渣油加氫裝置高低分界位分離不清的原因及應(yīng)對(duì)措施

王 清

(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)

1 渣油加氫裝置現(xiàn)狀

某公司根據(jù)煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目總流程安排，新建一套 260萬(wàn)噸/年渣油加氫裝置，該裝置為國(guó)內(nèi)最大的單系列渣油加氫裝置，采用了固定床渣油加氫工藝技術(shù)。渣油加氫裝置由反應(yīng)系統(tǒng)(包含新氫壓縮機(jī)、循環(huán)氫脫硫)、分餾系統(tǒng)、氣體脫硫及公用工程系統(tǒng)組成。裝置選用撫順石油化工研究院研制開(kāi)發(fā)的 FZC系列渣油加氫催化劑，包括保護(hù)劑、脫金屬劑、脫硫劑、脫殘?zhí)縿┖椭蝿?，以輕蠟油、重蠟油、減壓渣油、焦化蠟油以及脫瀝青油為原料，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一系列催化加氫反應(yīng)，脫除硫、氮、氧、金屬等雜質(zhì)，降低殘?zhí)亢?，為催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)的原料，同時(shí)生產(chǎn)部分柴油，并且副產(chǎn)少量石腦油和干氣。

2 流程簡(jiǎn)述

酸性水帶油主要是發(fā)生在高低分系統(tǒng)油水分離不徹底以及酸性水系統(tǒng)，相關(guān)流程見(jiàn)圖1。

圖1 高、低壓分離系統(tǒng)和酸性水系統(tǒng)

常減壓裝置來(lái)的減壓渣油、輕蠟油、重蠟油與焦化裝置來(lái)的焦化蠟油和自溶脫裝置來(lái)的脫瀝青油混合后一塊進(jìn)入原料油系統(tǒng)，爐前與混氫混和，通過(guò)加熱爐加熱，依次進(jìn)入五個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)生成油先在熱高壓分離器V103進(jìn)行氣相和液相分離， 液相經(jīng)熱低壓分離器V104脫氣后進(jìn)入汽提塔T201，氣相經(jīng)三個(gè)換熱器和空氣冷卻器冷卻，后在冷高壓分離器V105進(jìn)行油汽水三相分離，冷高分氣相進(jìn)循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)，水相經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入酸性水系統(tǒng)，油相進(jìn)入冷低壓分離器V106再次進(jìn)行油汽水三相分離，冷低分氣相經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入氣體脫硫系統(tǒng)，水相進(jìn)入酸性水罐V111，油相經(jīng)過(guò)換熱器換熱后進(jìn)汽提塔T201，汽提塔頂部氣相經(jīng)空冷冷卻后進(jìn)入塔頂回流罐V201進(jìn)行油氣水三相分離，汽提塔底部液相進(jìn)入分餾塔T202再次分離。

3 現(xiàn)象

高低分界位分離不清會(huì)造成儀表遠(yuǎn)傳失靈，中控界位調(diào)節(jié)操作困難，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)玻璃板油水分離不清晰，沒(méi)有明顯分層不能及時(shí)校對(duì)界位，帶油的現(xiàn)象包括：(1)冷高分界位采樣器中，含硫污水有帶油情況；(2)冷低分界位帶油后，造成界位失靈，后續(xù)酸性水閃蒸罐內(nèi)部也有帶油情況，水帶油情況造成對(duì)下游污水汽提裝置的沖擊。

圖2 V111酸性水采樣

圖3 V106界位玻璃板

4 直接原因

冷高分罐中有重油，冷高分油流至冷低分，造成冷高分、冷低分油水分離程度不好。

5 間接原因

5.1 高換內(nèi)漏

原料油與熱高分換熱器E103內(nèi)漏，原料油漏到冷高分，渣油組分影響了冷高分的油水分離，如表1，經(jīng)化驗(yàn)分析冷低分油性質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)冷低分油組分較渣油組分輕，排除此種現(xiàn)象。

