連續(xù)重整裝置異常運(yùn)行的分析與處理

張趁趁(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

某連續(xù)重整裝置2006年建成投產(chǎn)，采用UOP公司CycleMax工藝，由中石化工程建設(shè)公司設(shè)計(jì)建造，加工能力1.2Mt/a，催化劑為UOP公司R274，再生能力為908Kg/h。2013年全廠總流程調(diào)整以及經(jīng)濟(jì)效益方面的考慮，擴(kuò)能至1.44Mt/a，再生部分未做調(diào)整，改用中石化PS-Ⅵ催化劑，并由汽油型轉(zhuǎn)換為芳烴型重整。

1 裝置出現(xiàn)過的問題

1.1 重整進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器運(yùn)行效果差

重整進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器采用法國阿法拉伐怕奇諾集團(tuán)公司生產(chǎn)的焊板式換熱器，自裝置首次開工到2017年11月共運(yùn)行11年、三個(gè)生產(chǎn)周期。2013年大檢修期間發(fā)現(xiàn)南北側(cè)板束外表面有明顯波浪狀變形，如圖1所示，存在極大的運(yùn)行隱患；擴(kuò)能改造開工后熱端溫差最高達(dá)57℃(設(shè)計(jì)值為41℃)，進(jìn)料側(cè)壓降達(dá)到80kPa。以上情況嚴(yán)重增加了一反進(jìn)料加熱爐、產(chǎn)品空冷和循環(huán)機(jī)的負(fù)荷；需要提高蒸發(fā)塔壓力、打開控制閥副線來維持進(jìn)料量，有時(shí)仍達(dá)不到控制值，不利于裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 板換變形情況

1.2 脫戊烷塔大幅波動(dòng)

2013年10月開工后，脫戊烷塔平穩(wěn)運(yùn)行，2015年9月塔頂壓力、塔頂溫度、靈敏板溫度、塔底溫度等操作參數(shù)出現(xiàn)大幅波動(dòng)，圖2為3h的參數(shù)變化圖，可看出波動(dòng)近似于周期性變化，嚴(yán)重影響塔的控制和產(chǎn)品質(zhì)量。塔底產(chǎn)品的C4和C5含量持續(xù)偏高，基本維持在3.5%～5.0Wt%之間；塔頂產(chǎn)品的苯、甲苯和C7+組分最高分別達(dá)到21Wt%、10Wt%和37.8Wt%。表明脫戊烷塔分離效果變差，塔頂、塔底產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重重疊，此時(shí)設(shè)備運(yùn)行尚不足兩年。

脫戊烷塔的異常運(yùn)行，降低了重整生成油的芳烴含量；帶有大量C4和C5組分的產(chǎn)品進(jìn)入重整油塔，致使芳烴抽提負(fù)荷過高并產(chǎn)生大量抽余油；帶有重組分和芳烴的塔頂油進(jìn)入脫丁烷塔，影響輕汽油的質(zhì)量；同時(shí)塔的大幅波動(dòng)需要頻繁手動(dòng)控制，明顯增加了操作工的作業(yè)強(qiáng)度。

圖2 脫戊烷塔參數(shù)

2 原因分析

2.1 板換運(yùn)行效果差分析

2.1.1 生產(chǎn)波動(dòng)

查詢生產(chǎn)記錄，2013年大檢修前出現(xiàn)因循環(huán)機(jī)停機(jī)、還原段催化劑跑損、晃電等原因造成的緊急停工，停工過程進(jìn)料、產(chǎn)物、循環(huán)氫等流量大幅波動(dòng)，板換出現(xiàn)溫度、壓力驟變甚至物料倒流的異常情況，可能引起板束的變形。大幅波動(dòng)易導(dǎo)致管線內(nèi)附著物脫落進(jìn)入板換，造成壓降升高、換熱效率下降等情況。

2.1.2 擴(kuò)能改造

擴(kuò)能后未對(duì)進(jìn)料管路、換熱器及反應(yīng)器等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，各壓降相應(yīng)升高，影響進(jìn)料量的提高。隨著進(jìn)出物料的流量、流速和溫度等發(fā)生變化，板換換熱效率改變甚至超過其換熱負(fù)荷，是導(dǎo)致熱端溫差過高、一反進(jìn)料加熱爐負(fù)荷過大的主要原因。

