裂解氣急冷水塔運(yùn)行過(guò)程異常工況分析預(yù)防

賀宏偉 劉蓉蓉 師亞麗

(陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司輕油加工中心)

裂解氣急冷水塔運(yùn)行過(guò)程異常工況分析預(yù)防

賀宏偉*劉蓉蓉 師亞麗

(陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司輕油加工中心)

急冷水塔運(yùn)行時(shí)塔頂溫度偏高、汽油組分帶水等異常工況制約其正常運(yùn)行，分析原因并根據(jù)結(jié)果對(duì)急冷系統(tǒng)進(jìn)行操作調(diào)整預(yù)防，確保急冷水塔穩(wěn)定運(yùn)行。

急冷水塔 塔頂溫度 汽油組分 帶水分析 預(yù)防調(diào)整

輕油裂解(ACO)工藝裝置急冷水塔一般選用的是填料塔，通過(guò)裂解氣和水在塔內(nèi)逆流接觸，起到降低裂解油氣溫度和洗滌裂解油氣中攜帶的雜物的作用，從而實(shí)現(xiàn)裂解油氣組分的分離。急冷水塔在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)塔頂溫偏高、汽油帶水等異常工況，這些異常工況導(dǎo)致急冷系統(tǒng)工藝操作波動(dòng)大，運(yùn)行穩(wěn)定性差，嚴(yán)重制約著急冷水塔滿負(fù)荷、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。某公司年產(chǎn)100萬(wàn)噸的乙烯裝置急冷水塔在運(yùn)行過(guò)程中一直被異常工況所困擾。為了避免日后ACO工藝裂解氣急冷水塔出現(xiàn)類似工況，筆者對(duì)裝置在運(yùn)行中出現(xiàn)的異常工況(塔頂溫度偏高、汽油帶水現(xiàn)象)進(jìn)行分析，找到引起這些異常工況的原因并進(jìn)行處理。

1 急冷水塔塔頂溫度偏高

1.1異常工況出現(xiàn)

急冷水塔塔頂設(shè)計(jì)溫度為38±6℃、塔釜溫度為80±5℃，在滿負(fù)荷時(shí)急冷水塔頂部回流溫度為38℃，回流量為1 100t/h，中部回流溫度為57℃，回流量為1 200t/h，在接近85%負(fù)荷時(shí)，急冷水塔頂部回流溫度為31℃，回流量為900t/h，中部回流溫度為55℃，回流量為1 400t/h，基本能維持急冷水塔塔頂溫度為38℃、塔釜溫度為80℃。隨著負(fù)荷的增加，在超過(guò)85%負(fù)荷時(shí)，急冷水塔塔頂溫度隨著負(fù)荷增加開始不斷升高，且塔頂溫度波動(dòng)加劇，操作調(diào)整頻繁、難度大、汽油開始帶水，最后導(dǎo)致急冷水塔停運(yùn)。

隨著塔頂溫度稍微下降，急冷水塔塔釜溫度快速下降。在92%負(fù)荷時(shí)，調(diào)整前塔頂溫度在42～48℃之間波動(dòng)，塔釜溫度為80℃，塔頂部回流溫度為31℃，中部回流溫度為55℃(急冷水中部回流冷卻器旁路已經(jīng)全開)，中部回流量為1 800t/h時(shí)，將裂解氣急冷水塔回流溫度、回流量向設(shè)計(jì)值靠近，將塔頂部回流溫度調(diào)整至33℃，回流量為980t/h，中部回流溫度為57℃(急冷水中部回流冷卻器旁路已經(jīng)全開，并關(guān)小急冷水中部回流冷卻器循環(huán)水量)，不斷增加回流量，至1 900t/h時(shí)，急冷水塔塔頂溫度在41～46℃之間波動(dòng)、塔釜溫度已經(jīng)下降至78℃，此時(shí)急冷水溫度過(guò)低無(wú)法保證丙烯精餾塔正常操作，引起丙烯產(chǎn)品不合格。為了確保丙烯產(chǎn)品合格，不把中部回流調(diào)整至設(shè)計(jì)值。

1.2原因分析

在急冷水塔頂部回流量較小時(shí)，頂部回流溫度變化對(duì)塔頂溫度影響較小，此時(shí)，當(dāng)中部回流增加至一定量時(shí)，中部回流的增加對(duì)急冷水塔塔頂溫度的影響較小，但對(duì)塔釜溫度的影響較大；頂部回流量對(duì)急冷水塔塔頂、塔釜溫度的影響都特別明顯；在整個(gè)調(diào)整過(guò)程中發(fā)現(xiàn)急冷水塔塔頂溫度一直波動(dòng)很大。