表1 冷低分油化驗(yàn)分析

5.2 熱高分液位設(shè)置過(guò)高

高分的作用之一是汽液分離。高分的液位控制是保證油氣分離效果的重要參數(shù)，液位過(guò)高，氫氣的停留時(shí)間短，油霧的沉降高度小，會(huì)造成油氣分離效果差；相反液位過(guò)低易造成高壓串低壓的情況，不利于安全生產(chǎn)。熱高分氣帶走大量的油到冷高分中導(dǎo)致分離效果差，影響冷高分界位穩(wěn)定，而冷高分的界位控制是影響含硫污水與生成油分離效果的主要因素。一般要求熱高分液位控制在40%—45%，保證分離效果。如圖4所示，熱高分液位控制相對(duì)較低并不存在因?yàn)橐何桓邔?dǎo)致油氣分離效果不好。

圖4 熱高分液位趨勢(shì)圖

5.3 界位控制過(guò)低，造成油水分離時(shí)間不夠

冷高分和冷低分界位控制過(guò)低，造成油水分離停留時(shí)間不夠，但裝置經(jīng)歷過(guò)反應(yīng)初期的界位分離不清后，界位通?？刂圃?0%以上，排除。

5.4 冷低分界位液位計(jì)和界控閥設(shè)計(jì)不合理

5.4.1 壓差式液位計(jì)

冷低分罐V106是豎式分離罐，容積18.6m3，界位遠(yuǎn)傳采用壓差式液位計(jì)，根據(jù)壓差原理，不同高度的液體的密度不同，正負(fù)壓室檢測(cè)到的壓差不同，兩室在高度一致的情況下，壓差隨著介質(zhì)的密度成正比例變化，所以通過(guò)壓差就可以監(jiān)測(cè)液面的高度，但是隨著液面的波動(dòng)或介質(zhì)密度的變化，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確，同時(shí)會(huì)干擾界控閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)，造成中控操作人員判斷失誤，存在著這種現(xiàn)象。

5.4.2 冷低分界控閥

冷低分界控閥LV11502，公稱(chēng)直徑DN50，最大流量為2t/h，調(diào)節(jié)閥閥位中控室開(kāi)至100%，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最大開(kāi)度為58.6%，導(dǎo)致界控閥不能及時(shí)調(diào)節(jié)界位，現(xiàn)場(chǎng)人員需一直觀看玻璃板，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)調(diào)節(jié)閥副線，保證界控閥LV11502在中控有調(diào)節(jié)余地，防止油帶水進(jìn)入汽提塔T201，造成波動(dòng)。

5.5 循環(huán)氫量過(guò)大

循環(huán)氫量過(guò)大，造成循環(huán)氫把渣油組分帶到冷高分，造成冷高分油水分離難度增加。目前有兩種判斷：一是循環(huán)氫流量?jī)x表顯示不準(zhǔn)確，實(shí)際循環(huán)氫量比較大，但目前儀表顯示的循環(huán)氫壓縮機(jī)C101的入口流量，從1月份到5月份平均值為225273.8229 Nm3/h，最大值為264548.8 Nm3/h，遠(yuǎn)小于理論轉(zhuǎn)速下循環(huán)氫量，由于循環(huán)氫流量?jī)x表顯示值低導(dǎo)致壓縮機(jī)防喘振點(diǎn)離喘振線較近，防喘振閥開(kāi)度在20%左右，大量的循環(huán)氫流量短路，經(jīng)過(guò)前期幾方共同分析，可能是沈鼓廠家提供儀表規(guī)格書(shū)有誤，造成表顯示流量偏低，2021年6月9日聯(lián)系廠家，儀表重新校對(duì)循環(huán)氫流量計(jì)后，如圖5所示，循環(huán)氫流量漲至270588 Nm3/h，防喘振閥慢慢關(guān)閉后，防喘振點(diǎn)離曲線較遠(yuǎn)；二是操作調(diào)整循環(huán)氫轉(zhuǎn)速時(shí)，短時(shí)間內(nèi)提高過(guò)快，導(dǎo)致循環(huán)氫的氣流量和流速增漲過(guò)快，混合氫和反應(yīng)生成的油氣混合相進(jìn)入熱高分V103后，氣液分離效果不徹底，熱高分氣夾帶重油作用增強(qiáng)，混合相中較重的渣油組分被高速大氣量的混合氣流夾帶至冷高壓分離器V105內(nèi)，分離難度增加。

