催化裂化裝置貧吸收油泵出口流量低原因分析及對(duì)策

劉學(xué)川

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某公司480萬(wàn)t/a催化裂化(簡(jiǎn)稱(chēng)催化Ⅱ)裝置由中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的水力學(xué)彈性范圍為60%～110%，年開(kāi)工時(shí)間為8 400 h。反應(yīng)提升管部分采用中國(guó)石化股份有限公司石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的多產(chǎn)異構(gòu)烷烴、催化裂化汽油改質(zhì)降烯烴技術(shù)，即MIP工藝方案，提升管出口采用密閉旋流式快速分離系統(tǒng)(VQS)；再生部分采用SEI開(kāi)發(fā)的重疊式兩段不完全再生技術(shù)，三旋采用BSX型大旋分式旋風(fēng)分離器。加工原料由來(lái)自渣油加氫裝置的加氫重油和蠟油加氫裝置的加氫蠟油混合組成。主要產(chǎn)品為液化氣、汽油、輕循環(huán)油(柴油餾分)和重循環(huán)油，副產(chǎn)干氣和油漿。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)采用常規(guī)四塔流程。

1 貧吸收油泵出口流量低問(wèn)題描述

貧富吸收油系統(tǒng)流程如圖1所示。貧吸收油自分餾塔C201第16層或29層由貧吸收油泵P205抽出，送至解吸塔底重沸器為解吸塔底脫乙烷汽油提供一部分熱源后，經(jīng)過(guò)貧富吸收油換熱器E205A/B和貧吸收油冷卻器E216A/B換熱后進(jìn)入再吸收塔，再吸收塔底部來(lái)富吸收油經(jīng)貧富吸收油換熱器E205A/B換熱后返回分餾塔C201第20層或第33層。即當(dāng)柴油作貧吸收油時(shí)，從分餾塔C201第16層抽出，返回到第20層；當(dāng)頂循環(huán)油作貧吸收油時(shí)，從分餾塔C201第29層抽出，返回到第33層。

圖1 貧富吸收油系統(tǒng)流程圖

催化Ⅱ裝置于2017年9月首次開(kāi)車(chē)成功后，在投用柴油作貧吸收油，從分餾塔C201第16層抽出，返回到第20層，發(fā)現(xiàn)貧吸收油泵P205出口流量很低，稍微增大泵出口閥的開(kāi)度，泵出口壓力快速下降且出現(xiàn)抽空現(xiàn)象，同時(shí)泵的振動(dòng)值明顯上升。貧吸收油泵出口流量設(shè)計(jì)正常工況為140 t/h，開(kāi)工后實(shí)際流量約16 t/h。

由于貧吸收油出口流量低，進(jìn)入再吸收塔底部的貧氣夾帶的汽油和少量C3、C4組分不能被貧吸收油有效吸收，造成干氣帶液和干氣中C3以上組分含量高的問(wèn)題，嚴(yán)重影響后續(xù)加工裝置的操作和經(jīng)濟(jì)效益。

2 貧吸收油泵出口流量低問(wèn)題排查

2.1 貧吸收油泵排查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，貧吸收油泵P205的入口過(guò)濾器內(nèi)沒(méi)有雜物堵塞，排除泵入口過(guò)濾器堵塞所導(dǎo)致的泵出口流量低。在啟泵前，加強(qiáng)泵體脫水和泵出口管線(xiàn)脫氣，在泵低流量運(yùn)行過(guò)程中，貧吸收油抽出溫度在238 ℃左右，說(shuō)明泵體內(nèi)沒(méi)有明水存在，排除由于泵體帶水所導(dǎo)致的泵抽空和流量低。

2.2 貧吸收油自分餾塔抽出至泵入口管線(xiàn)排查

通過(guò)關(guān)小同一集油箱對(duì)面的輕柴油進(jìn)輕柴油汽提塔的抽出閥，發(fā)現(xiàn)當(dāng)該輕柴油抽出閥關(guān)小至1/4閥位后，貧吸收油泵P205出口流量開(kāi)始上升，在泵出口控制閥開(kāi)度不大的情況下，泵出口流量能達(dá)到100 t/h，滿(mǎn)足操作要求。然后將輕柴油進(jìn)輕柴油汽提塔的抽出閥再逐漸開(kāi)大，貧吸收油泵出口流量開(kāi)始下降至16 t/h左右，同時(shí)泵出現(xiàn)抽空和振動(dòng)升高現(xiàn)象，被迫關(guān)小泵出口閥。說(shuō)明貧吸收油自分餾塔抽出至泵入口管線(xiàn)不存在堵塞。通過(guò)判斷上述現(xiàn)象可知，貧吸收油泵出口流量低可能由分餾塔抽出的貧吸收油量少所致。

