S Zorb 裝置反應(yīng)進(jìn)料換熱器E101 快速結(jié)焦情況分析

周 林

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

引言

某石化2.4 Mt/a S Zorb 裝置自2017 年10 月首開成功，至2021 年3 月第一個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束開始停工檢修，2021 年4 月裝置檢修完成開始開工投料，但在投料期間反應(yīng)進(jìn)料換熱器E101 管程壓降快速上漲，以至于3 天上漲到350 kPa，嚴(yán)重影響裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)，裝置被迫單列切除依次進(jìn)行換熱器管束清洗。以下將詳細(xì)介紹此次異常事件前因后果。

1 反應(yīng)進(jìn)料換熱器概況

某石化S Zorb 裝置反應(yīng)進(jìn)料換熱器E-101 布置有并排兩列共10 臺(tái)，自低向高分別為A/B/C/D/E 和F/G/H/I/J，換熱器型式為行業(yè)普遍應(yīng)用的U 型管換熱器，其中反應(yīng)進(jìn)料自地面進(jìn)入管程入口，反應(yīng)產(chǎn)物自平臺(tái)走殼程入口。

1.1 E101 壓降變化過程

4 月19 日 引預(yù)加氫精制油進(jìn)裝置墊油開始熱油運(yùn)；

4 月23 日 反應(yīng)系統(tǒng)開始進(jìn)料逐步提至180 t/h；

4 月24 日 引Ⅱ催化汽油直供進(jìn)裝置；

4 月27 日 反應(yīng)進(jìn)料換熱器E-101F 列開始切除。

1.2 E101 管程壓降變化

由圖1 可知，反應(yīng)進(jìn)料逐步提高過程中，E101 管程隨之上漲屬于正常現(xiàn)象。但當(dāng)反應(yīng)進(jìn)料量調(diào)整到位后，反應(yīng)進(jìn)料切換催化汽油直供料后，E101 管程壓降開始快速上漲到320kPa。其中切換催化汽油24 h 內(nèi)上漲速度較快，隨后E101 壓降上漲速度減緩最終維持穩(wěn)定。E101 壓降波動(dòng)期間是裝置進(jìn)行換熱器調(diào)整，嘗試減緩E101 壓降上漲速度。

圖1 E101 管程壓降/反應(yīng)進(jìn)料變化趨勢(shì)圖

1.3 E101 內(nèi)部結(jié)焦情況

因E-101 嚴(yán)重結(jié)焦影響裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)，因此裝置決定對(duì)E101 進(jìn)行單列隔離檢修，另一列低負(fù)荷運(yùn)行。將F 列隔離檢修打開E101-J 管箱發(fā)現(xiàn)，如圖2的情況。

圖2 E101-J 管箱拆開后管束堵塞情況

由圖2 可知，E101-J 管束入口堵塞極為嚴(yán)重，將換熱器管箱拆開后，管束入口黏附大量黑褐色固體雜質(zhì)，部分固體雜質(zhì)呈薄片狀；管程出口管束較入口堵塞明顯較輕；從同一列其他換熱器檢查結(jié)果得知，越接近原料氣化段，結(jié)垢堵塞越嚴(yán)重。

2 換熱器結(jié)焦固體分析結(jié)果

在換熱器檢修結(jié)束后，裝置將換熱器管束結(jié)焦物樣品寄至石科院進(jìn)行分析得到以下結(jié)果，如表1所示。

表1 E-101 F 列垢樣XRF 全分析結(jié)果

由化驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，垢樣主要元素成分為Fe、O、S，而C 含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）僅占1%～2%，因此此次結(jié)垢物不是傳統(tǒng)意義上生焦，與行業(yè)普遍結(jié)焦情況有很大區(qū)別。

其次紅外高頻爐燃燒紅外法也表明結(jié)果，如表2所示。

表2 E-101 F 列垢樣高頻爐燃燒紅外分析結(jié)果

垢樣中存在大量硫元素，而碳元素相對(duì)較少，此分析結(jié)果也對(duì)上一分析結(jié)果進(jìn)行佐證。

參考相關(guān)文獻(xiàn)分析此類物質(zhì)形成可能原因[1]：反應(yīng)進(jìn)料中攜帶大量可溶性鐵元素及部分不溶性鐵銹，經(jīng)過E-101 換熱加熱與活進(jìn)料中性較強(qiáng)的硫化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在設(shè)備和管道表面生成硫化鐵。硫化鐵之間的吸引力很強(qiáng)，聚集起來覆蓋在換熱器管束內(nèi)壁及管板上，造成壓降增加。并且水及溶解氧的存在可能也是形成此類沉積物的原因之一。

3 換熱器結(jié)焦直接原因分析

E-101 管程結(jié)焦現(xiàn)象是同類裝置普遍存在問題，但最快結(jié)焦堵塞換熱器導(dǎo)致需要處理的也是在運(yùn)行半個(gè)月左右，此次投料三天管程壓降上漲至350kPa情況暫無先例。

通常管程結(jié)焦主要誘因是原料中存在大量結(jié)焦前驅(qū)物，例如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，還有烯烴尤其是二烯烴含量高，重芳烴也能生產(chǎn)膠質(zhì)，此類E-101 生成的結(jié)焦物分析碳含量較高，原料分析也能得到化驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐[2]。但此次結(jié)焦情況不同以往。針對(duì)可能造成此種情況的原因進(jìn)行分析。

