46萬(wàn)t乙烯裝置裂解氣分析在線色譜儀DRS改造

何家輝 杜修成 楊志宏

(中國(guó)石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

46萬(wàn)t乙烯裝置裂解氣分析在線色譜儀DRS改造

何家輝 杜修成 楊志宏

(中國(guó)石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

對(duì)46萬(wàn)t乙烯裝置裂解爐裂解氣分析在線色譜儀動(dòng)態(tài)回流取樣系統(tǒng)進(jìn)行改造，解決乙烯裂解爐裂解氣在線色譜儀投用率低的問(wèn)題，保證裂解氣在線色譜儀測(cè)量穩(wěn)定準(zhǔn)確，指導(dǎo)工藝精確控制裂解深度、提高雙烯(乙烯、丙烯)收率。

在線色譜儀 動(dòng)態(tài)回流取樣系統(tǒng) 乙烯裝置 裂解氣

46萬(wàn)t乙烯裝置裂解爐是采用KBR和ExxonMobil共同開發(fā)的SC-1型管式裂解爐，共有5臺(tái)爐子，22個(gè)投油通道。裂解爐是石油烴在隔絕空氣和高溫條件下發(fā)生分解反應(yīng),生成小分子烯烴或烷烴的工藝設(shè)備。裂解爐中的一次反應(yīng)是原料烴經(jīng)高溫裂解生成雙烯(乙烯、丙烯)的反應(yīng)，二次反應(yīng)是乙烯、丙烯繼續(xù)反應(yīng)，生成炔烴、二烯烴和芳烴甚至最后生成焦和碳的反應(yīng)。裂解爐的一、二次反應(yīng)發(fā)生在較高溫度下，因此，裂解爐溫度的控制對(duì)提高雙烯收率很重要。

在乙烯生產(chǎn)過(guò)程中，將實(shí)時(shí)測(cè)定的裂解氣組分濃度數(shù)據(jù)上傳至先進(jìn)控制模型，優(yōu)化裂解條件以提高雙烯收率、延長(zhǎng)裂解爐管除焦周期、降低能耗、保證裝置滿負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行。因此，測(cè)定裂解爐組分濃度的3臺(tái)在線色譜儀(共22個(gè)流路)能否連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，在乙烯生產(chǎn)中至關(guān)重要。3臺(tái)在線色譜儀每個(gè)流路配置一套動(dòng)態(tài)回流取樣系統(tǒng)(Dynamic Reflux Sampler，DRS)，只有DRS運(yùn)行正常，在線色譜儀才能穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。但在蘭州石化46萬(wàn)t乙烯裝置裂解爐實(shí)際運(yùn)行中，3臺(tái)在線色譜儀的22套DRS只有7套正常投用，投用率僅31%。因此，筆者對(duì)在線色譜儀DRS進(jìn)行改造。

1.1 在線色譜儀配置與工作過(guò)程

46萬(wàn)t乙烯裝置裂解爐用3臺(tái)ABB VISTA 2000型氣相色譜儀分析裂解氣中的甲烷、乙烯、乙烷、丙烯和一氧化碳5種組分的濃度，位號(hào)為110AT001、114AT001、115AT001。其中110AT001有6個(gè)流路，分別檢測(cè)1#、2#、3#裂解爐裂解氣組分濃度，114AT001、115AT001各有8個(gè)流路，分別檢測(cè)4#、5#裂解爐裂解氣組分濃度。

經(jīng)DRS處理后的無(wú)油、無(wú)水干凈裂解氣被載氣帶入在線色譜儀后，色譜儀程序控制流路切換閥、大氣平衡閥和柱切閥，將混合的裂解氣帶入在線色譜儀預(yù)分離柱，分離柱分離出裂解氣中的各組分，并用檢測(cè)元件檢測(cè)出各組分的濃度值。

