加氫裂化裝置自動(dòng)反沖洗過濾器故障分析及實(shí)施對(duì)策

周健

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司錦西石化分公司，遼寧 葫蘆島 125001）

1 簡(jiǎn)述

150萬噸/年加氫裂化裝置2012年11月開始建設(shè)，2014年5月30日工程中交，由中油一建承建。其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)部分由洛陽設(shè)計(jì)院完成。2020年7月開始對(duì)加氫裂化裝置進(jìn)行全面改造，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)部分由中石油華東設(shè)計(jì)院完成，中油一建承建，2020年12月改造后一次開車成功。該裝置設(shè)計(jì)處理南常減壓裝置的常三線、減一和減二線油；北常減壓裝置的常三線和減三線油；以及焦化蠟油、催化柴油的混合油。加氫裂化裝置具有高溫高壓臨氫特點(diǎn)，配置加氫反應(yīng)器、循環(huán)氫壓縮機(jī)、新氫壓縮機(jī)、加氫進(jìn)料泵等關(guān)鍵設(shè)備。

在固定床催化劑反應(yīng)器中，如二氧化硅、金屬氧化物、有機(jī)物、無機(jī)物等顆粒沉積在反應(yīng)器和催化物上。這些雜質(zhì)會(huì)引起堵塞并導(dǎo)致反應(yīng)器催化劑床層壓差升高，降低了催化劑的活性，這會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器的非正常停工，影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。加氫裂化裝置的原料過濾器為自動(dòng)反沖洗過濾器，采用了圓筒式設(shè)計(jì)，原料油過濾器工藝編號(hào)為FI-102，過濾器設(shè)計(jì)為4組，每組6套過濾單元，承擔(dān)150萬噸/年的蠟油加氫裂化裝置原料油的過濾，以保證加氫裂化裝置的進(jìn)料質(zhì)量。

2 自動(dòng)反沖洗過濾器的組成、工藝參數(shù)、工作原理

2.1 自動(dòng)反沖洗過濾器的組成

圓通式反沖洗式原料過濾器采用機(jī)械分離原理，使用進(jìn)口的金屬鍥形纏繞絲網(wǎng)濾芯將原料油中雜質(zhì)分離出來。通過反沖洗將產(chǎn)生的污油儲(chǔ)存在污油罐中，達(dá)到一定容積后由污油泵排出。該系統(tǒng)主要由原料油過濾器、污油罐、污油泵、冷卻器及管路、儀表和控制系統(tǒng)等組成。其中原料油過濾器由4組共24套并聯(lián)的過濾單元組成，當(dāng)其中任意1組在反沖洗時(shí)，其余3組過濾單元均處于正常過濾狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)全天無間隙運(yùn)行。

圖1 自動(dòng)反沖洗過濾器示意圖

2.2 自動(dòng)反沖洗過濾器的工藝參數(shù)

表1

2.3 自動(dòng)反沖洗過濾器的工作原理

在正常過濾過程中，未經(jīng)過濾的原料進(jìn)入進(jìn)料口總管，并均勻地分布到每個(gè)過濾站。進(jìn)料從每個(gè)過濾管的外面過濾到里面。清潔油通過出口歧管流出并被輸送至下游工序。在過濾周期中，微粒會(huì)聚集在濾芯面，從而導(dǎo)致過濾器的壓差增大。當(dāng)壓差達(dá)到大約10-15psi時(shí)，就形成了一個(gè)約400微米厚的微粒濾餅。

反沖洗時(shí)，分流器彎頭旋轉(zhuǎn)至站1，同時(shí)從工藝進(jìn)口流出將其關(guān)閉。接下來，將反沖洗出口閥門打開約5秒。打開此閥門會(huì)在工藝出口和反沖洗出口之間的濾芯上產(chǎn)生一個(gè)壓降。清潔的工藝流體從濾芯內(nèi)部流出，從而清除濾網(wǎng)外部的污染物，并將其從反沖洗出口連接處沖洗出去。隨后，反沖洗出口閥門關(guān)閉，分流器彎頭旋轉(zhuǎn)至站2，對(duì)剩余的5個(gè)站重復(fù)反沖洗流程。該組過濾單元反洗完成，自動(dòng)投入正常運(yùn)行狀態(tài)，下組過濾單元開始進(jìn)行反沖洗，直到4組全部沖洗完畢，過濾器進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，等待下一次反沖洗信號(hào)的到來。

