常壓塔頂壓力高原因分析及應(yīng)對措施

王 恒，席歡歡，陳文文，胡 濤

（陜西延長石油（集團(tuán)）延安煉油廠，陜西 延安 727406）

引言

陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安煉油廠260 萬t/a 常壓裝置1998 年建成投產(chǎn)，2005 年進(jìn)行擴(kuò)能改造，由150 萬t/a 擴(kuò)能改造為260 萬t/a，此次改造是在常壓塔外型尺寸不變的前提下，通過對裝置原有工藝流程及部分設(shè)備進(jìn)行改造和更新，將塔盤改造為圓形浮閥塔盤，2017 年4 月將提餾段1 層至4 層塔盤改造為NS 深拔器，提高了常壓塔的拔出率。由于改造過程中未對常壓塔尺寸進(jìn)行改造，造成常壓塔只有在壓力較小（≤0.05 MPa）條件下才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

常壓裝置的主要產(chǎn)品有常頂汽油、常一線、常二線、常三線及常渣油，常頂汽油作為汽油精制的原料，常一線作為航空煤油原料，常二線及常三線進(jìn)入柴油加氫裝置，常渣油則進(jìn)入催化裂化裝置進(jìn)行進(jìn)一步加工。

根據(jù)企業(yè)節(jié)能降耗需求，三年一修已成為裝置檢修工作的總體目標(biāo)，260 萬t/a 常壓裝置自2017 年4 月開工運(yùn)行，至2020 年4 月停工檢修，已達(dá)到三年一修的目的；但是在裝置運(yùn)行后期，則出現(xiàn)常壓塔塔頂壓力持續(xù)升高、常壓裝置收率降低的制約裝置長周期運(yùn)行的因素。

1 常壓塔壓力高的影響

1.1 輕質(zhì)油收率低

常壓塔實(shí)質(zhì)上是精餾塔，工作原理是介質(zhì)被加熱到一定溫度下通過進(jìn)料段進(jìn)入精餾塔，進(jìn)入精餾塔后輕組分氣化向上移動，重組分向下移動，向下移動的重組分在提餾段通過過熱蒸汽進(jìn)一步將里面的輕組分氣化，精餾塔內(nèi)有氣液相接觸的場所——塔盤，精餾塔設(shè)置有回流，氣液相在塔盤上充分傳質(zhì)傳熱，氣相繼續(xù)向上移動，液相向下移動[1]。常壓塔流程見圖1。

圖1 常壓塔流程

在一定溫度下，壓力越高，液體越難氣化，因此塔頂壓力升高造成精餾塔內(nèi)的液相氣化變得困難，因此各輕組分的收率就會降低，收率降低就使得能耗升高，對企業(yè)效益有一定影響。

通過分析2019 年12 月份260 萬t/a 常壓裝置的收率數(shù)據(jù)（表1），隨著塔頂壓力的升高，產(chǎn)品收率明顯降低。

表1 常壓塔壓力與收率的關(guān)系

1.2 產(chǎn)品品質(zhì)變差

塔頂壓力升高使得精餾塔內(nèi)的液相向下移動，這就造成汽油組分進(jìn)入煤油，煤油組分進(jìn)入柴油，柴油組分則進(jìn)入渣油，造成各組分變輕，閃點(diǎn)降低，初餾點(diǎn)及終餾點(diǎn)均降低，這樣使得汽油、煤油及柴油等輕組分產(chǎn)品不合格，也對下游裝置造成不利的影響。

1.3 塔盤結(jié)鹽嚴(yán)重

塔頂壓力的升高造成塔內(nèi)油氣移動緩慢，原本將組分中的大部分NH4Cl 等鹽分本來可以通過油氣管線進(jìn)入汽油系統(tǒng)，然后通過汽油水洗處理掉，但是由于塔頂油氣移動緩慢造成組分在塔頂停留時(shí)間長，使得大部分NH4Cl 等鹽分被留在塔盤上，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)使得頂循抽出口附近塔盤結(jié)鹽嚴(yán)重，造成頂循系統(tǒng)不上量，進(jìn)而影響整個(gè)常壓塔的操作。

