延遲焦化裝置焦炭塔頂油氣線異常結(jié)焦的原因分析及對(duì)策

侯繼承 王樂(lè)毅

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)，471012)

延遲焦化工藝是重油加工的主要工藝，在原油加工中發(fā)揮著重要的作用。延遲焦化裝置焦炭塔大油氣線結(jié)焦現(xiàn)象是國(guó)內(nèi)同類裝置中普遍存在的一個(gè)問(wèn)題[1]。洛陽(yáng)石化延遲焦化裝置為一爐兩塔，可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比工藝流程。大檢修后開(kāi)工兩個(gè)月時(shí)間，焦炭塔A塔頂急冷油注入口附近出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦，而B(niǎo)塔同樣位置未出現(xiàn)結(jié)焦。對(duì)A塔結(jié)焦清理半月后，A塔壓力又逐步升高，再次出現(xiàn)異常結(jié)焦現(xiàn)象。本文結(jié)合焦化工藝的操作特點(diǎn)，對(duì)結(jié)焦過(guò)程進(jìn)行分析推理，找出異常結(jié)焦原因和處理方法。

1 A塔壓力上升情況

2020年6月24日焦化裝置大檢修后開(kāi)工，兩個(gè)焦炭塔生產(chǎn)時(shí)壓力均為0.12MPa。自2020年7月15日開(kāi)始，A塔壓力由0.12MPa逐步上升，至2020年8月30日達(dá)到0.16MPa。如圖1所示，通過(guò)焦塔內(nèi)和油氣線的壓力測(cè)量?jī)x表和現(xiàn)場(chǎng)壓力表顯示，判斷油氣線結(jié)焦；從現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)聲音，在油氣三通處有氣流阻塞聲音，判斷在此處有結(jié)焦堵塞。

圖1 焦炭塔油氣系統(tǒng)流程示意圖

2020年8月30日，將A塔頂油氣三通盲蓋打開(kāi)，如圖2所示，在油氣三通垂直段，急冷油注入口上方與水平管口沿下方位置結(jié)焦；油氣三通的水平管沒(méi)有結(jié)焦現(xiàn)象。如圖3所示，油氣線管徑為DN600，目測(cè)結(jié)焦后剩余最小通徑約30cm，說(shuō)明位置判斷正確和清焦處理及時(shí)。清焦后A塔壓力恢復(fù)到開(kāi)工初期的正常值0.12 MPa。

圖2 焦炭塔頂管線示意圖

圖3 焦炭塔A塔頂油氣線結(jié)焦形態(tài)

從2020年9月17日開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)A塔壓力又開(kāi)始逐步上升，至2020年10月9日，A塔壓力已達(dá)到0.14 MPa。從現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)聲音，在A塔油氣三通處有氣流阻塞聲音，可以判斷在原來(lái)結(jié)焦位置又有結(jié)焦造成堵塞。出現(xiàn)了和上次結(jié)焦同樣的現(xiàn)象，從壓力上升情況分析，結(jié)焦速度仍很快。

2 油氣線異常結(jié)焦危害

2.1 設(shè)備超壓

本次油氣三通處異常結(jié)焦速度快，焦炭塔壓力上升快，引起結(jié)焦原因未找出，沒(méi)有應(yīng)對(duì)結(jié)焦的措施，擔(dān)心下一步油氣線結(jié)焦向其他位置發(fā)展，易造成生產(chǎn)時(shí)焦炭塔超壓，嚴(yán)重時(shí)安全閥起跳，引發(fā)重大生產(chǎn)事故。

2.2 效益損失

延遲焦化工藝設(shè)計(jì)趨勢(shì)是通過(guò)降低操作壓力，以提高液體產(chǎn)品的收率，焦炭塔壓力每降低0.05MPa，液體產(chǎn)品收率平均增加1.3%，焦炭產(chǎn)率下降1%[2]。焦炭塔生產(chǎn)壓力長(zhǎng)期處于高值，石油焦收率上升，對(duì)裝置經(jīng)濟(jì)效益影響很大。

3 引起結(jié)焦因素分析

延遲焦化裝置因?yàn)樗?nèi)油氣線速超設(shè)計(jì)值造成焦粉夾帶、生焦安全空高低、急冷油品質(zhì)差和操作不精細(xì)等因素，這些因素均會(huì)造成油氣線結(jié)焦，通常會(huì)在塔頂油氣三通處垂直和水平位置，但結(jié)焦速度會(huì)緩慢，而且是兩個(gè)塔同時(shí)出現(xiàn)結(jié)焦[3]。本次開(kāi)工后，油氣線結(jié)焦只出現(xiàn)在A塔，B塔壓力一直維持0.12 MPa，未出現(xiàn)異常結(jié)焦現(xiàn)象。根據(jù)能引起油氣線結(jié)焦的因素逐項(xiàng)進(jìn)行分析，排查結(jié)焦原因。

3.1 工藝操作

裝置大檢修前后，一直執(zhí)行原有的《焦炭塔標(biāo)準(zhǔn)化操作60步》，切塔、冷焦、除焦和預(yù)熱等步驟操作沒(méi)有改變；檢查職工現(xiàn)場(chǎng)操作方法和參數(shù)調(diào)整進(jìn)行監(jiān)控未發(fā)現(xiàn)異常。每個(gè)班組輪流對(duì)兩個(gè)塔進(jìn)行操作，如果是人為操作原因引起的，兩個(gè)塔油氣線均會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。

3.2 急冷油品質(zhì)

