干氣脫硫塔沖塔原因分析與調(diào)整措施

郭良

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

干氣脫硫塔沖塔原因分析與調(diào)整措施

郭良

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

中國石化洛陽分公司氣柜干氣脫硫塔在兩個月內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)多次沖塔現(xiàn)象，針對導(dǎo)致沖塔的原因進行了五個方面分析，最終確定導(dǎo)致沖塔的原因是進料氣體中C5組分含量過高和液相負荷偏大。采取了四項調(diào)整措施:上游裝置避免短時間大量向火炬系統(tǒng)中排放氣體、調(diào)整貧液入塔流量、清洗進料氣體—循環(huán)水換熱器、降低脫硫塔操作壓力。調(diào)整后，脫硫塔運行至今，未再出現(xiàn)沖塔現(xiàn)象。

干氣;脫硫塔;沖塔

0 前言

催化裂化裝置在生產(chǎn)運行過程中，原料油中含有的硫有44%～53%以H2S的形式進入干氣和液化氣中，若不予以脫除，含H2S的干氣將會造成下游加熱爐的露點腐蝕，燃燒后排放的廢氣會危害人體健康、污染環(huán)境，通常控制脫后干氣中的硫含量在20 mg/m3以下［1］。

中國石化洛陽分公司催化裂化單元目前運行有兩套氣體脫硫裝置，1#脫硫裝置主要用來凈化催化裂化自產(chǎn)液化氣和自產(chǎn)干氣，2#脫硫裝置用來凈化催化重整液化氣和氣柜干氣，其中氣柜干氣主要來自全廠的低壓火炬系統(tǒng)。

1 干氣脫硫工藝流程

低壓火炬系統(tǒng)氣體進入氣柜回收后，再經(jīng)螺桿壓縮機增壓進入2#氣體脫硫裝置，經(jīng)干氣—循環(huán)水換熱器E3303、干氣分液罐V3301分液后，進入干氣脫硫塔T3302，與濃度30%左右的N-甲基二乙醇胺溶液逆向接觸，干氣中的H2O和CO2被溶劑吸收，塔頂凈化后的干氣經(jīng)V3302分液后進入高壓燃料氣管網(wǎng)，供全廠加熱爐使用。

溶劑自集中再生裝置再生后，經(jīng)空冷器E3302冷卻至40℃進入T3302，塔底富液經(jīng)換熱升溫進入富液閃蒸罐V3303閃蒸出大部分的溶解烴后，經(jīng)泵P3306送往溶劑集中再生裝置，閃蒸罐頂?shù)妮p烴返回氣壓機入口。具體流程如圖1所示。

圖1 干氣脫硫工藝流程圖

2 沖塔過程及現(xiàn)象

自2016年2月份以來，T3302發(fā)生過多次沖塔現(xiàn)象，時間分別為:2月28日16:04—17:05、3月2日11:43—23:32、3月3日14:13—15:22、3月18日12:15—20:09、3月27日11:55—16:04、3月28日12:09—20:38、3月31日12:23—18:06。可以看出，沖塔時間短至1h，長則達到連續(xù)12h。沖塔導(dǎo)致干氣分液罐V3302液位快速上漲，一旦液位沒過脫后干氣入口，不僅會導(dǎo)致脫后干氣帶液量增加，也會使T3302壓力持續(xù)升高，引起安全閥起跳等生產(chǎn)波動。

現(xiàn)以2016年3月27日的沖塔過程為例，沖塔期間，干氣分液罐V3302液位快速上漲，30 min內(nèi)液位由0上漲至76%，脫硫塔壓力由0.59 MPa持續(xù)增加至0.615 MPa，沖塔期間，干氣流量未發(fā)生大的波動，沖塔結(jié)束后，干氣流量由6 550 m3/h快速下降至5 600 m3/h，T3302壓降也由正常的0.5 kPa增加至10 kPa，其他參數(shù)變化不大。

3 原因分析

引起板式塔沖塔的原因通常有:氣液相負荷過大、溶劑發(fā)泡、儀表失靈、反應(yīng)波動、塔板脫落等［2］。現(xiàn)針對可能引起沖塔的原因進行分析。

3.1 儀表故障

干氣脫硫塔塔頂壓控閥、貧液進塔流量調(diào)節(jié)閥突開都會使氣、液相負荷快速增加，造成脫硫塔沖塔，在沖塔期間，分別將脫硫塔塔頂壓控閥、貧液進塔流量調(diào)節(jié)閥手動控制，但并不能消除沖塔現(xiàn)象，同時聯(lián)系儀表工去現(xiàn)場檢查調(diào)節(jié)閥運行狀況，干氣分液罐V3302液位顯示均未見異常。因此排除了儀表方面的原因。

