(yùn)行，E-101結(jié)焦趨勢越發(fā)嚴(yán)重，截至2020年3月，原料的換熱終溫較開工時(shí)下降了8～10 ℃,相同反應(yīng)進(jìn)料量下，E101管程壓差增加60～70 kPa，特別是2020年3月，在月初月末處理量相差不大的情況下，E101壓差上漲10 kPa，上漲速度明顯加快。管程、殼程分別用A列出口溫度減B列出口溫度，進(jìn)行作圖，如圖1、圖2所示。熱端溫差、管程出口溫差、殼程出口溫差均呈現(xiàn)增加趨勢。換熱效果變差造成加熱爐負(fù)荷增大、能耗增大，同時(shí)也限制了處理量的提高；E101管程壓差增大造成壓縮機(jī)負(fù)荷增大，氣缸排氣溫度升高，對裝置的長周期運(yùn)行不利[2]。

根據(jù)管程出口溫差、殼程出口溫差，可以判斷E101A列管程結(jié)焦情況比較嚴(yán)重。根據(jù)表1相關(guān)數(shù)據(jù)可知，E101殼程介質(zhì)壓力較低，設(shè)計(jì)的計(jì)算壓降比管程大，線速較管程低，在殼程副線有開度的情況下，線速更低，因此殼程更容易偏流。因此E101管程結(jié)焦、殼程偏流這兩方面原因?qū)е職こ坛隹跍夭畋裙艹坛隹跍夭畲蟮亩唷?/p>

2 換熱終溫偏低原因分析與處理方法

2.1 換熱器換熱溫度異常原因分析

換熱器換熱終溫偏低的主要原因是傳熱速率下降，主要有四個(gè)方面的原因：

(1)熱源側(cè)介質(zhì)流量不足，導(dǎo)致熱源側(cè)溫差大，壓降??；

(2)冷源側(cè)溫度低，并且冷、熱末端溫度低；

(3)并聯(lián)運(yùn)行的多臺(tái)換熱器管程或者殼程流量分配不均；

(4)換熱器管程內(nèi)部嚴(yán)重結(jié)垢，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降[3]。

2.2 強(qiáng)化換熱器中傳熱過程的方法

現(xiàn)階段技術(shù)人員重視對設(shè)備異常的原因分析，并且針對這些造成換熱器溫度異常的因素，制定了四點(diǎn)有效的處理方式：

(1)對于管程出口溫度偏低的一列換熱器，技術(shù)人員選擇增加熱源的流量，降低冷源的流量，有效實(shí)現(xiàn)熱量平衡，這種處理方法的可操作性較高。在換熱器設(shè)計(jì)制造階段，需要加大傳熱面積，避免在生產(chǎn)階段出現(xiàn)溫度異常等不良現(xiàn)象；

(2)原料盡量采用熱進(jìn)料，提高其進(jìn)料溫度，提高換熱器換熱終溫，降低加熱爐負(fù)荷；

(3)現(xiàn)階段技術(shù)人員應(yīng)該重視對兩列換熱器管程、殼程流量的控制，確保并聯(lián)的不同設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，有效降低換熱器的流量異?，F(xiàn)象；

(4)針對設(shè)備使用階段出現(xiàn)的內(nèi)部結(jié)垢現(xiàn)象，拆開換熱器，有效清理表面結(jié)垢，消除該設(shè)備使用階段存在的異常，便于熱量能夠有效傳遞，延長設(shè)備的使用壽命[4]。

2.3 具體案例

2020年3月，技術(shù)人員多次調(diào)整E101出入口閥門開度，從而減小兩列并聯(lián)換熱器的偏流傾向。技術(shù)人員在3月26日，將E101A列殼程入口關(guān)至一半開度零2扣，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備管程出口溫差由25 ℃降至1 ℃，殼程出口溫差由26 ℃降至13 ℃，整體效果顯著，并且技術(shù)人員在裝置進(jìn)一步降低負(fù)荷至250 t/h后，發(fā)現(xiàn)偏流又明顯加重，進(jìn)一步通過關(guān)小E101A列殼程入口進(jìn)行調(diào)整。原料溫度升高以后，手動(dòng)減小E101殼程跨線閥開度，也有利于減輕E101殼程的偏流傾向。

圖1 2020年3月E101溫差變化情況

2020年11月裝置反應(yīng)進(jìn)料量平均210.71 t/h。E101兩列管程出口溫差比較穩(wěn)定。11月5日以后，管程溫差有下降趨勢，主要原因是1#催化原料從裝置徹底切除，混合原料烯烴含量降低，有利于減緩E101結(jié)焦，降低溫差。