1.2DRS配置與工作過(guò)程

DRS是為在線氣體分析提供連續(xù)樣品的氣體調(diào)節(jié)裝置。DRS通過(guò)分餾來(lái)清潔兩相或三相的樣品，它具有一個(gè)內(nèi)徑1in(1in=2.54cm)的鎳合金直不銹鋼管的分餾柱，大內(nèi)徑可以避免堵塞。分餾柱沒有活動(dòng)部件，整個(gè)分餾柱被拉西格環(huán)(一種陶瓷散堆填料)填充。

過(guò)程壓力將樣品送入DRS，當(dāng)樣品進(jìn)入后，對(duì)樣品進(jìn)行清潔、降溫和干燥。3臺(tái)在線色譜儀每個(gè)流路配置一套ABB 2170型DRS。每套DRS由根部閥、清焦閥、過(guò)濾逆流段、冷卻脫水段、渦流制冷管和溫度控制器組成。由于工藝裂解過(guò)程中伴隨焦炭生成，DRS根部閥極易被焦炭堵塞，造成樣品氣中斷，在線色譜儀流路無(wú)法投用。為避免取樣器根部閥堵塞，DRS根部閥自動(dòng)清焦系統(tǒng)由程序控制，在工藝正常開車時(shí)，根部閥每2h自動(dòng)清焦一次。根部閥清焦時(shí)，清焦閥開，汽缸內(nèi)逐漸充入空氣，將清焦閥桿下推到根部閥，清除根部閥周圍的結(jié)焦。清焦后，清焦閥關(guān)，汽缸中的空氣逐漸放空，清焦閥桿退回到原來(lái)的位置。根部閥打開后，裂解氣體從根部閥進(jìn)入到DRS過(guò)濾逆流段，通過(guò)其中的拉西格環(huán)過(guò)濾雜質(zhì)，自然冷卻，重組分凝結(jié)回流，較輕組分繼續(xù)上行到冷卻脫水段。冷卻脫水段內(nèi)是列管式換熱器，列管內(nèi)較輕組分被渦流制冷管產(chǎn)生的低溫冷氣逐漸冷卻，凝結(jié)在列管內(nèi)部，液體靠自重力下流到逆流段，帶著逆流段的雜質(zhì)回流到工藝管道中。冷卻脫水后的氣體進(jìn)入渦流制冷管，冷卻到設(shè)定溫度(3～10℃之間)。溫度控制器通過(guò)測(cè)量渦流制冷器樣品出口溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，控制渦流制冷管熱氣排放量和樣品出口閥的開關(guān)。

2 在線DRS的投用情況與運(yùn)行中存在的問(wèn)題

蘭州石化46萬(wàn)t乙烯裝置裂解爐的3臺(tái)在線色譜儀22套DRS中只有7套能連續(xù)不間斷地投用，投用率僅為31%，DRS不能投用數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 DRS不能投用數(shù)量及原因統(tǒng)計(jì)

如果DRS運(yùn)行不穩(wěn)定，將會(huì)導(dǎo)致裂解氣體處理不干凈(帶油、帶水、帶小顆粒焦炭)，進(jìn)而使在線色譜儀色譜柱分離能力變差、儀表出峰時(shí)間拖后及儀表基線不穩(wěn)定等現(xiàn)象，影響在線色譜儀對(duì)裂解氣組分濃度的準(zhǔn)確分析。所以DRS的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于在線色譜儀至關(guān)重要。由表1可以看出46萬(wàn)t乙烯裝置DRS主要存在5類問(wèn)題：

a. 由于DRS自動(dòng)清焦程序不完善，易造成閥桿變形、卡死，原設(shè)計(jì)DRS根部閥清焦程序是在裂解爐投爐時(shí)，根部閥每2h自動(dòng)清焦一次，裂解爐清焦時(shí)，根部閥關(guān)閉，根部閥不清焦，在維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，每次裂解爐清焦后，DRS根部閥堆積大量焦炭，裂解氣無(wú)法通過(guò)，手動(dòng)執(zhí)行根部閥清焦時(shí)，清焦閥桿下行阻塞、清焦困難，導(dǎo)致清焦閥桿變形，從而使清焦閥桿清焦后不能正常退回，卡在根部閥口；