3.2 溶劑發(fā)泡

干氣脫硫采用的溶劑為N-甲基二乙醇胺，當(dāng)其中混入設(shè)備殘留的潤滑脂、氣體攜帶的烴類凝液、硫化氫腐蝕設(shè)備所產(chǎn)生的硫化鐵(作為泡沫穩(wěn)定劑)等都極易出現(xiàn)“發(fā)泡”現(xiàn)象［3］。溶劑發(fā)泡后，塔板上的泡沫層厚度增加，脫硫塔壓降增大，溶劑吸收效果變差，溶劑損失增加。對沖塔期間的溶劑采樣后化驗分析，溶劑中熱穩(wěn)定鹽等雜質(zhì)含量均在正常范圍內(nèi)，未見溶劑有發(fā)泡傾向，N-甲基二乙醇胺濃度也在適宜的范圍內(nèi)，同時其余三套脫硫裝置在T3302沖塔期間均運行正常。因此也排除溶劑系統(tǒng)存在問題的可能。

3.3 塔板脫落

脫硫塔塔板腐蝕脫落位置不當(dāng)時，可能會堵塞氣體上升通道，導(dǎo)致塔內(nèi)壓力升高，壓力升高到一定程度后便會發(fā)生沖塔現(xiàn)象。塔板脫落也會導(dǎo)致脫硫塔發(fā)生沖塔現(xiàn)象，但T3302在少部分沖塔時間段外均能正常運行，排除了塔板脫落導(dǎo)致沖塔的可能。

3.4 氣相負荷分析

T3302設(shè)計的干氣流量為8 000 Nm3/h，實際生產(chǎn)中干氣平均流量在6 500 Nm3/h，最大加工量達到8 500 Nm3/h時也可正常運行，7次沖塔期間干氣流量均在6 000～6 600 Nm3/h，因此排除了干氣流量過大，加工量持續(xù)超負荷引起的沖塔。由于T3302進料干氣回收自全廠低壓火炬系統(tǒng)，帶有較大量的C3及以上組分，其3月份平均組成數(shù)據(jù)見表1。

表1 干氣組成數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)可以看出，干氣中C3及以上成分平均含量達到20.6%。3月18日，對T3302沖塔期間的干氣進行采樣分析，沖塔時的C3及以上組分含量達到了27.8%，C5及以上組分含量是平時的3.6倍，達到了9.92%。

在T3302的操作溫度40℃下，C2～C5組分的飽和蒸氣壓見表2。氣柜螺桿壓縮機出口氣體壓力為0.8 MPa(表壓)，T3302操作壓力為0.6 MPa(表壓)。

表2 40℃時C2～C5純組分飽和蒸氣壓

由表2中各純組分的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)，結(jié)合表1沖塔期間的氣體組成分析，可以看出，沖塔期間C5組分在螺桿壓縮機出口處的分壓已超過其飽和蒸氣壓數(shù)值，C5組分被壓縮后成為液體，在V3301內(nèi)未完成分離的C5進入T3302后降壓膨脹，液體C5組分迅速氣化，導(dǎo)致塔內(nèi)氣體線速在短時間內(nèi)快速增加，霧沫夾帶量增大，上升氣體攜帶的溶劑在塔板間及塔上部氣相空間不能沉降下來而被帶入V3302內(nèi)，致使V3302液位快速上漲，氣速增大也使氣體通過塔板的干板阻力增加，塔壓降增大。

沖塔期間，對V3301液位的現(xiàn)場巡檢記錄檢查后也發(fā)現(xiàn)，在沖塔期間，V3301現(xiàn)場玻璃板液面均會出現(xiàn)大幅度增加，在3月18日沖塔時間段內(nèi)，V3301液位由沖塔前的3%增加至22%，說明在沖塔期間，氣體組分中夾帶的C5及以上液相重組分含量出現(xiàn)了大幅度的增加。