3 貧吸收油泵出口流量低原因分析

3.1 催化Ⅱ裝置產(chǎn)品分布與設(shè)計(jì)存在較大偏離

在裝置首次開(kāi)工前，按照公司整體考慮，要求在不改變反應(yīng)器、再生器設(shè)備結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整催化劑配方、優(yōu)化操作參數(shù)等措施，最大限度地提高丙烯收率，降低汽柴油總收率。開(kāi)工后實(shí)際產(chǎn)品分布和設(shè)計(jì)產(chǎn)品分布如表1所示。

從表1可以看出，液化氣收率比設(shè)計(jì)值高，差值為4.75%，柴油收率比設(shè)計(jì)值低，差值為7.11%，與設(shè)計(jì)值相差較大。裝置開(kāi)工后，處理量長(zhǎng)期維持在70%左右，離滿(mǎn)負(fù)荷相差較大，兩個(gè)因素疊加，導(dǎo)致分餾塔內(nèi)實(shí)際進(jìn)入柴油集油箱的柴油量較低，影響了貧吸收油的抽出。

表1 開(kāi)工后實(shí)際產(chǎn)品分布和設(shè)計(jì)產(chǎn)品分布

3.2 貧吸收油抽出口比柴油抽出口高

貧吸收油和柴油抽出集油箱及抽出口位置如圖2所示。

圖2 貧吸收油和柴油抽出集油箱

圖2中集油箱為上部開(kāi)口的類(lèi)似長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，小環(huán)為貧吸收油抽出口，大環(huán)為輕柴油抽出口，兩個(gè)抽出口在同一集油箱靠近底部抽出，抽出口呈對(duì)稱(chēng)分布且兩個(gè)抽出口的中心線(xiàn)等高。柴油抽出口管線(xiàn)直徑為300 mm，貧吸收油抽出口管線(xiàn)直徑為250 mm。因此，實(shí)際柴油抽出口的最底部要比貧吸收油抽出最底部低25 mm，柴油抽出口橫截面積比貧吸收油抽出口大1.44倍。

分餾塔C201柴油抽出口和貧吸收油抽出口的中心線(xiàn)距離柴油集油箱底部為175 mm。通過(guò)對(duì)比兩種不同工況下柴油量和貧吸收油量，反算出集油箱內(nèi)實(shí)際液位，如表2所示。

表2 不同工況下柴油集油箱的液位

由表2可以看出，在兩種工況下，柴油集油箱液位都很低，甚至還不到柴油和貧吸收油抽出口中心線(xiàn)的一半。因此，柴油集油箱內(nèi)柴油大部分通過(guò)柴油抽出口進(jìn)入輕柴油汽提塔內(nèi)，只有少部分通過(guò)貧吸收油抽出口抽出，導(dǎo)致貧吸收油泵出口流量一直很低。

4 采取的對(duì)策

由于柴油集油箱沒(méi)有液位顯示，關(guān)小輕柴油抽出閥可能會(huì)導(dǎo)致柴油不能從分餾塔內(nèi)及時(shí)抽出，進(jìn)而導(dǎo)致分餾塔操作波動(dòng)。因此，采取對(duì)策如下三點(diǎn)。

4.1 采用分餾系統(tǒng)頂循環(huán)油作貧吸收油

以前大部分催化裂化裝置的貧吸收油皆為柴油。隨著MIP工藝技術(shù)在催化裂化裝置的廣泛應(yīng)用，柴油的性質(zhì)越來(lái)越差。由于催化柴油性質(zhì)差、密度過(guò)大，再吸收塔內(nèi)液相流動(dòng)差，造成再吸收塔壓降增大、霧沫夾帶、干氣帶液等嚴(yán)重問(wèn)題，影響下游裝置的正常運(yùn)行[1]。因此，在本裝置設(shè)計(jì)時(shí)就增加了分餾系統(tǒng)頂循環(huán)油作貧吸收油流程，即從分餾塔C201第29層抽出，返回到第33層。

將貧吸收油由柴油切換為頂循環(huán)油之后，貧吸收油泵出口流量很快就從原來(lái)16 t/h提高至正常操作的約90 t/h，貧吸收油泵運(yùn)行良好，且貧吸收油泵出口流量還有提升空間。再吸收塔頂出來(lái)的干氣帶液現(xiàn)象明顯減少，干氣中C3以上組分含量(體積分?jǐn)?shù))也能控制在3%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

分餾系統(tǒng)頂循環(huán)油作貧吸收油會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，由于腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致頂循環(huán)油系統(tǒng)多數(shù)換熱器和重沸器相繼發(fā)生泄漏，許多閥門(mén)由于結(jié)垢而內(nèi)漏，甚至不能操作[2]。