一般認(rèn)為渣油臨界反應(yīng)溫度是380℃，焦炭塔頂油氣線溫度控制420℃，急冷油中含有渣油組分會(huì)引起急冷油進(jìn)口和油氣三通水平管處結(jié)焦[4]。同類裝置為了避免急冷油引起的結(jié)焦，不斷開(kāi)發(fā)各種新型的注入裝置。本裝置采用的急冷油為焦炭塔預(yù)熱初期產(chǎn)生的重污油和自產(chǎn)蠟油，對(duì)作為急冷油的重污油分析如表1，蠟油組分含量99.6%，可以排除是急冷油品質(zhì)造成的結(jié)焦。

表1 2020年9月2日急冷油餾程分析

3.3 安全空高和油氣線速

焦炭塔安全空高為塔頂切線離泡沫層頂部的距離?？崭咴酱螅蜌鈯A帶焦粉越少，對(duì)減少油氣線結(jié)焦有利[5]。本次開(kāi)工后焦化裝置一直低負(fù)荷生產(chǎn)，負(fù)荷率為設(shè)計(jì)的50%—55%，焦炭塔內(nèi)允許油氣線速遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值；實(shí)施36小時(shí)生焦周期，安全空高>8米。

4 確定結(jié)焦原因

4.1 結(jié)焦形態(tài)

如圖3所示，從本次從結(jié)焦形態(tài)看，結(jié)焦外壁不是圓滑狀，焦體的上部趨于平面，中間部分還有蓬松、架空現(xiàn)象，三通水平管段處沒(méi)有結(jié)焦。從文獻(xiàn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，在高溫油氣不斷流動(dòng)時(shí)結(jié)焦，結(jié)焦外壁應(yīng)為光滑流線型、結(jié)焦致密；結(jié)焦體與管線接觸面應(yīng)有過(guò)渡，同時(shí)會(huì)在油氣三通水平段處結(jié)焦[6]?？梢酝评肀敬尾皇窃谟蜌饩€速大時(shí)結(jié)焦，應(yīng)是油氣線內(nèi)靜態(tài)時(shí)結(jié)焦。

4.2 溢流時(shí)結(jié)焦

確定了本次A塔結(jié)焦是在非生產(chǎn)期間造成的，從整個(gè)焦炭塔操作分析，唯一焦粉能到達(dá)結(jié)焦部位的時(shí)間是溢流操作，如圖2所示，這時(shí)溢流水面恰好位于結(jié)焦部位。在溢流操作2小時(shí)內(nèi)，水面浮焦進(jìn)入DN600油氣線內(nèi)。如圖1所示，油氣線上的旋塞閥、油氣球閥、放空閥均有多點(diǎn)閥門(mén)注汽，注汽介質(zhì)為1.0MPa蒸汽，以防止閥門(mén)盤(pán)根處向外泄漏和內(nèi)密封面結(jié)焦故障，正常情況會(huì)有一定量的蒸汽泄漏到管線內(nèi)，泄漏的高溫蒸汽沿油氣線逆向返塔，與進(jìn)入油氣線內(nèi)的浮焦相接觸。浮焦是焦粉和未反應(yīng)完全的渣油混合物，特別是回?zé)捜嗪?，浮焦中粘稠狀組分增加。逆向返塔的高溫蒸汽將浮焦中的輕組分汽提走，焦粉和重油組分粘在管壁上并固化。趕空氣試壓排汽時(shí)由于線速低，不能把固化的焦吹走，預(yù)熱時(shí)緩慢進(jìn)入A塔420℃高溫油氣將結(jié)的焦再次固化，使生產(chǎn)時(shí)油氣流速?zèng)_刷不掉。這樣每塔溢流時(shí)均有部分泡沫焦結(jié)在油氣線處，導(dǎo)致結(jié)焦速率很快。

5 處理方法

兩個(gè)焦炭塔的操作方法和參數(shù)控制一樣，與大檢修前唯一不同的是所有特閥檢修過(guò)，閥門(mén)注汽內(nèi)漏量可能有變化。如圖1所示，推理大檢修前油氣線上A、B塔油氣旋塞閥、油氣球閥和放空閥注汽內(nèi)漏量大，當(dāng)溢流時(shí)水面上漲接近塔內(nèi)油氣線入口時(shí)，返回蒸汽氣速能將油氣入口處的浮焦吹走，避免了浮焦進(jìn)入到油氣線中。本周期檢修后A塔上述3個(gè)閥門(mén)注氣內(nèi)漏量減小，不足以吹走油氣入口處的浮焦。

焦炭塔油氣旋塞前的壓力表為防止引壓線堵塞，均有DN20反吹掃蒸汽線,定期進(jìn)行反吹。找到A塔油氣線異常結(jié)焦原因后，規(guī)定每次A塔溢流前關(guān)放空閥時(shí)，全開(kāi)壓力表反吹蒸汽閥，人為加大逆向返塔的蒸汽量，避免浮焦進(jìn)入到油氣線內(nèi)，放水后關(guān)閉壓力表反吹掃蒸汽閥，節(jié)能降耗。

6 結(jié)論

自規(guī)定溢流前開(kāi)大壓力表反吹掃蒸汽后，溢流時(shí)浮焦進(jìn)不到油氣線內(nèi)，A塔壓力不再有上升趨勢(shì)，并經(jīng)過(guò)1個(gè)月時(shí)間，壓力從0.14MPa逐步下降到0.13MPa，原來(lái)管壁結(jié)的稍蓬松的焦也不斷脫落。