3.5 液相負荷分析

T3302原設(shè)計的貧液流量為50 t/h，但在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，貧液流量超過30 t/h時，一旦干氣流量波動，極易使T3302發(fā)生沖塔現(xiàn)象。經(jīng)設(shè)計單位再次水力學(xué)核算發(fā)現(xiàn)，T3302塔徑設(shè)計得偏小。實際塔徑僅有1 m，致使塔內(nèi)降液管流通面積太小，塔內(nèi)氣液兩相中之一的流量增大就會使降液管內(nèi)的液體不能順利下流，管內(nèi)液體積累，塔板產(chǎn)生積液，進而導(dǎo)致沖塔。由于干氣流量波動較大，為確保脫后干氣H2S在合格范圍內(nèi)，生產(chǎn)中通常控制貧液流量在20～25 t/h。

4 調(diào)整措施

通過以上分析，查明脫硫塔沖塔的原因在于氣柜回收的低壓火炬氣體中含有大量的C5組分，在V3301內(nèi)不能沉降分離的C5組分進入脫硫塔后迅速氣化，導(dǎo)致塔內(nèi)氣相負荷快速增大，較大的貧液流量也使降液管和塔板上產(chǎn)生積液，脫硫塔沖塔。

4.1 上游裝置避免短時間大量向火炬線排放

氣柜干氣回收的氣體來自各裝置安全閥泄漏或生產(chǎn)異常排放，因此要避免回收氣體中夾帶大量C5組分，上游各裝置應(yīng)避免短時間大量向火炬線排放液化氣體。針對此種情況，在生產(chǎn)調(diào)度會上要求各裝置向低壓火炬線排放液化氣時，必須先通知生產(chǎn)調(diào)度部門，并且要緩慢排放，減小對脫硫系統(tǒng)的沖擊。

4.2 調(diào)整貧液入塔流量

T3302原設(shè)計時洛陽分公司未有蠟油加氫、焦化等裝置，入塔干氣的H2S含量較高，設(shè)計H2S質(zhì)量分數(shù)為20%。后經(jīng)相關(guān)重油輕質(zhì)化裝置的增加和工藝改進、優(yōu)化，目前狀態(tài)下入口H2S含量遠低于設(shè)計值，因此，入塔貧液量存在較大的過剩。在確保脫后干氣H2S含量＜20 mg/m3的條件下，逐步降低貧液入塔流量，使降液管和塔板上的液層厚度降低，同時也降低了塔板上的泡沫層厚度，提高塔板對氣相的操作彈性。生產(chǎn)中根據(jù)脫后干氣H2S含量逐步降低溶劑循環(huán)量，目前控制貧液流量在15 t/h。

4.3 清洗E3303換熱器

E3303換熱器自投用以來，由于作業(yè)風(fēng)險較大，長時間未清洗，循環(huán)水在管程中結(jié)垢，其進出口溫差只有5℃，換熱效率較差，導(dǎo)致氣體中的部分重組分不能冷凝下來。針對此問題，車間制定應(yīng)急預(yù)案后對E3303進行切除、吹掃、抽芯、清洗，回裝投用后，E3303循環(huán)水進出口溫差達到了10℃，提高了冷凝效果。

4.4 降低脫硫塔操作壓力

將脫硫塔T3302操作壓力由0.6 MPa降低至0.5 MPa后，螺桿壓縮機出口壓力由0.8 MPa降低至0.66 MPa，在該出口壓力下，即使C5組分含量達到15%，其分壓也小于純組分的飽和蒸氣壓，避免了壓縮機出口C5組分被液化，使回收的氣體全部以氣相形式進入T3302。

5 結(jié)束語

對干氣脫硫塔T3302沖塔的原因進行分析后，主要采取了四方面的調(diào)整措施。采取這四項措施后，脫硫塔T3302運行三個月以來一直運行平穩(wěn)，即使脫后干氣C5及以上組分含量達到了17%，也未再發(fā)生沖塔現(xiàn)象，脫后干氣H2S含量也在合格范圍內(nèi)。

［1］ 梁文杰，闕國和，劉晨光.石油化學(xué)［M］.2版.東營:中國石油大學(xué)出版社，2011:353-354.

［2］ 張楊.催化裂化裝置應(yīng)急知識問答［M］.北京:中國石化出版社，2012:338-342.

［3］ 徐春明，楊朝河.石油煉制工程［M］.4版.北京:石油工業(yè)出版社，2009:580.

TQ050.1

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1003-3467(2017)02-0043-03

2016-11-21

郭 良(1988-)，男，工程師，從事煉油生產(chǎn)工作，電話:18737961592，E-mail:guoliangupc@126.com。