2019 年9 月3 日，延安煉油廠260 萬t/a 常壓裝置由于頂循量不足（由正常的100 t/h 降為65 t/h）而進(jìn)行水洗常壓塔操作[2]，這屬延安煉油廠首次，洗塔過程就是利用水將塔盤上鹽分溶解，然后通過側(cè)線抽出，在洗塔過程中，通過頂循泵放空及常一線取樣口排出大量黏稠狀液體，如圖2 所示，洗塔過程進(jìn)行了1.5 h，常頂循量由原來的65 t/h 漲至125 t/h，水洗效果明顯，這就說明塔盤結(jié)鹽對裝置運(yùn)行會造成很大的影響。

圖2 水洗常壓塔排出物

2 常壓塔壓力高的主要影響因素

2.1 常頂壓縮機(jī)進(jìn)口過濾器堵塞

260 萬t/a 常壓裝置塔頂產(chǎn)生的不凝氣一部分通過常頂壓縮機(jī)送入100 萬t/a 催化裝置進(jìn)行回收，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)造成常頂壓縮機(jī)進(jìn)口過濾器堵塞嚴(yán)重，從而使得大量不凝氣滯留，造成常壓塔頂壓力升高。

2019 年6 月份，常頂壓縮機(jī)流量由原來的1 200 m3/h 降至650 m3/h，隨著流量降低常壓塔頂壓力進(jìn)而升高，這就說明常頂壓縮機(jī)對控制塔頂壓力起著重要的作用。

2.2 加熱爐低壓瓦斯火嘴堵塞

260 萬t/a 常壓裝置塔頂產(chǎn)生的另一部分不凝氣進(jìn)入加熱爐作為燃料進(jìn)行燃燒，由于瓦斯火槍頭是由很小的孔組成的，在運(yùn)行過程中，不凝氣中的雜質(zhì)會造成槍頭堵塞，從而使得氣路不暢，造成塔頂壓力升高。

2.3 塔頂冷卻效果變差

常壓塔頂汽油流程為塔頂?shù)妮p組分通過油氣大管線首先進(jìn)入空冷器，然后通過塔頂水冷器將介質(zhì)溫度降至40 ℃左右。

在260 萬t/a 常壓裝置運(yùn)行的第三年里，由于空冷器及水冷器的管束堵塞嚴(yán)重，加之延安煉油廠循環(huán)水水質(zhì)隨著裝置運(yùn)行而變差，使得塔頂油氣冷卻環(huán)境極其惡劣，而且這種情況也隨著氣溫的變化而影響較大。從表1 中可以看出，塔頂壓力會在晚上降低，而在白天達(dá)到最大值，這就更進(jìn)一步說明塔頂壓力的主要影響因素還是塔頂冷卻效果變差。

此外，在對常壓塔塔頂壓力高的原因進(jìn)行排查時(shí)，塔盤結(jié)鹽被認(rèn)為是主要影響因素，但是通過水洗常壓塔，常頂循環(huán)量恢復(fù)正常，但常壓塔頂壓力未得到改善，因此將這一因素排除在外。

3 采取的措施及效果

自2019 年6 月份開始，260 萬t/a 常壓裝置常壓塔頂壓力持續(xù)升高，白天塔頂壓力持續(xù)在0.060 MPa以上，這使得常壓塔操作變得異常困難，因此我們通過討論分析出以上原因，根據(jù)分析出的原因采取了一些行之有效的措施。

3.1 清理常頂壓縮機(jī)進(jìn)口過濾器

常頂壓縮機(jī)進(jìn)口過濾器為Y 型過濾器，結(jié)構(gòu)簡單，已清理，在對常頂壓縮機(jī)進(jìn)行停機(jī)吹掃以后，進(jìn)而清理進(jìn)口過濾器。

清理完成后，對比前后常頂壓縮機(jī)流量與塔頂壓力的數(shù)據(jù)，如圖3，流量由清理前的650 m3/h 漲至1 100 m3/h，同時(shí)常壓塔頂壓力也隨之發(fā)生變化。

圖3 清理前后常頂壓縮機(jī)流量變化

3.2 改善塔頂冷卻環(huán)境

由以上分析可知，塔頂冷卻效果變差是常壓塔頂壓力高最主要的因素。通過清洗后冷氣管束及空冷管束等行之有效的措施，當(dāng)然也取得了相當(dāng)不錯(cuò)的效果。