本裝置隨著頂循環(huán)油作貧吸收油以后，正常生產(chǎn)期間陸續(xù)出現(xiàn)貧吸收油和頂循環(huán)油備用泵內(nèi)結(jié)鹽導(dǎo)致盤(pán)不動(dòng)車(chē)、干氣預(yù)提升控制閥后管線(xiàn)和干氣出裝置流量計(jì)內(nèi)結(jié)垢等問(wèn)題。檢修期間發(fā)現(xiàn)頂循環(huán)油作熱源的氣分裝置脫丙烷塔底重沸器、C4分餾塔底重沸器存在嚴(yán)重的腐蝕，被迫更換部分換熱器管束或?qū)Ωg部位進(jìn)行補(bǔ)焊。因此，頂循環(huán)油作貧吸收油不是最佳選擇。

4.2 采用輕柴油汽提塔的柴油作貧吸收油

考慮到頂循環(huán)油作貧吸收油時(shí)會(huì)引起腐蝕、結(jié)垢等其它問(wèn)題，經(jīng)過(guò)流程優(yōu)化和調(diào)整，將輕柴油汽提塔內(nèi)的柴油引至貧吸收油泵入口，即通過(guò)開(kāi)工柴油流程，將柴油汽提塔抽出至輕柴油泵P204入口與貧吸收油泵P205入口連通，保證輕柴油泵P204和貧吸收油P205都能夠?qū)⑤p柴油汽提塔內(nèi)的柴油抽出，流程如圖3所示。該流程投用后，解決了貧吸收油泵出口流量低的問(wèn)題，干氣帶液明顯減少，且干氣中C3以上組分含量穩(wěn)定在3%以?xún)?nèi)，如圖4所示。也解決了頂循環(huán)油作貧吸收油時(shí)引起的貧吸收油和頂循泵備用泵盤(pán)不動(dòng)車(chē)、干氣預(yù)提升控制閥后和干氣出裝置流量計(jì)結(jié)垢等問(wèn)題。

圖3 開(kāi)工柴油流程

圖4 頂循環(huán)油作貧吸收油后干氣中C3以上組分含量

該流程投用后，會(huì)占用開(kāi)工柴油收封油至封油罐流程。一旦裝置切斷進(jìn)料，需要從裝置外引開(kāi)工柴油作封油。因此，事故狀態(tài)下裝置切斷進(jìn)料后，必須盡快停貧吸收油泵，將流程改回裝置收開(kāi)工柴油至封油罐流程，給裝置緊急停工帶來(lái)一些困難。

另外，蠟油加氫裝置加工催化輕柴油需要利用催化裂化裝置的開(kāi)工柴油線(xiàn)。即催化輕柴油出裝置流程跨至開(kāi)工柴油線(xiàn)，通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)工柴油線(xiàn)倒走至蠟油加氫裝置的開(kāi)工柴油線(xiàn)后進(jìn)裝置。因此，當(dāng)蠟油加氫裝置加工催化輕柴油需要占用開(kāi)工柴油流程時(shí)，輕柴油汽提塔的柴油作貧吸收油就不能實(shí)現(xiàn)。

4.3 分餾塔柴油集油箱內(nèi)增加隔板

為了徹底解決貧吸收油泵出口流量低的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)院和塔內(nèi)件廠家溝通，決定檢修期間在分餾塔柴油集油箱內(nèi)的長(zhǎng)邊中部靠近輕柴油抽出口位置增加500 mm高的隔板，使柴油集油箱靠近貧吸收油側(cè)的液位高于貧吸收油抽出口，多余部分通過(guò)溢流至輕柴油抽出口，如圖5所示。

圖5 增加隔板的柴油集油箱

改造后，在裝置開(kāi)工和正常生產(chǎn)期間，貧吸收油改為從分餾塔16層抽出，貧吸收油泵運(yùn)行正常、泵出口流量按116 t/h控制，徹底解決了干氣帶液、設(shè)備腐蝕、管線(xiàn)結(jié)垢、貧吸收油和頂循泵備泵盤(pán)不動(dòng)車(chē)等問(wèn)題，保障了裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。改造后干氣中C3以上組分含量如圖6所示。從圖6可看出，干氣質(zhì)量滿(mǎn)足要求，且大部分時(shí)間在2.5%以下。

圖6 改造后干氣中C3以上組分含量

5 結(jié)論

貧吸收油泵出口流量低，主要因?yàn)榇呋鸦b置產(chǎn)品分布與設(shè)計(jì)存在較大偏離，以及貧吸收油抽出口比柴油抽出口高所致。在第一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)通過(guò)投用頂循環(huán)油作貧吸收油，輕柴油汽提塔的柴油作貧吸收油流程可解決該問(wèn)題，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)設(shè)備腐蝕、管線(xiàn)結(jié)垢、流程沖突等其它問(wèn)題。利用檢修期間在分餾塔柴油集油箱內(nèi)增加500 mm的隔板后，開(kāi)工后貧富吸收油系統(tǒng)已正常運(yùn)行8個(gè)月，徹底解決了貧吸收油泵出口流量低的問(wèn)題，干氣產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制。