加氫裂化裝置反應(yīng)系統(tǒng)壓力降增大及處理措施

(中國石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300271)

加氫裂化是重質(zhì)餾分油深度加工的主要工藝之一，是油品輕質(zhì)化的重要手段。

加氫裂化反應(yīng)器的床層壓力降，不僅是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，而且有時(shí)會(huì)成為裝置長周期運(yùn)行的制約因素。隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的延長，床層壓力降逐漸增大，當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間后將以指數(shù)方式迅速增大，最終達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值而被迫降低處理量，甚至停工。這不僅增加了能耗，限定了處理能力，而且增加了維修費(fèi)用，縮短了開工周期，從而制約經(jīng)濟(jì)效益。

1 裝置概況

1.8 Mt/a加氫裂化裝置(以下簡稱2號(hào)加氫裂化裝置)是某公司1 Mt/a乙烯-煉油一體化項(xiàng)目新建裝置之一，采用中石化B研究院開發(fā)的加氫精制和加氫裂化催化劑，流程屬于單段串聯(lián)和一次通過的加氫裂化工藝。主要為乙烯和催化重整提供加工原料，分為反應(yīng)(包括循環(huán)氫脫硫系統(tǒng))、分餾和吸收穩(wěn)定三部分。加工原料為3號(hào)常減壓裝置提供的直餾蠟油，產(chǎn)品主要包括液化石油氣、輕質(zhì)石腦油、重質(zhì)石腦油、航煤、柴油和尾油。

2 壓力降增大過程

2.1 循環(huán)氫流量下降

2號(hào)加氫裂化裝置自2015年2月份開始，反應(yīng)系統(tǒng)壓力降(循氫機(jī)出、入口壓力降)出現(xiàn)快速增大的情況，通過對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行分段壓力降計(jì)算可以看出，反應(yīng)系統(tǒng)壓力降增高主要出現(xiàn)在循環(huán)氫壓縮機(jī)K102出口至反應(yīng)加熱爐F101之間(見圖1)，此段管路壓力降自2月份開始，平均每月增加0.15 MPa左右，未發(fā)生該事件前該段壓力降為0.2 MPa左右，而后壓力降驟增至0.7 MPa。高壓換熱器E104(管程：熱高分氣；殼程：循環(huán)氫)殼程出入口溫差由80 ℃降至65 ℃，說明換熱效果明顯變差，可以基本確定E104前后出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。循環(huán)氫總量由30×104m3/h下降至24.5×104m3/h；反應(yīng)器入口循環(huán)氫流量也由21×104m3/h下降至16×104m3/h，精制反應(yīng)器入口氫油比亦隨之下降，最低降至550，過低的氫油比已嚴(yán)重威脅裝置的安全運(yùn)行。

2.2 循氫機(jī)防喘振調(diào)節(jié)閥問題

在2015年5月份，由于循氫量持續(xù)下降，裝置調(diào)整操作，在調(diào)整防喘振控制閥后，即出現(xiàn)了該調(diào)節(jié)閥無法關(guān)嚴(yán)的現(xiàn)象,經(jīng)分析有雜質(zhì)堵塞導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥無法關(guān)嚴(yán)。

3 原因分析

E104殼程介質(zhì)為混氫，介質(zhì)較為干凈，雜質(zhì)堵塞的可能性小?？紤]是新氫中的Cl-與循環(huán)氫中的氨氮結(jié)合，長時(shí)間積累，形成銨鹽堵塞換熱器或閥門部位，遂對(duì)相關(guān)原料及中間品進(jìn)行采樣分析如下。

3.1 原料性質(zhì)

原料油分析數(shù)據(jù)見表1。由表1可以看出，原料油中Cl含量長期超標(biāo)，不合格率達(dá)到68.87%，最大值3.5 μg/g。

循環(huán)氫分析數(shù)據(jù)見表2,新氫分析數(shù)據(jù)見表3。

圖1 循氫機(jī)出口至反應(yīng)進(jìn)料加熱爐流程

統(tǒng)計(jì)w(S),%w(殘?zhí)?,%初餾點(diǎn)/℃10%餾出溫度/℃50%餾出溫度/℃終餾點(diǎn)/℃w(N)/(μg·g-1)w(Cl)/(μg·g-1)密度(20℃)/(kg·m-3)分析次數(shù)15415515515515515515415151不合格次數(shù)00000011040最大值3.1650.180297.00368.0435.00508.002446.703.50921.20最小值2.0380.030186.00342.0395.00483.00133.100.50899.40平均值2.5300.066237.25351.4413.68496.21617.861.39913.79

表2 循環(huán)氫數(shù)據(jù) w,%

表3 新氫數(shù)據(jù)

注：裝置的氫氣來自制氫裝置和重整抽提裝置。

3.2 逐段分析壓力降

2014-05-25—2015-05-25反應(yīng)系統(tǒng)各部位壓力降變化情況見圖2。由圖2可以看出，壓力降增加主要出現(xiàn)在循環(huán)氫壓縮機(jī)K102出口至反應(yīng)加熱爐F101之間，可以肯定設(shè)備或者設(shè)備間管路、閥門存在堵塞情況。

圖2 各部位壓力降變化情況

3.3 循環(huán)氫純度分析

循環(huán)氫和新氫中烴類物質(zhì)含量較高，由于裝置日常不對(duì)氫氣進(jìn)行Cl-分析；發(fā)生該情況后，特意取樣分析循環(huán)氫和新氫中的Cl-，分析結(jié)果雖小于0.5 μL/L，但本裝置自首次開工運(yùn)轉(zhuǎn)至今，始終未排放過廢氫，一方面循氫純度相對(duì)較低(平均值87.15%)導(dǎo)致烴類(包括加氫裂化反應(yīng)生產(chǎn)的氨氮)聚集，另一方面循環(huán)氫中的這部分Cl-長期積累，與循環(huán)氫中的氨氮結(jié)合，亦會(huì)形成氯化銨結(jié)晶堵塞換熱器及閥門等部位。