對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)裂解氣急冷水塔塔頂部和塔中部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是等徑塔，填料床層厚度相同，在設(shè)計(jì)溫度下，設(shè)計(jì)中部回流量和頂部回流量比為2∶1，如果頂部回流急冷水噴淋密度不夠，就無(wú)法使裂解氣全部冷卻，從而使裂解油氣溫度變得很不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致急冷水塔塔頂溫度偏高，而且溫度波動(dòng)較大。通過(guò)增加頂部回流，增加急冷水噴淋密度，使裂解氣得到一定的冷卻，急冷水塔塔頂溫度得到一定的冷卻降溫控制，同時(shí)也使整個(gè)急冷水回流量增加，使與急冷水交換熱量的循環(huán)冷卻水帶走過(guò)多的熱量，直接導(dǎo)致塔釜溫度快速下降至一個(gè)過(guò)低的溫度。這就是引起急冷水塔塔頂溫度偏高、塔釜溫度偏低的主要原因。

1.3預(yù)防調(diào)整措施

在無(wú)法改變急冷水塔填料厚度的情況下，只有通過(guò)增加急冷水塔頂部回流量來(lái)調(diào)整急冷水的噴淋密度，但在增加頂部回流量的同時(shí)還必須控制好循環(huán)冷卻水帶走的熱量。在上述條件限制下，只要控制好塔頂部和中部急冷水回流量，調(diào)整急冷水兩股進(jìn)料回流配比，從而使頂部回流急冷水噴淋密度增加、中部急冷水噴淋密度減小，就能調(diào)整急冷水塔塔頂和塔釜的溫度。

在92%負(fù)荷時(shí)，維持回流溫度不變，將頂部回流量由900t/h增加至1 200t/h，同時(shí)將中部回流量由1 750t/h降低至1 550t/h，經(jīng)過(guò)調(diào)整后，急冷水塔塔頂溫度下降至39～41℃之間，波動(dòng)頻率減少，塔釜溫度基本維持至80℃以上，使急冷水塔塔頂溫度偏高、塔釜溫度偏低的異常工況得到緩解。

2 汽油帶水

2.1問(wèn)題出現(xiàn)

在汽油液位正常、急冷油水界位正常時(shí)，裂解氣急冷油塔塔頂溫度驟降，當(dāng)塔頂溫度由103℃迅速下降至98℃時(shí)，在汽油回流低點(diǎn)倒淋采樣可發(fā)現(xiàn)汽油中含30%以上的水。分析判斷認(rèn)為油水界位不準(zhǔn)，導(dǎo)致汽油外采量過(guò)大、整個(gè)急冷水系統(tǒng)汽油量偏低，汽油中含水量偏高，水隨著汽油進(jìn)入汽油槽，在汽油槽中靜止后引起相對(duì)的分層，從而使汽油帶水。

經(jīng)過(guò)上述判斷后，為減少汽油外采量，在減少急冷水塔汽油外采量的同時(shí)通過(guò)汽油回流泵入口引入開工汽油，并打開汽油槽火炬排放線對(duì)汽油進(jìn)行置換。在置換過(guò)程中，通過(guò)急冷油塔塔頂溫度低于99℃后全關(guān)汽油回流來(lái)防止塔頂溫度偏低，使盤油帶水、急冷油塔塔頂溫度高于107℃后恢復(fù)汽油回流防止重組分進(jìn)入急冷水塔，避免急冷油塔和急冷水塔運(yùn)行情況的進(jìn)一步惡化。

2.2原因分析

經(jīng)過(guò)分析操作調(diào)整過(guò)程，發(fā)現(xiàn)汽油、水液位下降至85%后，汽油開始恢復(fù)正常，分析急冷水塔的結(jié)構(gòu)圖發(fā)現(xiàn)汽油槽頂布有一個(gè)排氣管，排氣管最高點(diǎn)在水液位85%處，當(dāng)水超過(guò)85%液位時(shí)，油水混合物就會(huì)從排氣管排氣口進(jìn)入汽油槽，導(dǎo)致汽油帶水。