2.1.3 過濾器及入口噴淋棒堵塞

引罐區(qū)精制油直接做為重整進(jìn)料、蒸發(fā)塔波動(dòng)以及加裂重石波動(dòng)，可能帶入管路雜質(zhì)使過濾器壓差過高；過濾器后管路存在雜質(zhì)或者過濾器損壞導(dǎo)致雜質(zhì)通過，進(jìn)料中過高的氮、氯、烯烴、重組分等于板換入口產(chǎn)生結(jié)焦、結(jié)鹽現(xiàn)象，均可能堵塞入口噴淋棒孔眼，導(dǎo)致壓降過高、處理量達(dá)不到控制值和換熱效果差等問題。

2.2 脫戊烷塔波動(dòng)分析

用精密壓力表測量塔盤總壓降約44kPa，較正常運(yùn)行的30kPa偏高，結(jié)合運(yùn)行情況，初步判斷塔盤結(jié)鹽。為進(jìn)一步了解塔內(nèi)氣液相分布情況，2015年11月利用γ射線掃描檢測技術(shù)對(duì)塔的運(yùn)行工況進(jìn)行檢測，結(jié)果1～39層塔盤正常，40層塔盤存在液泛，液層高度約1m，表明塔盤或其降液管存在堵塞情況[1]。塔內(nèi)上升氣體或者下降液體流動(dòng)不暢，某一時(shí)刻出現(xiàn)大量氣體上升或者液體下流，引起塔的大幅波動(dòng)和產(chǎn)品的不合格。

2014年2月因過水和氮含量超標(biāo)致使催化劑氯大量流失，活性顯著下降，為盡快恢復(fù)其活性，將再生注氯由11.9g/min提高到29.6g/min進(jìn)行集中補(bǔ)氯，為避免再次出現(xiàn)催化劑酸性功能不足情況以及持氯能力的下降，注氯量穩(wěn)定在23.7g/min[2]。氯含量較高的反應(yīng)產(chǎn)物和還原尾氫于再接觸部分混合，液相組分未經(jīng)脫氯便進(jìn)入脫戊烷塔，導(dǎo)致塔內(nèi)氯含量較高，塔頂干氣中最高達(dá)250μL/L。進(jìn)料中的氮經(jīng)反應(yīng)生成NH3，與HCl結(jié)合形成NH4Cl結(jié)晶，沉積在溫度較低的上層塔盤，混合塔內(nèi)鐵銹、催化劑粉等雜質(zhì)不斷長大變硬，導(dǎo)致浮閥卡死、降液管堵塞等異常，影響氣液相平衡導(dǎo)致液泛[3]?？梢哉f脫戊烷塔異常情況的根本原因是催化劑過多的氯流失和進(jìn)料中較多的氮。

3 處理措施

3.1 更換纏繞管換熱器

重整進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器是連續(xù)重整的核心設(shè)備之一，較多采用板殼式換熱器，其傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕[4]，但是對(duì)開停工要求較高，異常情況下易產(chǎn)生不可控制的問題。

鑒于原板換運(yùn)行效果明顯變差，2017年大檢修期間將其更換為自吸熱膨脹管束、結(jié)構(gòu)簡單可靠、抗波動(dòng)性能強(qiáng)、換熱效率較高的國產(chǎn)纏繞管換熱器，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。在換熱器管殼程出入口增上壓差表并引入DCS，以便對(duì)壓差進(jìn)行監(jiān)測。

表1 纏繞管換熱器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 脫戊烷塔長周期運(yùn)行措施

脫戊烷塔長周期、高效運(yùn)行主要從如何避免塔盤結(jié)鹽以及發(fā)生銨鹽沉積的后續(xù)處理兩方面考慮，從而避免塔的異常波動(dòng)和設(shè)備腐蝕，產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

3.2.1 控制進(jìn)料氮含量

停收含氮較高的渣油加氫石腦油、外購原料做好指標(biāo)分析，避免預(yù)處理反應(yīng)進(jìn)料氮含量超過裝置的處理能力；平穩(wěn)預(yù)處理各操作參數(shù)，確保反應(yīng)和分餾部分的良好運(yùn)行，對(duì)存在堵管的預(yù)加氫進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器給予特別關(guān)注。重整進(jìn)料氮含量維持在0.2～0.3μg/g之間，滿足指標(biāo)要求。

3.2.2 控制進(jìn)料氯含量

維持加氫反應(yīng)器、高溫脫氯反應(yīng)器以及蒸發(fā)塔的良好運(yùn)行，脫除預(yù)處理各路組分中的氯，最終控制進(jìn)料氯含量在0.2μg/g左右，滿足指標(biāo)要求，避免帶入過多的氯。

