TRIZ方法在解決設(shè)備堵塞優(yōu)化改造的應(yīng)用

孫娜

（渤海理工職業(yè)學(xué)院，河北 黃驊 061100）

0 引言

隨著加工原油的劣質(zhì)化和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，蒽油加氫作為提升油品品質(zhì)的方法之一，在煉油行業(yè)中的作用越來越重要。30萬噸/年蒽油加氫裝置由于采用新的硫化物作為硫化劑，造成裝置設(shè)備產(chǎn)生堵塞的風(fēng)險(xiǎn)提高。蒽油加氫裝置是高溫、高壓、臨氫操作，一旦設(shè)備發(fā)生堵塞泄露將嚴(yán)重影響裝置安全。本文通過采用TRIZ方法對蒽油加氫裝置設(shè)備產(chǎn)生堵塞的原因進(jìn)行分析，最終解決了蒽油加氫裝置注硫系統(tǒng)設(shè)備堵塞問題。

1 蒽油加氫注硫系統(tǒng)改造后出現(xiàn)設(shè)備堵塞現(xiàn)象

30萬噸/年蒽油加氫裝置設(shè)計(jì)采用二甲基二硫作為硫化劑，因降低裝置生產(chǎn)成本決定以無機(jī)預(yù)硫化劑硫磺代替有機(jī)預(yù)硫化劑二甲基二硫。改造完成后運(yùn)行期間出現(xiàn)換熱設(shè)備堵塞現(xiàn)象。

2015年12月25日至27日裝置在正常生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)系統(tǒng)壓差呈逐漸增大趨勢（圖1），循環(huán)氫壓縮機(jī)防喘振閥開度逐漸增大（圖2）反應(yīng)器出口壓力逐漸升高，反應(yīng)器氫油比呈下降趨勢。此時(shí)高壓換熱器出入口溫度逐漸上升，說明該換熱器換熱效果逐漸變差，根據(jù)以上現(xiàn)象分析此換熱器出現(xiàn)結(jié)垢堵塞的可能性極大并呈加重趨勢。

2 采用TRIZ方法對蒽油加氫裝置換熱器堵塞的原因分析

對使用固態(tài)預(yù)硫化劑硫磺產(chǎn)生的設(shè)備堵塞問題進(jìn)行功能性分析。11月期間蒽油加氫硫化劑使用是二甲基二硫（表1）。高壓換熱器入口溫度199℃，出口溫度178℃，反應(yīng)器壓差1.18kPa（表3）。12月期間蒽油加氫硫化劑使用是固態(tài)硫磺（表2）。高壓換熱器入口溫度升至204℃，出口溫度最高升至187℃，反應(yīng)器壓差升至1.23kPa（表4）。說明系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)某種物質(zhì)造成設(shè)備堵塞使得高壓換熱器溫度升高，反應(yīng)器壓差上升。

表1 11月蒽油加氫硫化劑注入記錄

表2 12月蒽油加氫硫化劑注入記錄

表3 11月蒽油加氫裝置設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)

表4 12月蒽油加氫裝置設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)

對存在問題進(jìn)行因果分析，我們可知蒽油加氫工藝是原料油經(jīng)泵抽入裝置后濾去固體雜質(zhì)，經(jīng)過原料油泵升壓，與循環(huán)氫混合，再和升壓后的原料油混合，升溫后進(jìn)入加氫反應(yīng)器，進(jìn)行加氫、脫硫、脫氧、烯烴飽和、芳烴開環(huán)飽和得到反應(yīng)產(chǎn)物。在加氫過程中由于反應(yīng)程度不斷加深，原料油脫硫深度不斷加強(qiáng)，造成生成油中的硫含量急劇下降，而生成油經(jīng)過加氫精制系統(tǒng)反應(yīng)后進(jìn)入加氫裂化系統(tǒng)內(nèi)的硫含量極低，為防止在反應(yīng)過程中催化劑不被還原，就需要向系統(tǒng)內(nèi)不斷注入硫化劑，以保證催化劑活性。而裝置使用的硫化劑主要成分為二甲基二硫。當(dāng)二甲基二硫與系統(tǒng)內(nèi)氫氣反應(yīng)生成的硫化氫，隨著系統(tǒng)內(nèi)硫化氫濃度不斷增加，硫化氫和系統(tǒng)殘留的氨發(fā)生反應(yīng)生成硫氫化銨。隨工藝物流溫度的降低系統(tǒng)中的硫氫化銨就會(huì)析出，造成設(shè)備堵塞[1]。

根據(jù)硫氫化銨形成原因分析加氫工藝條件下硫氫化銨結(jié)晶溫度在180℃左右，隨著硫化氫的濃度升高結(jié)晶程度不斷加深。通過對反應(yīng)餾出物中硫氫化銨濃度進(jìn)行計(jì)算，得出硫氫化銨結(jié)晶規(guī)律：

（1）系統(tǒng)中硫化氫的濃度是形成硫氫化銨決定因素之一。要減少系統(tǒng)內(nèi)硫氫化銨形成就要控制系統(tǒng)硫化氫濃度，而系統(tǒng)內(nèi)需要保持一定的硫化氫濃度以維持系統(tǒng)催化劑的活性。所以要對系統(tǒng)內(nèi)硫化氫濃度進(jìn)行合理控制，既保證催化劑的活性又降低硫氫化銨形成的可能性。