現(xiàn)場(chǎng)水界位、汽油液位指示和中控室汽油液位指示不準(zhǔn)，顯示油水界位(假界位和液位)仍維持在正常范圍內(nèi)，但系統(tǒng)內(nèi)汽油、水量都已過(guò)量，汽油槽已經(jīng)滿液位，汽油、水量過(guò)大使水液位不斷上升，在水位高于85%時(shí)，水液位高于汽油槽頂上排氣管，油水混合物就從排氣管入口進(jìn)入汽油槽，使汽油帶水，隨著水位的增加，通過(guò)排氣管進(jìn)入汽油槽的量就越多，汽油帶水就越嚴(yán)重，這說(shuō)明早期發(fā)現(xiàn)汽油帶水后，馬上就減少了汽油外采，同時(shí)引入汽油，在水外采量沒(méi)有很大改變時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的汽油越來(lái)越多，水位也不斷上升，直接導(dǎo)致進(jìn)入汽油槽的水越來(lái)越多，加上汽油外采量減少，汽油槽內(nèi)相對(duì)波動(dòng)較小，使水慢慢分層，汽油槽底部水含量越來(lái)越高，采出汽油水含量也越來(lái)越高。在重新校對(duì)水液位時(shí)，發(fā)現(xiàn)水液位已經(jīng)全滿，加大水外采量和油外采量使水位下降至85%后，終止水通過(guò)汽油槽頂上排氣管進(jìn)入汽油槽，隨著汽油槽內(nèi)水置換完、汽油中水含量下降至正常指標(biāo)后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

2.3預(yù)防調(diào)整措施

引起油液位、油水界位和水液位波動(dòng)的幾種情況：

a. 圖1中A1線、C1線最低位置是正常情況，汽油采出可以根據(jù)汽油外送調(diào)節(jié)閥開度來(lái)調(diào)整汽油外送流量，而汽油進(jìn)入汽油槽的速度取決于水液位，汽油進(jìn)入汽油槽的前提是水液位必須高于汽油槽入口低點(diǎn)，在油水界位不高于100%時(shí)，隨著水高度的增加，汽油進(jìn)入汽油槽的速度不斷增加，在汽油進(jìn)入汽油槽的速度和采出汽油速度相等時(shí)，油液位就維持穩(wěn)定；如果汽油的采出速度小于進(jìn)入汽油槽的速度，汽油液位不斷升高直至將整個(gè)汽油槽充滿，出現(xiàn)圖1中A1線、C1線處于中間位置，即異常工況；如果水的補(bǔ)入和采出量維持平衡，在汽油槽充滿后，油水中油越來(lái)越多，使水位不斷升高，最終升高至圖1中A1線的最高位置時(shí)，油水混合物就從排氣管入口進(jìn)入汽油槽，使汽油帶水。

b. 油水液位維持在0%～100%之間、水的補(bǔ)入和采出量維持平衡時(shí)，如果汽油外采量大于汽油補(bǔ)入量，汽油液位不斷變低，最終將使汽油液位低于安全液位以下，但是油水界位、水的液位基本維持正常。

c. 如果水外采量低于油水分離后水的補(bǔ)充量，將使水液位不斷增加同時(shí)油水界位也不斷升高，汽油進(jìn)入汽油槽的速度不斷增加，如果維持汽油正常采出，汽油液位不斷變高直至將汽油槽充滿，如果增加汽油采出量，維持汽油液位，最終油水分離后補(bǔ)入的汽油不足以維持汽油采出，將使水通過(guò)汽油槽入口進(jìn)入汽油槽。水外采量低于油水分離后水的補(bǔ)充量時(shí)，不管汽油采出多、平衡或少，油水界位都是不斷上升至油水界位大于100%，最終水進(jìn)入油槽。

d. 如果水外采量高于油水分離后水的補(bǔ)充量，油水界位不斷下降，水位也不斷下降，汽油進(jìn)入汽油槽的速度不斷下降，不管汽油采出多、平衡或少，最終水位和油水界位都將下降至0%，導(dǎo)致汽油最高點(diǎn)也無(wú)法達(dá)到汽油槽入口最低點(diǎn)，最后汽油無(wú)法進(jìn)入汽油槽，汽油液位最終降至0%。

圖1 油液位、油水界位和水液位的波動(dòng)示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

從急冷塔異常工況分析中可知，只有對(duì)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題不斷深入地分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，才能有效解決生產(chǎn)中存在的問(wèn)題。從對(duì)急冷水塔幾次的處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)新工藝流程、新設(shè)備的理解還存在很多不足，需要在今后的工作和學(xué)習(xí)中不斷提高。

*賀宏偉，男，1968年10月生，工程師，副經(jīng)理。陜西省延安市，727500。

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