該過濾器設(shè)有定時(shí)清潔、手動(dòng)激活清潔、系統(tǒng)壓差達(dá)到不可接受水平后清潔三種清潔方式，自動(dòng)化程度高，設(shè)備的進(jìn)出口壓差變化等參數(shù)可以在DCS控制系統(tǒng)內(nèi)直接顯示。

3 運(yùn)行中出現(xiàn)的故障分析

3.1 運(yùn)行中出現(xiàn)的故障

加氫裂化裝置自2014年12月開工以來，生產(chǎn)原料組成為處理南常減壓裝置的常三線、減一和減二線油；北常減壓裝置的常三線和減三線油；以及焦化蠟油、催化柴油的混合油。由于生產(chǎn)方案調(diào)整相對(duì)頻繁，原料組成頻繁變化，運(yùn)行中由于進(jìn)料量變化、冷柴油量加大或原料性質(zhì)變化等誘因，使過濾器設(shè)計(jì)組數(shù)偏低問題暴露較為突出，導(dǎo)致過濾器沖洗頻繁，污油量過大，經(jīng)常出現(xiàn)由于過濾器更換濾芯而切除一組過濾器的工況，如果打開過濾器副線，會(huì)將大分子雜質(zhì)帶進(jìn)高壓換熱器，而加氫裂化裝置高壓換熱器采用纏繞管式，無法進(jìn)行檢修，因此，為避免大分子雜質(zhì)進(jìn)入高壓換熱器甚至反應(yīng)器，確保自動(dòng)反沖洗過濾器安全運(yùn)行顯得特別重要。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于過濾器經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)閥卡澀、濾芯堵塞等故障，造成過濾器進(jìn)行切除檢修，特別是在裝置處理量加大、原料性質(zhì)變化的情況下，過濾器沖洗周期明顯縮短，曾經(jīng)發(fā)生沖洗時(shí)間長(zhǎng)達(dá)三個(gè)小時(shí)不停的狀況，過濾效果不佳，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。

3.2 故障分析

3.2.1 原料性質(zhì)變化的影響

原設(shè)計(jì)進(jìn)料為減壓蠟油、焦化蠟油、催化柴油的混合油。在實(shí)際加工過程中經(jīng)常會(huì)摻煉其他原料，特別是冷柴油較多時(shí)，原料中大分子顆粒增多，在檢修濾芯中多次發(fā)現(xiàn)濾芯表面黑色油污多為重油混合物、油泥等，只能將濾芯拆除后運(yùn)至專業(yè)清洗公司進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗后進(jìn)行回裝，過濾器壓差明顯降低，建議原料性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，降低冷柴油處理量，改變后情況明顯好轉(zhuǎn)。

3.2.2 原料過濾器過濾能力不足

在裝置大負(fù)荷長(zhǎng)周期生產(chǎn)過程，當(dāng)一組過濾器需要檢修時(shí)，其他三組按正常設(shè)計(jì)只能承擔(dān)75%的過濾要求，處于嚴(yán)重超負(fù)荷狀況；再加之自身濾芯表面的堵塞，使很大一部分粒徑原設(shè)計(jì)可通過濾芯的微細(xì)顆粒，由于濾芯表面雜質(zhì)的堵塞而不能通過，使過濾器差壓上升，反沖洗間隔時(shí)間持續(xù)縮短，而為解決此問題，需要將過濾器切除更換濾芯，切除過濾器后，壓差會(huì)持續(xù)增高，形成惡性循環(huán)。

3.2.3 在線處理不及時(shí)

在運(yùn)行過程中，當(dāng)發(fā)生過濾器卡澀等影響過濾器正常運(yùn)行的故障時(shí)，由于處理不及時(shí)，從而使其運(yùn)行工況進(jìn)一步惡化，造成過濾器壓差升高，特別是夜班期間較為普遍。另外，過濾器部分儀表元件故障頻繁，特別是轉(zhuǎn)閥填料泄漏、球閥密封面磨損等故障發(fā)生時(shí)，需要在線將該組過濾器隔離吹掃后處理，時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)造成過濾器壓差升高。

4 實(shí)施對(duì)策

4.1 增上兩組原料油過濾器

在2020年7月裝置大檢修期間，為解決過濾器過濾能力不足的問題，增加了兩組同類型原料油過濾器與現(xiàn)有的四組原料油過濾器并聯(lián)工作，共同承擔(dān)150萬噸/年加氫裂化裝置原料油的處理，從而延長(zhǎng)了過濾器的反沖洗周期。新增兩組原料油過濾器與現(xiàn)有的原料油過濾器組合后，就相當(dāng)于一套6組過濾單元組成的過濾系統(tǒng)，即當(dāng)其中1組在反沖洗時(shí)，另5組過濾單元在正常過濾，原料過濾器的過濾能力得到保障，即使需要一組過濾器切除檢修時(shí)，其他5組過濾器也能保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行。