3.2.3 減少催化劑的氯流失

除控制進(jìn)料氮含量外，主要在于降低反應(yīng)系統(tǒng)水含量。反應(yīng)系統(tǒng)水含量的控制主要在于對(duì)進(jìn)料水含量、再生干燥區(qū)和還原區(qū)的監(jiān)控，針對(duì)之前出現(xiàn)過再生干燥空氣露點(diǎn)高的情況，對(duì)再生干燥器進(jìn)行更換并優(yōu)化控制程序，使干燥空氣露點(diǎn)低于-65℃，滿足對(duì)水含量的要求。再生催化劑與待生催化劑的氯含量差值在0.12%～0.15%之間且再生氧氯化區(qū)補(bǔ)氯正常，表明反應(yīng)系統(tǒng)水含量正常[5]。

3.2.4 優(yōu)化分餾塔操作

適當(dāng)提高塔頂冷后溫度，盡可能脫除HCl組分，減少其再回流至塔內(nèi)的量；結(jié)合化驗(yàn)分析優(yōu)化塔頂、靈敏板溫度和塔底溫度，盡可能降低塔頂重組分與塔底輕組分。

3.2.5 銨鹽沉積的后續(xù)處理

氯化銨易溶于水，發(fā)生銨鹽堵塞塔盤時(shí)，用水進(jìn)行沖洗是比較有效的方法，為避免對(duì)設(shè)備和管線造成嚴(yán)重腐蝕，本未做過水洗處理。2017年大檢修期間，考慮到空冷的腐蝕情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行更新；對(duì)空冷增加出入口手閥、水冷器增設(shè)跨線，便于在設(shè)備出現(xiàn)堵塞、泄漏等情況時(shí)予以處理。

4 運(yùn)行情況

4.1 纏繞管換熱器運(yùn)行情況

4.1.1 工藝運(yùn)行情況

更換纏繞管換熱器后，處理量較之前提高1.5t/h，進(jìn)料控制閥開度在70%左右且副線關(guān)閉，成功解決了進(jìn)料受限的問題；熱端溫差由57℃降至初期的25℃，熱端出口溫度由440℃升至463℃，冷端出口溫度由112℃降至94℃，顯著降低了一反進(jìn)料加熱爐和產(chǎn)物空冷的負(fù)荷，解決了加熱爐超溫和產(chǎn)物冷后溫度偏高的難題，降低了燃料氣、除鹽水和電的消耗；循環(huán)機(jī)出口壓力下降，壓縮比由1.77降至1.7，節(jié)約1.0MPa蒸汽約3t/h。

取進(jìn)料在170～173.5t/h之間的四個(gè)時(shí)期，對(duì)比換熱器更換前后系統(tǒng)部分壓力的變化情況，數(shù)據(jù)見表2。

表2 反再系統(tǒng)壓力參數(shù) 單位：MPa

結(jié)合生產(chǎn)操作總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)：

(1)各壓力明顯下降，且開工后無大幅增長，反應(yīng)苛刻度有所提高。

(2)待生催化劑提升系統(tǒng)和粉塵淘析系統(tǒng)壓力下降，致使待生催化劑提升不穩(wěn)，分析認(rèn)為是淘析氣與反應(yīng)器置換氣壓差波動(dòng)導(dǎo)致，對(duì)淘析系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定泄壓后恢復(fù)正常。

(2)再生催化劑提升系統(tǒng)壓力變化，對(duì)閉鎖料斗補(bǔ)償閥曲線進(jìn)行重新學(xué)習(xí)，降低平衡閥開關(guān)對(duì)緩沖區(qū)壓力的影響，確保催化劑的高效提升。

經(jīng)過一系列調(diào)整優(yōu)化，反應(yīng)、再生運(yùn)行正常，催化劑在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)、提升穩(wěn)定，表明設(shè)備更換未影響反再系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

4.1.2 設(shè)備運(yùn)行情況

纏繞管換熱器于已運(yùn)行超過兩年半，投用后裝置負(fù)荷穩(wěn)定，2020年2月從滿負(fù)荷降至76%，后又提升至99%；原料的餾程、雜質(zhì)含量滿足控制指標(biāo)要求；循環(huán)氫流量隨天氣情況有所波動(dòng)；進(jìn)料過濾器運(yùn)行良好。換熱器的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢如圖3所示。