（2）系統(tǒng)中銨濃度是形成硫氫化銨又一重要因素。銨鹽結(jié)晶物主要來源是加氫反應(yīng)原料中的各類型銨，通過加氫裂化反應(yīng)與硫化氫反應(yīng)生成銨鹽類化合物，經(jīng)過換熱器降溫后結(jié)晶析出，堵塞換熱器管束。造成銨鹽結(jié)晶的結(jié)晶物是硫氫化銨，但銨鹽生成物的本質(zhì)是因?yàn)樵现写嬖诖罅康穆取⒌猍2]。

原料油含硫含氮含氧量越高，反應(yīng)熱越大，溫度容易升高，蒽油中的不飽和烴含量較高，反應(yīng)放熱更大，耗氫也高，形成的銨鹽類化合物越多，當(dāng)達(dá)到一定的溫度時(shí)，銨鹽就會(huì)析出，大量的銨鹽聚集在換熱器，容易造成換熱器堵塞[3]。如果原料油性質(zhì)變化過大，造成催化劑反應(yīng)不穩(wěn)定，也會(huì)造成銨鹽的形成。

3 利用沖突解決理論、物質(zhì)－場分析及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)得出應(yīng)對策略

（1）嚴(yán)格控制加工原料油中的銨類含量。如果加工銨類含量較高原油盡量采取摻煉其它銨類含量較低原油的方式以降低原油中的銨含量，控制蒽油加氫裝置原料油銨含量。

（2）采用固態(tài)預(yù)硫化劑硫磺后，在保證催化劑活性的情況下適當(dāng)降低反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)硫化氫含量，以降低生成硫氫化銨的可能性。

（3）循環(huán)氫壓縮機(jī)保持滿負(fù)荷運(yùn)行，增加循環(huán)氫的循環(huán)量，以提高氫油比，降低循環(huán)氫中氨和氯的分壓，同時(shí)降低銨鹽結(jié)晶溫度，提高高壓換熱器E-102A入口溫度至210℃，避免銨鹽結(jié)晶前移。

（4）改變裝置注水點(diǎn)調(diào)整注水量。蒽油加氫裝置設(shè)計(jì)反應(yīng)系統(tǒng)注水使用的是除鹽水，安裝注水泵為兩臺(tái)高速離心泵，正常生產(chǎn)時(shí)注水量在8t/h，操作溫度180℃左右，裝置注水量和原料進(jìn)料量之比約5%。并定期對低壓分離器酸性水進(jìn)行化驗(yàn)分析，通過化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)表明低壓分離器酸性水氨氮濃度在0.22%左右，折算成硫氫化銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%。低于設(shè)計(jì)的低壓分離器酸性水控制硫氫化銨不超過8%的要求。由于蒽油加氫裝置出現(xiàn)銨鹽結(jié)晶問題。增加注水量至12t/h對換熱器管束進(jìn)行沖洗防止銨鹽繼續(xù)在換熱器結(jié)晶。

（5）蒽油加氫裝置設(shè)計(jì)有兩個(gè)注水點(diǎn)，分別在反應(yīng)產(chǎn)物空冷器入口和高壓換熱器管程入口。在裝置采用固態(tài)硫化劑硫磺后裝置出現(xiàn)設(shè)備堵塞，裝置作出工藝調(diào)整將空冷前注水和換熱器前注水交替進(jìn)行以防止裝置運(yùn)行時(shí)換熱溫度過低造成銨鹽結(jié)晶堵塞高壓換熱器。

4 效果

通過采取對裝置原料油中的銨類含量的控制和對系統(tǒng)硫化氫含量進(jìn)行控制及調(diào)整循環(huán)氫壓縮機(jī)保持滿負(fù)荷運(yùn)行[4]，增加循環(huán)氫的循環(huán)量，提高反應(yīng)器氫油比，以及調(diào)整裝置注水量和改變裝置注水點(diǎn)等措施使得30萬噸/年蒽油加氫裝置換熱器換熱溫度逐步恢復(fù)到正常，反應(yīng)系統(tǒng)壓差明顯得到改善，反應(yīng)系統(tǒng)壓差由1.21MPa逐漸降至1.077MPa，循環(huán)氫壓縮機(jī)防喘振閥開度由43%關(guān)閉至0%。種種現(xiàn)象表明換熱器管束銨鹽結(jié)晶明顯得到有效控制，降低了銨鹽結(jié)晶給裝置帶來的風(fēng)險(xiǎn)，保證裝置安全長周期的運(yùn)行[5]。

5 結(jié)語

針對30萬噸/年蒽油加氫裝置出現(xiàn)的換熱器換熱溫度的波動(dòng)、反應(yīng)壓力的波動(dòng)、反應(yīng)壓差增大等現(xiàn)象。通過采用TRIZ方法對各類操作參數(shù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，確定是裝置采用固態(tài)預(yù)硫化劑硫磺以后高壓換熱器銨鹽結(jié)晶導(dǎo)致的。又采用TRIZ方法沖突解決理論、物質(zhì)－場分析及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)得出應(yīng)對策略對銨鹽結(jié)晶的原因和原理進(jìn)行分析，得到裝置的調(diào)整方案。通過調(diào)整循環(huán)氫的循環(huán)量硫化氫含量，提高氫油比，降低原料中銨含量，提高高壓換熱器的換熱溫度，同時(shí)改變裝置注水點(diǎn)提高注水量等方案解決裝置銨鹽結(jié)晶現(xiàn)象的發(fā)生。