4.2 及時(shí)清洗濾芯、適時(shí)更換濾芯

濾芯是過濾器的關(guān)鍵部件，只有保持濾芯的清潔，才能提供最佳的過濾器去除效率，故必須加強(qiáng)濾芯清洗。特別在原料性質(zhì)變重、處理雜質(zhì)含量較高的原料等不良工況下，更須加強(qiáng)清洗。當(dāng)過濾器反沖洗周期太短，反沖洗也無法解決時(shí)，可切除停運(yùn)其中1組過濾器進(jìn)行清洗，如表面油污難以清洗，可更換1組濾芯備件。更換濾芯備件后，將該組過濾器并入系統(tǒng)，待投運(yùn)正常后，可將其他幾組過濾器濾芯進(jìn)行更換，維持過濾器壓差達(dá)到較好狀態(tài)。

4.3 及時(shí)維護(hù)儀表元件

自動(dòng)反沖洗過濾器的儀表配件較多，轉(zhuǎn)閥、變送器、球閥等元件故障率較高，加氫裂化裝置曾發(fā)生過兩次轉(zhuǎn)閥填料泄漏，切除過濾器后對(duì)其填料密封進(jìn)行更換，同時(shí)對(duì)易泄漏的排污球閥進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)密封面磨損后，及時(shí)進(jìn)行更換球閥。根據(jù)廠家給出的儀表各元件的使用壽命，制定合理的檢修更換周期，防止因配件損壞造成設(shè)備故障檢修，保證裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。

4.4 改造控制系統(tǒng)

利用裝置大檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)自動(dòng)反沖洗過濾器儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造：將PLC控制改為DCS控制。由于PLC控制器只能放在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，不方便操作員工進(jìn)行操作，且PLC控制系統(tǒng)故障率偏高，經(jīng)常需要儀表維護(hù)班進(jìn)行維護(hù)。在2020年大檢修期間，將PLC控制改為DCS控制后，系統(tǒng)故障率明顯降低，員工可在操作室對(duì)過濾器進(jìn)行沖洗操作，極大地提高了員工的工作效率。

圖2 自動(dòng)反沖洗過濾器操作畫面

4.5 加強(qiáng)原料性質(zhì)控制

由于過濾器濾芯的過濾精度為23μm，冷柴油含有較多的油泥顆粒，容易堵塞過濾器濾芯，建議加強(qiáng)控制冷柴油進(jìn)料量，防止含雜質(zhì)較高的油品進(jìn)入裝置。在此基礎(chǔ)上，操作人員須加強(qiáng)原料質(zhì)量及工藝參數(shù)的監(jiān)控，對(duì)原料的各項(xiàng)指標(biāo)具有高度的敏感性，及時(shí)進(jìn)行采樣分析、操作調(diào)整等優(yōu)化作業(yè)。

4.6 優(yōu)化在線控制

為確保裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，在線控制是關(guān)鍵。在線控制應(yīng)把握四個(gè)方面：（1）保持原料罐液位穩(wěn)定，控制在60%～80%；（2）保持反沖洗差壓的穩(wěn)定；（3）加強(qiáng)原料過濾器的維護(hù)，確保各組件運(yùn)行良好；（4）做好易損元件和濾芯備件儲(chǔ)備，及時(shí)更換各類元件。

5 結(jié)語

（1）經(jīng)過上述優(yōu)化措施，投用后實(shí)現(xiàn)了一年無檢修的穩(wěn)定運(yùn)行，大顆粒分子過濾較徹底，有效減少了后路換熱器雜質(zhì)堆積和結(jié)垢，保證了換熱效率，提高了換熱器使用壽命；使循環(huán)氫壓縮機(jī)、原料泵、新氫壓縮機(jī)的出口壓力在相對(duì)較低的情況下運(yùn)行；同時(shí)拆除的濾芯及儀表組件作為正常配件使用，大大減少了重新采購(gòu)新配件的成本，提高了裝置的安全系數(shù)，延長(zhǎng)了蠟油加氫裂化裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行周期。

（2）自動(dòng)反沖洗過濾器，根據(jù)在運(yùn)行中過濾器暴露出的各類問題，通過仔細(xì)查找原因、認(rèn)真分析，找到了問題所在，經(jīng)過合理化的改造及優(yōu)化，通過一年多的生產(chǎn)運(yùn)行，證明上述實(shí)施對(duì)策是成功的，保證了裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。