延遲焦化裝置放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)的工藝選擇及分析

王曉強(qiáng)，楊有文，李 良，張宏鋒，王學(xué)彬

(中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司，新疆 克拉瑪依 833699)

1 國(guó)內(nèi)放空瓦斯工藝流程及現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)目前絕大部分延遲焦化裝置焦炭塔離線塔的放空瓦斯先通過(guò)放空冷卻塔及塔頂冷凝系統(tǒng)，然后經(jīng)過(guò)火炬分液罐排入低壓瓦斯系統(tǒng)，最終經(jīng)過(guò)氣柜緩沖并通過(guò)氣柜壓縮機(jī)回收至燃料氣系統(tǒng)。大多數(shù)延遲焦化裝置設(shè)置了放空冷卻塔放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)的流程，但目前真正將放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)的裝置只有A公司4.2 Mta焦化裝置、B公司1.5 Mta焦化裝置和2.1 Mta焦化裝置、以及C公司1.2 Mta焦化裝置等。

2 國(guó)內(nèi)放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)的工藝流程

目前，國(guó)內(nèi)放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)主要有3種流程。

流程1：放空瓦斯自放空冷卻塔塔頂油氣分離罐罐頂進(jìn)入分餾塔塔頂油氣分離罐罐頂富氣出口線，與分餾塔塔頂富氣一起直接進(jìn)入富氣壓縮機(jī)，如獨(dú)山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置，流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 獨(dú)山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯系統(tǒng)流程示意

流程2：放空瓦斯自放空冷卻塔塔頂油氣分離罐罐頂進(jìn)入分餾塔塔頂油氣分離罐油氣入口線，經(jīng)過(guò)分餾塔塔頂油氣分離罐緩沖后與分餾塔塔頂富氣一起直接進(jìn)入富氣壓縮機(jī)，如A公司4.2 Mta焦化裝置及B公司1.5 Mta焦化裝置，流程示意見(jiàn)圖2。

圖2 A公司4.2 Mta和B公司1.5 Mta焦化裝置放空瓦斯系統(tǒng)流程示意

圖3 B公司2.1 Mta和C公司1.2 Mta焦化裝置放空瓦斯系統(tǒng)流程示意

第3種流程與第1、第2種流程相比具有以下特點(diǎn)：①放空瓦斯去分餾塔油氣線處增加單向閥，即使放空瓦斯壓力低于分餾塔塔頂油氣線壓力時(shí)，單向閥關(guān)閉，分餾塔油氣不會(huì)反串至放空系統(tǒng)；②放空瓦斯去分餾塔油氣線處增加蒸汽抽空器，可以保證在放空瓦斯壓力低于分餾塔塔頂油氣線壓力時(shí)，使用抽空器將放空系統(tǒng)和焦炭塔內(nèi)殘存的瓦斯徹底抽干凈，避免焦炭塔放水時(shí)將瓦斯排入環(huán)境中使現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生異味；③放空瓦斯去分餾塔油氣線處增加燃料氣線，可以保證放空系統(tǒng)的應(yīng)急補(bǔ)充壓力；④放空冷卻塔塔頂壓力可通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制。

3 放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)存在的風(fēng)險(xiǎn)及工藝選擇

3.1 存在的風(fēng)險(xiǎn)

(1)由于富氣壓縮機(jī)進(jìn)口壓力要求大于0.08 MPa，冷焦結(jié)束后，焦炭塔內(nèi)的壓力也將維持在0.08 MPa以上，在焦炭塔放水時(shí)，關(guān)閉高溫放空閥，打開(kāi)呼吸閥，焦炭塔內(nèi)殘存的瓦斯通過(guò)呼吸閥外排至儲(chǔ)焦池，造成裝置異味大。

(2)放空冷卻塔塔頂回流罐放空瓦斯流量不穩(wěn)定，將造成富氣壓縮機(jī)入口流量及壓力波動(dòng)大，富氣壓縮機(jī)防喘振調(diào)節(jié)為半自動(dòng)控制，需要人為頻繁調(diào)節(jié)防喘振閥開(kāi)度和富氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)際工作點(diǎn)，有可能因?yàn)檎{(diào)節(jié)不及時(shí)造成富氣壓縮機(jī)喘振，造成機(jī)組設(shè)備故障或損壞。