圖2 2020年11月E101溫差變化情況

3 減緩E101結(jié)焦的技術(shù)措施

3.1 加強(qiáng)原料管理

一般認(rèn)為，原料越重，終餾點(diǎn)越高，膠質(zhì)含量越高，越容易導(dǎo)致?lián)Q熱器管程結(jié)焦。有效降低原料的終餾點(diǎn)，從而降低當(dāng)前設(shè)備使用階段出現(xiàn)結(jié)焦的可能性。在含硫汽油脫硫生產(chǎn)中，由于催化汽油原料中含有的烯烴含量較多，通過降低原料中的烯烴含量，優(yōu)化現(xiàn)階段原料，減少設(shè)備使用階段出現(xiàn)的結(jié)焦現(xiàn)象。S Zorb工藝對于原料的要求較高，技術(shù)人員應(yīng)該重視對原料的優(yōu)化，從而降低設(shè)備使用階段出現(xiàn)的結(jié)焦現(xiàn)象。

催化汽油在中間罐區(qū)長期儲(chǔ)存，容易出現(xiàn)部分原料氧化生成膠質(zhì)，嚴(yán)重影響原料的質(zhì)量，不利于脫硫工序正常進(jìn)行，還會(huì)出現(xiàn)一定的結(jié)焦現(xiàn)象?，F(xiàn)階段技術(shù)人員在日常工作中，應(yīng)該關(guān)注原料的變質(zhì)現(xiàn)象，做好對于罐區(qū)原料的氮封工作。如果中間罐區(qū)不使用氮封，將會(huì)造成原料中的二烯烴氧化生成膠質(zhì)等雜質(zhì)，在E101管程側(cè)發(fā)生結(jié)焦，整體設(shè)備的換熱效果大幅度降低，影響設(shè)備的正常使用。因此，技術(shù)人員重視對中間罐區(qū)原料儲(chǔ)存的管理，確保符合當(dāng)前煉油生產(chǎn)的需求。

在日常生產(chǎn)階段，技術(shù)人員還應(yīng)該重視對中間罐區(qū)原料油的控制，盡可能采取小流量摻煉中間罐區(qū)原料油，確保整體流量≤20 t/h。通過對流量的控制，能夠顯著降低摻煉罐區(qū)原料油對裝置的影響，有效脫去原料中的硫元素。

3.2 操作調(diào)整

在當(dāng)前設(shè)備使用階段，技術(shù)人員還應(yīng)該關(guān)小B列管程的入口手閥，還關(guān)小A列的殼程入口，將兩列換熱器管程出口的溫差控制在20 ℃范圍內(nèi)，避免其中的一列溫度嚴(yán)重偏高，導(dǎo)致管程結(jié)焦進(jìn)一步加劇，出現(xiàn)大量結(jié)焦現(xiàn)象，嚴(yán)重影響當(dāng)前生產(chǎn)效率的提升。前者提高了換熱器管程差壓、相同線速度下需要提高反應(yīng)器頂壓力、提高了反應(yīng)進(jìn)料泵及氫氣壓縮機(jī)出口壓力；后者可以降低管程差壓，降低氫氣壓縮機(jī)及反應(yīng)進(jìn)料泵出口壓力、降低能耗；總之、都會(huì)影響到反應(yīng)氫系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)靈敏度，提高了系統(tǒng)壓力，易產(chǎn)生泄漏。

裝置低負(fù)荷下運(yùn)行，管殼程介質(zhì)線速較低，E101結(jié)焦速度加快趨勢明顯。技術(shù)人員結(jié)合生產(chǎn)工藝，盡量保持較高的反應(yīng)進(jìn)料量，適當(dāng)提高循環(huán)氫的流量，以提高流速，強(qiáng)化換熱，減緩結(jié)焦。技術(shù)人員在操作中，一是通過精制汽油產(chǎn)品少量打循環(huán)、適當(dāng)提高E-101負(fù)荷，以達(dá)到提高E-101線速的目的；二是通過在目前低負(fù)荷下，適當(dāng)提高氫油比，達(dá)到減緩結(jié)焦的目的。但這兩種措施均會(huì)增加裝置能耗，增大精制汽油產(chǎn)品的辛烷值損失。

3.3 加注阻垢劑和清焦處理

借鑒加氫工藝過程，從反應(yīng)進(jìn)料泵入口處注入一定量的阻垢劑，能夠減緩換熱器使用階段出現(xiàn)的結(jié)焦現(xiàn)象，延長設(shè)備的使用壽命。技術(shù)人員還應(yīng)該重視對E101關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控，利用大數(shù)據(jù)等信息手段，建立有效工作臺(tái)賬，定期對于E101運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查，結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，對于E101設(shè)備內(nèi)部結(jié)焦進(jìn)行清理，便于換熱器能夠恢復(fù)正常使用，有效降低設(shè)備使用階段出現(xiàn)的異常。目前E101進(jìn)一步結(jié)焦趨勢不明顯，未注阻垢劑和進(jìn)行清焦處理。

4 結(jié)語

目前技術(shù)人員對于E101運(yùn)行條件進(jìn)行有效改進(jìn)，在接下來生產(chǎn)階段，發(fā)現(xiàn)E101運(yùn)行正常，進(jìn)一步結(jié)焦趨勢不明顯，避免了裝置大幅度降量，E101單列切除清洗，減少了設(shè)備維修費(fèi)用，有利于裝置長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。