4 處理過程

4.1 增加注水頻次及延長注水時(shí)間

將E104管程注水頻次由1次/月改為1次/周，同時(shí)管程注水時(shí)間長度由E104前后各10 min增加至各30 min。更改注水頻次及增加時(shí)長后，冷熱高分之間的壓力降有所降低,對(duì)總壓力降沒有明顯影響。

4.2 提高循環(huán)氫機(jī)轉(zhuǎn)速

循環(huán)氫機(jī)轉(zhuǎn)速由7 800 r/min逐步提至8 500 r/min，同時(shí)，由于循環(huán)氫機(jī)工況多次接近喘振曲線，將E104殼程副線閥開度由5%提高至20%，循環(huán)氫量變化不大。

4.3 減少銨鹽堵塞

(1)對(duì)E104殼程入口手閥和循氫副線閥進(jìn)行1.0 MPa蒸汽吹擋，以便提高溫度減少堵塞，同時(shí)對(duì)副線閥及上下游部分管線進(jìn)行敲擊，促使結(jié)晶銨鹽剝離。

(2)對(duì)E104副線閥(控制閥)進(jìn)行反復(fù)開關(guān)，閥位控制在5%至45%，通過提高副線循環(huán)氫量，增加結(jié)晶銨鹽剝離效果。

通過此項(xiàng)措施，循環(huán)氫流量得以保持，不再繼續(xù)下降，效果較好。

4.4 在線注水

4.4.1 注 水

經(jīng)過以上原因分析，采用注入除鹽水的方式溶解形成的銨鹽，由于本裝置E104殼程管線未設(shè)計(jì)注水點(diǎn)，增加臨時(shí)注水線溶解銨鹽。

4.4.2 注水效果

注水后循氫(混合氫)流量增加6 000 m3/h左右，K102出口至F101入口壓差無明顯變化，具體參數(shù)見表4。

表4 注水前后參數(shù)變化情況

(1)循環(huán)氫流量

經(jīng)過上述調(diào)整，循環(huán)氫流量在每次注水后上漲較明顯，但無法長期保持，基本一個(gè)月左右循氫量又降至無法滿足操作需要，只能繼續(xù)注水，如此反復(fù)。

(2)系統(tǒng)壓力降

出現(xiàn)該現(xiàn)象的關(guān)鍵就是系統(tǒng)壓力降的升高，注水后循氫量上漲只是表象，無法從根本上解決裝置隱患。由于反應(yīng)系統(tǒng)壓力降包括循氫機(jī)出口至反應(yīng)爐入口之間壓力降沒有下降，仍處于逐漸上漲的趨勢，因此循氫量也無法長期保持。

5 換熱器檢修情況

2號(hào)加氫裂化裝置高壓換熱器E104在2016年2月設(shè)備筒體焊道發(fā)現(xiàn)裂紋，高溫高壓混氫自裂紋處泄漏。為避免事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大，因此停工處理對(duì)該換熱器進(jìn)行檢修。

停工交檢修打開換熱器殼程，內(nèi)表面附著黑色垢物，有刺鼻的氨味，清洗后內(nèi)壁腐蝕較為嚴(yán)重，腐蝕坑密布，環(huán)焊縫熱影響區(qū)位置腐蝕呈溝槽狀，腐蝕形貌見圖3。

取E104換熱器副線黑色垢物，通過離子色譜和水質(zhì)測定儀分析，樣品中的氨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.5%，Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.12%，說明樣品中含有NH4Cl等銨鹽。

6 結(jié)論與建議

該公司2號(hào)加氫裂化裝置反應(yīng)系統(tǒng)壓力降(循氫機(jī)出、入口)升高，原因是由于加氫裂化過程中產(chǎn)生氨，與氫氣中的Cl-結(jié)合形成銨鹽堵塞相關(guān)閥門，針對(duì)原因分析車間采取了對(duì)高壓換熱器出入口閥門進(jìn)行蒸汽吹掃、副線控制閥反復(fù)開關(guān)、在線注水等處理措施，取得了一定的效果，但只能維持裝置正常運(yùn)行，最終通過停工檢修，清理換熱器徹底消除了隱患。另提高新氫純度、定期切換注水溶解銨鹽是消除該隱患的根本。

(1)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)循氫流量和K102出口至F101入口壓差的監(jiān)控，當(dāng)循氫流量下降至影響裝置正常生產(chǎn)時(shí)，繼續(xù)實(shí)施E104殼程入口注水作業(yè)。

(2)由于游離水進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)催化劑影響極大[1]，因此未敢大量注水，這也是系統(tǒng)壓力降未能下降的主要原因。再次注水時(shí)準(zhǔn)備稍提高注水量，觀察壓力降變化。

(3)規(guī)范原料性質(zhì)，保持較高的循環(huán)氫純度，監(jiān)控新氫中的Cl-含量，一旦發(fā)現(xiàn)Cl-超標(biāo)，則上游連續(xù)重整裝置及時(shí)更換脫氯劑。

(4)根據(jù)該公司1號(hào)加氫裂化裝置曾經(jīng)亦出現(xiàn)過同類問題，且結(jié)鹽堵塞部位一致，車間建議聯(lián)系設(shè)計(jì)院可否取消此高換入口閥門，或設(shè)置其他類型閥門(調(diào)節(jié)閥等)。

[1] 金德浩，劉建暉，申濤.加氫裂化裝置技術(shù)問答[M].北京:中國石化出版社，2006:27.