(3)放空冷卻塔塔頂回流罐放空瓦斯中攜帶焦粉，直接改入有可能造成富氣壓縮機(jī)進(jìn)出口脫液線堵塞，造成富氣壓縮機(jī)帶液，進(jìn)入機(jī)體內(nèi)造成葉輪損壞。

(4)放空冷卻塔塔頂回流罐放空瓦斯中攜帶焦粉，直接改入富氣壓縮機(jī)有可能造成焦粉進(jìn)入富氣壓縮機(jī)機(jī)體的干氣密封系統(tǒng)，影響干氣密封運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)機(jī)組干氣密封損壞；還有可能造成壓縮機(jī)入口儀表引線堵塞，導(dǎo)致儀表無(wú)法顯示。

(5)放空瓦斯直接改入富氣壓縮機(jī)后，焦炭塔與分餾塔氣相線聯(lián)通，焦炭塔使用水進(jìn)行冷焦，焦炭塔壓力會(huì)波動(dòng)，分餾塔塔頂壓力將隨著焦炭塔的操作波動(dòng)。

3.2 工藝選擇

通過(guò)對(duì)工藝流程進(jìn)行分析以及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，獨(dú)山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置將放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)，按照第3種流程的基本思路進(jìn)行流程改造。

4 獨(dú)山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置改造前后工藝流程簡(jiǎn)述

4.1 改造前工藝流程

焦炭塔放空時(shí)，放空瓦斯首先進(jìn)入放空冷卻塔，經(jīng)冷卻洗滌后，依次進(jìn)入塔頂空氣冷卻器和水冷卻器冷卻，然后再進(jìn)入塔頂氣液分離器，最后去火炬系統(tǒng)。

4.2 改造后工藝流程

焦化裝置放空冷卻塔塔頂回流罐出口增加去分餾塔塔頂空氣冷卻器入口管線，并增加單向閥。放空冷卻塔頂塔回流罐罐頂放空瓦斯由排火炬改為去分餾塔塔頂空氣冷卻器入口。改造后的流程如圖4所示。

圖4 放空瓦斯改入壓縮機(jī)流程示意

5 獨(dú)山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)的操作要求

5.1 放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)操作

放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前，要關(guān)閉放空冷卻塔塔頂油氣分離罐排火炬閥，打開(kāi)放空冷卻塔塔頂油氣分離罐去分餾塔塔頂空氣冷卻器頭道閥。

放空流程為：高溫放空線→放空冷卻塔→放空冷卻塔塔頂空氣冷卻器→放空冷卻后冷卻器→放空油氣分液罐→分餾塔塔頂空氣冷卻器→富氣壓縮機(jī)。

焦炭塔改為放空流程時(shí)，富氣壓縮機(jī)入口流量不穩(wěn)定，操作人員要及時(shí)在SIS系統(tǒng)調(diào)節(jié)防喘振閥開(kāi)度，防止富氣壓縮機(jī)喘振，同時(shí)控制富氣壓縮機(jī)進(jìn)口壓力在0.08～0.16 MPa。

5.2 放空瓦斯改入火炬操作

小量給水后期，隨著焦炭溫度的下降，產(chǎn)生的放空瓦斯量也逐漸減少，焦炭塔壓力也會(huì)下降，當(dāng)壓力降至與分餾塔壓力相同時(shí)，焦炭塔內(nèi)的瓦斯將無(wú)法繼續(xù)進(jìn)入富氣壓縮機(jī)，且冷焦后期瓦斯排放速率及焦粉攜帶量也會(huì)減少，對(duì)火炬系統(tǒng)沖擊較小，可以聯(lián)系調(diào)度將放空瓦斯改去火炬。具體操作如下：首先關(guān)小放空冷卻塔油氣分離罐去分餾塔塔頂空氣冷卻器頭道閥，等放空冷卻塔油氣分離罐罐頂壓力開(kāi)始升高時(shí)，稍開(kāi)放空冷卻塔油氣分離罐改排火炬閥，確認(rèn)放空冷卻塔油氣分離罐罐頂壓力穩(wěn)定且無(wú)繼續(xù)上升趨勢(shì)時(shí)，關(guān)閉放空冷卻塔油氣分離罐去分餾塔塔頂空氣冷卻器頭道閥并全開(kāi)放空冷卻塔油氣分離罐排火炬閥。