表2 循環(huán)氫壓縮機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)

圖5 循環(huán)氫壓縮機(jī)入口流量趨勢(shì)圖

5.6 熱高分夾帶重組分至冷高分(俗稱(chēng)發(fā)泡)

熱高分內(nèi)部為循環(huán)氫、反應(yīng)產(chǎn)物油，循環(huán)氫夾帶重油至冷高分，造成冷高分內(nèi)部水、油分離困難，進(jìn)而影響冷低分的油、水分離效果，造成界位中帶油。

嚴(yán)重發(fā)泡的現(xiàn)象為熱高分液位劇烈波動(dòng)，大量熱高分氣夾帶重組分至冷高分，帶動(dòng)冷高分、冷低分液位和界位的波動(dòng)，油帶水和水帶油情況輪流發(fā)生，油帶水對(duì)分餾系統(tǒng)造成沖擊，造成柴油難以拔出，分餾部分大幅度降溫，反過(guò)來(lái)又影響原料溫度，造成過(guò)濾器壓差高等等，裝置操作十分困難；水帶油主要沖擊下游污水汽提裝置，造成其污油量增大，輕污油庫(kù)存上漲。此現(xiàn)象多發(fā)生在裝置初、末期。

輕微發(fā)泡表現(xiàn)為熱高分少量夾帶重組分至冷高分，造成冷高分、冷低分界位分離不清，油水混合分離比較難，也會(huì)導(dǎo)致油帶水或者水帶油情況。目前發(fā)生的屬于此種現(xiàn)象。原因分析如下：

5.6.1 原料問(wèn)題

加工低芳烴油種時(shí)，由于原料中芳香分含量較少時(shí)，瀝青質(zhì)易析出而導(dǎo)致催化劑失活，造成膠質(zhì)、瀝青質(zhì)反應(yīng)深度不足而生成沒(méi)有完全反應(yīng)的中間產(chǎn)物，導(dǎo)致發(fā)泡現(xiàn)象發(fā)生。在裝置運(yùn)行初期，催化劑活性較高，芳香分反應(yīng)劇烈，芳香分由于被加氫反應(yīng)飽和而含量降低，渣油膠體體系穩(wěn)定性逐步下降，造成瀝青質(zhì)析出明顯，同時(shí)因反應(yīng)溫度低，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)在反應(yīng)器中反應(yīng)不完全，易造成發(fā)泡[1]。

穩(wěn)定指數(shù)=(芳烴+膠質(zhì))/(飽和烴+瀝青質(zhì))，穩(wěn)定指數(shù)越高，體系越穩(wěn)定，不容易發(fā)生發(fā)泡現(xiàn)象。我廠的穩(wěn)定指數(shù)約為1.87，當(dāng)渣油穩(wěn)定指數(shù)<2時(shí)，通常認(rèn)為其性質(zhì)不穩(wěn)定，容易發(fā)生發(fā)泡現(xiàn)象。

隨著渣油裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不斷地增加，催化劑活性減弱，受熱力學(xué)限制，芳香分反應(yīng)速度變緩，同時(shí)為減小因催化劑活性減弱的影響，不斷地提高反應(yīng)溫度，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的反應(yīng)深度相應(yīng)增加，發(fā)泡幾率減小。