圖3 纏繞管換熱器主要運(yùn)行參數(shù)

分析得出以下結(jié)論：

(1)熱端溫差緩慢升高，目前維持在28℃左右，新設(shè)備投用后小幅升高屬正?，F(xiàn)象；降量后有所下降，表明低負(fù)荷下?lián)Q熱性能有所提高。

(2)管程壓降初期在22kPa左右，2019年1到6月由22.5kPa增長至37.8kPa，之后較平穩(wěn)；2020年2月降負(fù)荷后顯著下降，提量后較之前有所降低，推測是進(jìn)料和循環(huán)氫流量的變化促進(jìn)了換熱器管程流體擾動(dòng)，將部分沉積垢物帶走，使管程壓降略有下降。

(3)殼程壓降基本平穩(wěn)，約54.6kPa，裝置降量后同樣有所下降。

(4)總壓降與管程壓降趨勢相近，投用初期在80～82kPa之間，2018年4月到2019年1月在75～80kPa之間，2019年2月開始最高增長到94.8kPa，2020年1月有所下降，降量后降至80kPa左右，目前在86kPa左右。

熱端溫差滿足設(shè)計(jì)要求，總壓降略超設(shè)計(jì)值，但不影響正常運(yùn)行。整體分析設(shè)備運(yùn)行良好，繼續(xù)監(jiān)測、關(guān)注后續(xù)的變化情況。

4.2 脫戊烷塔運(yùn)行情況

脫戊烷塔運(yùn)行已愈兩年半，控制回路均處于自動(dòng)狀態(tài)，較少需要手動(dòng)調(diào)節(jié)；通過合理控制重整進(jìn)料水氮硫雜質(zhì)含量、反應(yīng)系統(tǒng)的水氯平衡等，塔盤、塔頂空冷等部位的結(jié)鹽傾向明顯降低，系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定。對(duì)脫戊烷塔產(chǎn)品部分指標(biāo)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 脫戊烷塔產(chǎn)品分析 單位：%(質(zhì))

塔底重整生成油基本不含C4組分，C5組分在2.0Wt%左右，塔頂苯在6.0Wt%左右，C7+組分含量基本在1.0Wt%以內(nèi)，較上一周期均有明顯下降，表明塔的運(yùn)行情況良好。降低了芳烴抽提的負(fù)荷，改善了輕汽油的質(zhì)量，但是塔頂苯含量、塔底C5組分仍然較高，尚有優(yōu)化空間，生產(chǎn)中進(jìn)一步研究調(diào)整。

5 關(guān)注要點(diǎn)

5.1 針對(duì)纏繞管換熱器

(1)若對(duì)換熱器進(jìn)行機(jī)械或者化學(xué)清洗，結(jié)束后應(yīng)充分脫水并做好氮封，避免設(shè)備腐蝕。

(2)由于雷雨、臺(tái)風(fēng)多發(fā)以及早晚溫差等原因，產(chǎn)物冷后溫度變化較大，導(dǎo)致循環(huán)氫流量、組分改變。建議對(duì)復(fù)合型管式空冷器管道泵增設(shè)遠(yuǎn)傳啟停開關(guān)并采用變頻風(fēng)機(jī)，既有利于循環(huán)機(jī)、進(jìn)料換熱器的運(yùn)行，又避免了對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

(3)進(jìn)料過濾器選用適宜的過濾精度并定期拆檢，保證進(jìn)料無過多機(jī)械雜質(zhì)。

5.2 針對(duì)脫戊烷塔系統(tǒng)

(1)建議對(duì)塔進(jìn)料增上液相脫氯設(shè)施，是減少塔盤結(jié)鹽、降低設(shè)備腐蝕最有效的措施。

(2)更換高效塔盤，可增加塔的處理能力和分離精度，并降低能耗。

(3)監(jiān)控塔頂氣的H2S和HCl含量，由此分析反應(yīng)注硫和催化劑氯流失情況，避免過高增加結(jié)鹽傾向。

(4)研究增加注緩蝕劑系統(tǒng)，減少腐蝕，同時(shí)可在對(duì)系統(tǒng)水洗時(shí)加以利用。

6 結(jié)語

列舉了某重整裝置運(yùn)行中進(jìn)料換熱器和脫戊烷塔運(yùn)行效果差的問題，通過設(shè)備更新、流程改動(dòng)和操作優(yōu)化等成功解決了生產(chǎn)瓶頸，降低了裝置能耗，確保了裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行。