6 獨(dú)山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯改富氣壓縮機(jī)后的影響分析

6.1 對(duì)分餾塔塔頂空氣冷卻器和水冷卻器的影響

焦粉進(jìn)入換熱器時(shí)易使換熱器結(jié)垢堵塞，影響傳熱效果，甚至需停工清洗[3]。由于焦化裝置本身的特性，焦炭塔吹氣放空時(shí)氣速較高，攜帶至放空系統(tǒng)的焦粉較多。放空冷卻塔塔頂尾氣有可能攜帶較多的焦粉進(jìn)入后面的換熱器、塔罐，甚至富氣壓縮機(jī)，對(duì)設(shè)備造成不良影響。為此，要對(duì)空氣冷卻器和換熱器的換熱效果進(jìn)行跟蹤，及時(shí)判斷相關(guān)設(shè)備的結(jié)焦情況。為了減少焦粉進(jìn)入換熱器、塔罐及富氣壓縮機(jī)，造成設(shè)備腐蝕、堵塞及損壞，可以在進(jìn)入分餾塔大油氣線之前增加兩組過(guò)濾面積較大的過(guò)濾器[4]，過(guò)濾器前后安裝壓力表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)壓差增大時(shí)及時(shí)切換并清理過(guò)濾器。

6.2 對(duì)富氣壓縮機(jī)運(yùn)行的影響

6.2.1 對(duì)富氣壓縮機(jī)操作的影響焦炭塔換塔1 h后，老塔開(kāi)始放空，此時(shí)，老塔內(nèi)產(chǎn)生的油氣量并不穩(wěn)定，無(wú)論放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)與否，均會(huì)造成富氣壓縮機(jī)入口流量及壓力波動(dòng)大。由于富氣壓縮機(jī)防喘振調(diào)節(jié)為半自動(dòng)控制，為了保證分餾塔塔頂壓力正常，同時(shí)防止富氣壓縮機(jī)喘振，需要人為頻繁調(diào)節(jié)防喘振閥開(kāi)度和富氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)際工作點(diǎn)。實(shí)際操作中，針對(duì)放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前后兩種情況，剛開(kāi)始放空流程時(shí)，調(diào)節(jié)富氣壓縮機(jī)防喘振閥頻次較高，主要原因是新塔內(nèi)渣油反應(yīng)生成的油氣量較小，老塔雖然已經(jīng)停止了進(jìn)料，但是焦炭塔內(nèi)裂解和縮合反應(yīng)仍在進(jìn)行。當(dāng)老塔進(jìn)入分餾塔的閥門(mén)切斷后，造成焦炭塔進(jìn)入分餾塔內(nèi)的油氣量下降，分餾塔壓力會(huì)快速下降，富氣壓縮機(jī)入口流量也會(huì)下降。因此，必須開(kāi)大富氣壓縮機(jī)防喘振閥以保證分餾塔壓力和壓縮機(jī)入口流量。與放空瓦斯未改入富氣壓縮機(jī)時(shí)相比，放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后不同之處在于富氣壓縮機(jī)入口流量的減少量相對(duì)較低，但總的來(lái)說(shuō)，富氣壓縮機(jī)的入口流量還是會(huì)下降，富氣壓縮機(jī)的防喘振閥還是需要不斷調(diào)節(jié)?？傮w上，富氣壓縮機(jī)的操作沒(méi)有太大的變動(dòng)。