3.1 原料過濾器故障

如原料過濾器故障導(dǎo)致原料油未能充分過濾則可能導(dǎo)致E101 管程結(jié)焦。實(shí)際上原料過濾器ME-104A/B 均為大檢修更換濾芯后首次投用，理論上濾芯破損或安裝缺陷可能性較低。裝置后續(xù)拆開檢查投用組ME-104A，未發(fā)現(xiàn)ME-104A 管束破損或管板內(nèi)漏情況，因此基本排除此原因。

3.2 裝置內(nèi)部設(shè)備、管道較臟

此次S Zorb 裝置開工先是對(duì)原料罐D(zhuǎn)-101、穩(wěn)定塔回流罐D(zhuǎn)-201 上水，進(jìn)行原料、穩(wěn)定系統(tǒng)的水洗和水聯(lián)運(yùn)操作；然后將水退掉后引入精制油再進(jìn)行油聯(lián)運(yùn)，過程中間斷性進(jìn)行了靜置排污油操作，污油采樣觀察較為清澈透明，化驗(yàn)分析常規(guī)項(xiàng)目未見異常，期間多次送污油至污油管網(wǎng)。因此，裝置內(nèi)的管線較為干凈可靠。

3.3 原料油性質(zhì)差、雜質(zhì)較多

此次S Zorb 裝置開工油選擇預(yù)加氫精制油，開工期間化驗(yàn)分析硫含量、氮含量、烯烴含量均較低，采樣觀察清澈透明，且其作為重整Ⅱ進(jìn)料對(duì)各種金屬含量要求較高，因此其性質(zhì)得以保證。

但自引入催化Ⅱ汽油后，E-101 壓差急劇上漲。自界區(qū)采樣發(fā)現(xiàn)催化Ⅱ汽油性質(zhì)極差，肉眼可見黑色雜質(zhì)極多，部分時(shí)候可見油水分層，連續(xù)間隔0.5 h 時(shí)間采樣照片，如圖3 所示。

圖3 S Zorb 裝置原料催化Ⅱ汽油樣品

裝置發(fā)現(xiàn)此異常后裝置及時(shí)向調(diào)度反饋要求調(diào)整原料汽油，同時(shí)將催化Ⅱ汽油收至中間罐區(qū)246-T-05。因當(dāng)時(shí)二期裝置均處于開工階段，化驗(yàn)中心沒有條件對(duì)此樣品進(jìn)行較多分析。后期對(duì)246-T-05 罐底大量抽排污油時(shí)連續(xù)間隔0.5 h 時(shí)間采樣照片，如圖4 所示。

圖4 246-T-05 中間罐區(qū)收催化Ⅱ汽油樣品

246-T-05 在此次開工前多次排污未見明顯雜質(zhì)，但在接收此次開工期間催化Ⅱ汽油后，罐底發(fā)現(xiàn)油品攜帶較多黑色雜質(zhì)。因此足以說明開工期間催化Ⅱ汽油性質(zhì)不穩(wěn)定，攜帶較多黑色雜質(zhì)。

催化Ⅱ汽油在開工期間性質(zhì)極其不穩(wěn)定，可能攜帶較多可溶性鐵離子和機(jī)械雜質(zhì)，并且水含量及硫含量較高，此次換熱器快速結(jié)焦的主要誘因與此高度相關(guān)。

4 換熱器結(jié)垢經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

在以上僅有的數(shù)據(jù)分析下，我們無法直接確認(rèn)結(jié)垢機(jī)理，明確結(jié)垢原因，只能尋找與結(jié)果關(guān)聯(lián)的各種可能因素，在后續(xù)生產(chǎn)中一一避免，防止再次發(fā)生此類情況。

1）切換催化汽油直供料前，具備中間罐區(qū)條件裝置，盡量先往中間罐區(qū)接收催化汽油，防止開工初期上游原料性質(zhì)波動(dòng)造成直供料污染嚴(yán)重；

2）切換原料前對(duì)催化汽油除化驗(yàn)分析常規(guī)項(xiàng)目外（包括水含量、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等），必須加做鐵元素、機(jī)械雜質(zhì)分析；

3）切換催化汽油過程中，盡最大可能多排污油，直至多處采樣觀察無明水，無雜質(zhì)，顏色清澈透亮，且排污過程盡量選擇多點(diǎn)；

4）催化汽油進(jìn)裝置后一段時(shí)間內(nèi)，必須不間斷較高頻次采樣觀察原料情況，防止因上游原料波動(dòng)造成某段時(shí)間突然性質(zhì)惡化而未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成不可逆后果；

5）原料過濾器投用前(頭蓋回裝前），必須仔細(xì)檢查安裝質(zhì)量，建議自底部通入蒸汽檢查濾芯安裝及管板安裝質(zhì)量，確保濾芯及管板，投用后及時(shí)關(guān)注過濾器壓差變化情況。

5 總結(jié)

S Zorb 裝置反應(yīng)進(jìn)料換熱器E-101 結(jié)焦情況較為常見，但此類異常嚴(yán)重情況較少出現(xiàn)，通過分享此次事件經(jīng)過，希望能夠幫助行業(yè)內(nèi)同類裝置了解此類風(fēng)險(xiǎn)，避免遇到類似問題。