b. 清焦汽缸限位開關(guān)位置移動(dòng)，清焦閥桿對(duì)根部閥清焦后，無(wú)退到位回訊信號(hào)送入ESD，導(dǎo)致根部閥在裂解爐清焦時(shí)無(wú)法關(guān)閉，污染DRS，使樣品帶大量雜質(zhì)；

c. 溫控系統(tǒng)故障或因參數(shù)設(shè)定不正確，無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度控制在正常范圍，使樣品帶大量雜質(zhì)；

d. 過(guò)濾逆流段堵塞；

e. 樣品輸送管線堵塞。

3 改造方案

筆者針對(duì)DRS在運(yùn)行中存在的問(wèn)題進(jìn)行改造：

a. 增加裂解爐清焦時(shí)DRS根部閥定時(shí)清焦的程序，裂解爐清焦開始后每4h ESD給PLC送一個(gè)根部閥開的信號(hào)(閥開信號(hào)持續(xù)3min)，PLC接到該信號(hào)后控制清焦汽缸進(jìn)行清焦，清焦閥桿完成清焦后，清焦閥桿退到位信號(hào)返回到ESD，根部閥關(guān)閉，為保證對(duì)DRS根部閥清焦閥桿與根部閥動(dòng)作更加順暢，更改PLC程序，當(dāng)PLC接到根部閥開的信號(hào)5s后，清焦汽缸電磁閥帶電，閥桿執(zhí)行清焦動(dòng)作，閥桿在170s時(shí)開始退出根部閥，閥桿退到位信號(hào)返回到ESD，根部閥關(guān)閉，恢復(fù)變形閥桿，將卡死的閥桿抽出，定期清潔、潤(rùn)滑清焦氣缸閥桿；

b. 重新調(diào)整限位開關(guān)位置，確保閥桿退到位回訊及時(shí)送回ESD，根部閥及時(shí)關(guān)閉；

c. 重新檢查溫控系統(tǒng)、調(diào)整參數(shù)，更換故障電子控溫器組件，重新設(shè)定溫控范圍(3～10℃)，制冷空氣壓力穩(wěn)定在0.6MPa，調(diào)整樣品輸出流量大約為2～5L/min(樣氣輸出流量大會(huì)造成制冷效果差)，清理氣液分離罐，保證取樣器出口樣氣無(wú)油、無(wú)水，溫度在3～10℃之內(nèi)；

d. 打開過(guò)濾逆流段清理堵塞；

e. 高壓蒸汽清理樣品輸送管線。

4 改造后運(yùn)行情況

自完成改造后，自動(dòng)清焦程序得以完善，實(shí)現(xiàn)了DRS根部閥的全程自動(dòng)清焦功能，溫控系統(tǒng)也達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。改造后3臺(tái)色譜儀的22套DRS全部投用，為色譜提供干凈無(wú)油的樣氣，投用率達(dá)100%。保證裂解爐色譜儀全部正常運(yùn)行，確保生產(chǎn)裝置在正確數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下不斷調(diào)整、優(yōu)化操作，精確控制乙烯裂解爐的裂解溫度，雙烯收率由47.020%提高到47.289%，裂解氣色譜分析系統(tǒng)能準(zhǔn)確可靠分析。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)完善DRS根部閥自動(dòng)清焦程序，實(shí)現(xiàn)了DRS根部閥的全程自動(dòng)清焦功能，通過(guò)采取對(duì)DRS溫控系統(tǒng)參數(shù)重新調(diào)整、更換故障元器件及調(diào)整制冷空氣壓力等一系列手段，將出口樣氣溫度控制在3～10℃之內(nèi)，保證了在線色譜儀的穩(wěn)定運(yùn)行，為工藝生產(chǎn)提供了可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，使裂解深度進(jìn)一步優(yōu)化，降低了能耗、提高了雙烯收率。

TH833

B

1000-3932(2016)06-0649-03

2016-04-26(修改稿)