6.2.2 對(duì)富氣壓縮機(jī)振動(dòng)的影響2019年對(duì)干氣單元進(jìn)行的勘察分析結(jié)果表明，在干氣單元，與干氣和火炬氣相連的系統(tǒng)均存在大量的油泥和焦粉，并存在一定的垢下腐蝕情況，前期干氣壓縮機(jī)的級(jí)間冷卻器與出口冷卻器管束頻繁泄漏，也與油泥和焦粉等雜質(zhì)的存在密不可分。因此，將放空瓦斯改入焦化富氣壓縮機(jī)后，不可避免會(huì)增加介質(zhì)中的焦粉攜帶量。

有資料證明，由于富氣中含有少量焦質(zhì)，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中焦質(zhì)在隔板氣封和葉輪流道內(nèi)沉積或結(jié)焦，每次機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)都可能產(chǎn)生氣流或離心力的變化，造成焦質(zhì)等黏附物脫落，打破了原有的動(dòng)平衡，振動(dòng)增大又導(dǎo)致焦質(zhì)等黏附物進(jìn)一步脫落，從而振動(dòng)值進(jìn)一步上漲，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致振動(dòng)值超過(guò)連鎖停機(jī)值[5]。因此，在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，要重點(diǎn)關(guān)注壓縮機(jī)軸承振動(dòng)情況。

表1為放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前后壓縮機(jī)振動(dòng)值的對(duì)比。由表1可見(jiàn)，放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后，壓縮機(jī)VX9024和VX9025的振動(dòng)值略有上升，VX9026和VX9027的振動(dòng)值沒(méi)有上升趨勢(shì)，總體上，振動(dòng)值均遠(yuǎn)低于連鎖值89 μm。在富氣壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，要對(duì)各振動(dòng)值的變化趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便更好地保證壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

表1 放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前后的振動(dòng)值對(duì)比 μm

6.2.3 對(duì)富氣壓縮機(jī)干氣密封的影響某延遲焦化裝置富氣壓縮機(jī)在運(yùn)行周期后期主密封氣流量逐漸增大，并且間斷出現(xiàn)主密封氣流量大于2 m3h的情況，停車(chē)檢修期間發(fā)現(xiàn)高壓端干氣密封處結(jié)焦最為嚴(yán)重。經(jīng)廠家和技術(shù)人員聯(lián)合診斷后，分析認(rèn)為介質(zhì)的焦粉已經(jīng)進(jìn)入干氣密封封裝部分[6]?？梢耘袛嗤咚怪袛y帶的焦粉量會(huì)影響干氣密封端面的結(jié)焦程度，尤其是放空瓦斯中攜帶的焦粉多時(shí)更容易造成干氣密封端面的結(jié)焦傾向。因此，高壓端和低壓端干氣密封流量的變化應(yīng)當(dāng)引起操作人員和管理人員的高度重視。

表2為放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前后高壓端和低壓端主密封氣流量的對(duì)比。由表2可見(jiàn)：在放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后，低壓端主密封氣流量最大值升至0.200 m3h；在放空瓦斯未改入富氣壓縮機(jī)期間，高壓端主密封氣流量最大值為0.190 m3h，但放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后，最大值升至0.425 m3h，最低值也升至0.270 m3h。因此，必須對(duì)富氣壓縮機(jī)主密封氣流量嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，并對(duì)富氣壓縮機(jī)主密封氣流量的變化趨勢(shì)做出預(yù)判。

表2 改造前后富氣壓縮機(jī)主密封氣流量 m3h

表2 改造前后富氣壓縮機(jī)主密封氣流量 m3h

項(xiàng) 目低壓端主密封氣流量高壓端主密封氣流量最大值最小值最大值最小值放空瓦斯未改入壓縮機(jī)000.1900放空瓦斯改入壓縮機(jī) 0.20000.4250.270

6.3 對(duì)放空和冷焦操作的影響

放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后，對(duì)焦炭塔系統(tǒng)最主要的影響就是放空和冷焦速率，如果放空和冷焦速率降低，則焦炭塔的除焦以及新塔準(zhǔn)備時(shí)間均推后，最終影響焦炭塔生焦周期。圖5為放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前后放空及冷焦壓力隨時(shí)間的變化。