5.6.2 反應(yīng)深度問(wèn)題

表4為2021年5月10日和11日裝置數(shù)據(jù)對(duì)比，當(dāng)反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、處理量一致時(shí)，降低摻渣比后，發(fā)泡效果減輕。根據(jù)表3和表4分析原因：當(dāng)摻渣量提高時(shí)或者原料中瀝青質(zhì)含量高時(shí)，瀝青質(zhì)含量會(huì)相應(yīng)增加，易導(dǎo)致膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的反應(yīng)深度不足而生成不完全中間產(chǎn)物(這些都是界面活性大、乳化能力強(qiáng)的物質(zhì))，或者較多膠質(zhì)沒(méi)有參與反應(yīng)就隨反應(yīng)生成油進(jìn)入高低分系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)泡。

表3 濾后原料油性質(zhì)分析

表4 反應(yīng)深度與摻渣比的關(guān)系

5.6.3 熱高分空間太少或熱高分分離效果不好，導(dǎo)致熱高分氣帶液

對(duì)比同等規(guī)模天津石化260萬(wàn)噸/年渣油加氫裝置，雖然洛陽(yáng)比天津熱高分容積大8m3，但是入口分離器、頂部分離器等內(nèi)構(gòu)件均不一致。洛陽(yáng)石化的熱高分頂部分離器孔徑較大，同時(shí)相比天津熱高分分離器少設(shè)置一層破沫網(wǎng)，可能造成分離效果不好，抗發(fā)泡能力較弱。

5.6.4 熱高分進(jìn)料溫度低

溫度低造成液相黏度增加，表面張力增大，小液滴難以結(jié)合成大液滴，造成部分小液滴被氣流帶出；另一方面，被拉成薄膜的液滴包裹的氣體難以析出，加重了液體被帶出的趨勢(shì)[2]。目前裝置控制熱高分溫度控制在設(shè)計(jì)操作溫度360℃，可以排除。

6 建議及措施

(1)聯(lián)系洛陽(yáng)院組隊(duì)來(lái)診斷，以解決循環(huán)氫量偏離設(shè)計(jì)工況的問(wèn)題，對(duì)比洛陽(yáng)、天津熱高分內(nèi)構(gòu)件不同，看是否是由于循環(huán)氫量偏大、熱高分內(nèi)構(gòu)件不同導(dǎo)致。

(2)優(yōu)化原料。低芳烴油種不是渣油加氫優(yōu)質(zhì)原料，容易導(dǎo)致瀝青質(zhì)析出，應(yīng)適當(dāng)減少低芳烴油種摻煉量，特別是在裝置運(yùn)行初期，盧拉、拉帕、巴士拉等低含芳烴油種摻煉比例不應(yīng)大于20%。應(yīng)控制合適的裝置摻渣量，不可一味追求高經(jīng)濟(jì)效益而提高摻渣量甚至明顯超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，以防原料瀝青質(zhì)含量過(guò)多。下一步也可以引入催化柴油，改善原料的穩(wěn)定指數(shù)。

(3)反應(yīng)深度要及時(shí)跟上。在系統(tǒng)壓力不變，原料性質(zhì)和量難以改變的情況下，提高反應(yīng)溫度是唯一的手段。當(dāng)摻渣提高，提高溫度可降低發(fā)泡幾率，但不可一味提高，否則將嚴(yán)重縮短催化劑壽命，不利于裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，在此之間需要找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

(4)加強(qiáng)管理，精細(xì)化操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，防止分離器液位或界位失靈，影響操作。

(5)正常生產(chǎn)過(guò)程用要注意平穩(wěn)操作，如出現(xiàn)異常情況及時(shí)聯(lián)系外操校對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和中控顯示。對(duì)V105、V106液位和界位控制平穩(wěn)，防止大幅度波動(dòng)。

(6)及時(shí)采樣化驗(yàn)分析，一旦帶油要及時(shí)調(diào)整，并通過(guò)V111酸性水罐撇油線進(jìn)行撇油，防止帶油進(jìn)入污水汽提裝置，影響生產(chǎn)。