2020 年5 月份，260 萬t/a 常壓裝置檢修完成并一次開車成功，開工完成后，常壓塔頂壓力持續(xù)升高，到2020 年6 月中旬塔頂壓力已達(dá)到0.065 MPa，最后還是將重點(diǎn)放在了空冷管束上，因?yàn)榇笮奁陂g更換了塔頂油氣水冷器管束，可以排除后冷器管束堵塞的原因，于是安排清理了4 臺空冷管束，清理完成后，常壓塔頂壓力由原來的0.065 MPa 降低為0.050 MPa（控制指標(biāo)），而且在投用時(shí)，由于塔頂壓力降速較快，因此停運(yùn)了8 臺空冷風(fēng)機(jī)（清理前開啟12 臺）。

上文提到影響塔頂壓力的因素還有加熱爐低壓瓦斯火嘴堵塞，但是由于目前環(huán)保指標(biāo)比較苛刻，常頂不凝氣已經(jīng)不能滿足加熱爐的燃料質(zhì)量需求，因此這方面目前沒有采取措施。

綜上所述，常頂空冷管束堵塞還是造成常壓塔頂壓力升高最主要的因素，而通過這一系列的措施，改善了現(xiàn)狀。以下分析了造成空冷管束堵塞的原因。

4 空冷管束堵塞原因分析

260 萬t/a 常壓裝置自1998 年開工至今已20 年之久，在過去，裝置每兩年一修，沒有出現(xiàn)像常壓塔頂壓力升高而無法操作的情況，經(jīng)過分析將原因歸結(jié)于空冷管束堵塞。

一是過去裝置連續(xù)運(yùn)行兩年，在兩年時(shí)間內(nèi)，空冷管束也會面臨結(jié)鹽等情況，但是這種鹽分會在裝置大檢修吹掃階段將管束內(nèi)的結(jié)鹽清理，而目前連續(xù)運(yùn)行三年使得管束內(nèi)的結(jié)鹽更加嚴(yán)重且結(jié)實(shí)，不能通過簡單的蒸汽吹掃而去除，這就是為什么2020 年大修以后還會出現(xiàn)空冷結(jié)鹽的情況。

二是近年來，隨著電脫鹽超聲波破乳的投用，且取消了電脫鹽罐定期反向沖洗的工作，這就使得大量的油泥會隨著原油進(jìn)入常壓塔內(nèi)，從而使得塔盤及空冷管束堵塞，而這些油泥也會隨著裝置連續(xù)運(yùn)行三年而加重，而這一點(diǎn)則在2019 年9 月份所進(jìn)行的洗塔作業(yè)而得到驗(yàn)證，因?yàn)楫?dāng)時(shí)塔盤中清洗出的東西有一部分不溶于水（鹽分可以溶于水）。

5 取得的經(jīng)驗(yàn)

因?yàn)?017 年至2020 年是三年一修的第一次，通過這次發(fā)現(xiàn)并解決問題的經(jīng)驗(yàn)，可以指導(dǎo)后期裝置三年運(yùn)行周期。

在2020 年大修期間，為了應(yīng)對裝置長周期運(yùn)行而造成的空冷管束等問題，在每個(gè)空冷管束進(jìn)口配置一條DN50 的除鹽水線（除鹽水溫度50 ℃，壓力0.5 MPa），而且規(guī)定每3 個(gè)月對每臺空冷管進(jìn)行一次水洗（一次12 h），這樣就可以解決油泥、鹽分在管束內(nèi)聚集的問題。

對于電脫鹽罐反沖洗的問題，為了裝置三年一修的目標(biāo)繼續(xù)實(shí)行，每月對電脫鹽進(jìn)行反向沖洗，將電脫鹽罐內(nèi)油泥提前清理，防止進(jìn)入常壓塔內(nèi)。

6 結(jié)語

實(shí)踐證明，通過清洗常壓塔頂空冷管束、清理常頂壓縮機(jī)進(jìn)口過濾器可以解決常壓塔頂壓力高的問題，因此常壓塔頂壓力高將不再是制約三年一修的因素。