圖5 放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前后焦炭塔壓力隨時(shí)間的變化 —放空瓦斯未改入壓縮機(jī)； —放空瓦斯改入壓縮機(jī)

由圖5可見(jiàn)，從放空流程開(kāi)始直到冷焦結(jié)束，即焦炭塔壓力回零，所需時(shí)間約為480 min，未造成放空和冷焦速率降低的情況。另外發(fā)現(xiàn)，在放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后330～350 min的時(shí)間內(nèi)，焦炭塔壓力基本保持在0.98 MPa左右，主要原因是放空瓦斯壓力已經(jīng)開(kāi)始接近分餾塔塔頂餾出線壓力。在放空瓦斯去分餾塔塔頂餾出線前裝有一個(gè)單向閥，因此，為了保證冷焦過(guò)程正常進(jìn)行，必須及時(shí)將放空瓦斯改入低壓火炬系統(tǒng)。

6.4 放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后對(duì)加氫聯(lián)合車(chē)間的影響

6.4.1 對(duì)加氫聯(lián)合車(chē)間轉(zhuǎn)化爐的影響焦化裝置放空瓦斯進(jìn)入低壓火炬系統(tǒng)時(shí)，低壓火炬氣柜至加氫聯(lián)合車(chē)間火炬氣組成變輕，干氣單元可以實(shí)現(xiàn)大負(fù)荷生產(chǎn)(目前干氣加工量為5 700 m3h)，干氣單元粗氫至制氫裝置(變壓吸附，PSA)夾帶的C3+組分含量降低，制氫PSA解吸氣熱值降低。焦化放空瓦斯改入低壓火炬系統(tǒng)前后制氫解吸氣熱值對(duì)比如表3所示。由表3可見(jiàn)，焦化瓦斯改入低壓火炬系統(tǒng)后解吸氣熱值降低222 kJm3。在目前PSA進(jìn)料情況下，解吸氣可通過(guò)轉(zhuǎn)化爐完全消耗。

表3 焦化放空瓦斯改入低壓火炬系統(tǒng)前后制氫解吸氣組成及熱值對(duì)比(52%負(fù)荷下)

6.4.2 對(duì)干氣壓縮機(jī)冷卻器的影響將1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)前，干氣低分氣單元干氣壓縮機(jī)冷卻器平均每月要清理一次，嚴(yán)重影響干氣壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。焦化放空瓦斯改入焦化富氣壓縮機(jī)后，到目前為止，干氣低分氣單元的干氣壓縮機(jī)冷卻器已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行了4個(gè)月。

7 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)放空瓦斯進(jìn)富氣壓縮機(jī)流程進(jìn)行對(duì)比，選擇了放空瓦斯改入分餾塔大油氣線并最終進(jìn)入富氣壓縮機(jī)的工藝流程。該技術(shù)措施投用后的結(jié)果表明：放空瓦斯改入富氣壓縮機(jī)后，對(duì)富氣壓縮機(jī)的操作基本沒(méi)有影響，只是防喘振閥門(mén)開(kāi)度減少了4個(gè)閥位，但富氣壓縮機(jī)的振動(dòng)和主密封氣流量有上升趨勢(shì)，需要密切監(jiān)控；對(duì)放空和冷焦操作影響不大，不影響焦炭塔系統(tǒng)操作；放空瓦斯中攜帶的焦粉對(duì)分餾塔塔頂空氣冷卻器、水冷卻器以及分餾塔塔頂油水分離罐會(huì)產(chǎn)生影響，放空冷卻系統(tǒng)需要加大對(duì)焦粉的洗滌；加氫聯(lián)合車(chē)間解吸氣可以通過(guò)轉(zhuǎn)化爐完全消耗，同時(shí)，干氣低分氣單元壓縮機(jī)冷卻器的露點(diǎn)腐蝕和焦粉堵塞問(wèn)題得到明顯改善。為了保證富氣壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行，建議在放空瓦斯進(jìn)入壓縮機(jī)前增加一套過(guò)濾器設(shè)備，將瓦斯中的焦粉控制在可接受的水平。