催化裝置穩(wěn)定塔底重沸器內(nèi)漏原因分析及對(duì)策

李敏花，郭 陽(yáng)，馮蕾博

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安煉油廠，陜西延安 727406）

0 引言

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安煉油廠100萬(wàn)噸/年催化裂化裝置以延安混合原油的常壓渣油為原料，采用提升管反應(yīng)和兩段再生高低并列式的技術(shù)路線，一再貧氧不完全再生，二再富氧完全再生，沉降器與提升管為同軸分布。自2017年5月開(kāi)工后，100萬(wàn)噸/年催化裂化裝置陸續(xù)出現(xiàn)設(shè)備、管線腐蝕泄漏，其中突出表現(xiàn)在穩(wěn)定塔底重沸器E-303的內(nèi)漏上。至今已出現(xiàn)了兩次內(nèi)漏，其一，2017年12月24日，汽油顏色發(fā)綠，查找原因確認(rèn)是穩(wěn)定塔底重沸器E-303內(nèi)漏，監(jiān)護(hù)運(yùn)行，至2018年10月1日，出現(xiàn)操作波動(dòng)，致使汽油染色、下游裝置停工，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。于2020年3月檢修更換。其二，自2020年3月開(kāi)工后，2023年1月4日再次經(jīng)排查確認(rèn)為E-303內(nèi)漏。為消除安全隱患，我們分析E-303內(nèi)漏原因，剖析內(nèi)在架構(gòu)并采取及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)保證裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行至關(guān)重要[1]。

1 E-303內(nèi)漏原因分析

1.1 內(nèi)漏的排查與確認(rèn)

100萬(wàn)t/a催化裂化裝置穩(wěn)定塔重沸器E-303為浮頭式換熱器，型號(hào)為BJS1200-2.5-395-6/25-4。E-303以分餾塔第二中段回?zé)捰蜑闊嵩?，為穩(wěn)定汽油提供熱量以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定汽油與液化氣的分離，保證穩(wěn)定汽油飽和蒸氣壓的合格。其中，回?zé)捰妥吖艹蹋€(wěn)定汽油走殼程。

因穩(wěn)定汽油出現(xiàn)顏色輕微變綠的現(xiàn)象，技術(shù)和操作人員通過(guò)對(duì)粗汽油、脫乙烷油（穩(wěn)定塔前）、穩(wěn)定汽油（穩(wěn)定塔后）取樣觀察。其中，粗汽油、脫乙烷油顏色正常，從穩(wěn)定塔取出來(lái)的穩(wěn)定汽油明顯顏色發(fā)深。通過(guò)上述取樣對(duì)比，初步判斷為穩(wěn)定塔底重沸器E-303內(nèi)漏。為確認(rèn)判斷結(jié)果，聯(lián)系質(zhì)量檢測(cè)中心對(duì)E-303殼程介質(zhì)進(jìn)行了采樣分析。分析結(jié)果顯示，穩(wěn)定汽油終餾點(diǎn)比前期略高，說(shuō)明重組分增多。

為進(jìn)一步確認(rèn)，在E-303管程（回?zé)捰蛡?cè)）增加了壓力變送器。通過(guò)調(diào)整回?zé)捰蛪毫Γ构艹虊毫Φ陀跉こ蹋ǚ€(wěn)定汽油）壓力，汽油反向向回?zé)捰拖到y(tǒng)滲漏，以此觀察汽油顏色的變化。若汽油顏色好轉(zhuǎn)，則充分說(shuō)明E-303內(nèi)漏。

1.2 內(nèi)漏的原因分析

2020年3月，在催化裂化裝置檢修期間對(duì)E-303進(jìn)行了更換。在更換時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)E-303管束腐蝕嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在分餾塔第二中段回流進(jìn)口側(cè)管束斷裂、腐蝕穿孔多根，裂口周邊管束明顯變薄且二中段回流進(jìn)口側(cè)管束表面比其他部位腐蝕嚴(yán)重[1]。經(jīng)過(guò)查閱大量有關(guān)重沸器泄漏文獻(xiàn)，結(jié)合兩次泄漏進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)參考國(guó)內(nèi)同類型裝置同類問(wèn)題的分析處置過(guò)程，我們找到了E-303內(nèi)漏的原因，高溫硫腐蝕引起的管束減薄泄漏。

2 高溫硫腐蝕的現(xiàn)狀分析及解決措施

2.1 含硫介質(zhì)的來(lái)源及解決措施

2.1.1 含硫介質(zhì)的來(lái)源

100萬(wàn)t/a催化裂化裝置除以常壓渣油為裂解原料外，生產(chǎn)過(guò)程中，其裝置分餾單元粗汽油罐D(zhuǎn)-201會(huì)負(fù)責(zé)回收5處的污油，分別為：①D-204瓦斯管瓦斯凝液，一般在瓦斯帶液的情況下使用；②R-2火炬山下小罐，一般在火炬系統(tǒng)帶液情況下使用；③D-307裝置內(nèi)火炬凝液罐，一般在火炬系統(tǒng)帶液情況下使用；④對(duì)污水汽提裝置原料水罐除油后產(chǎn)生的污油、污水進(jìn)行回收；⑤負(fù)責(zé)回收聯(lián)合四車間裝置產(chǎn)生的C5、OG排放氣等。

2.1.2 可能采取的解決措施

（1）降低催化裂化汽油硫含量

降低催化裂化汽油中硫含量的措施大致分為3大類：裂化原料的預(yù)處理、裝置中的脫硫處理、催化汽油后處理。我們要解決的是催化裂化裝置中穩(wěn)定塔底重沸器的內(nèi)漏問(wèn)題，催化汽油后處理脫硫技術(shù)暫不做探討。

裂解原料預(yù)處理，即對(duì)原料進(jìn)行加氫處理。大量數(shù)據(jù)表明，原料硫≤0.2%時(shí)，催化汽油中硫含量可≤300。盡管催化原料進(jìn)行加氫預(yù)處理有許多優(yōu)點(diǎn)，但投資高，要消耗氫氣，操作費(fèi)用高，不能降低汽油中的烯烴。

裝置中的脫硫處理，一是降低汽油終餾點(diǎn)。汽油較重組分含有很多硫及芳香烴，如果將催化汽油終餾點(diǎn)降低，可以實(shí)現(xiàn)硫含量的減少，但汽油收率也大打折扣、得不償失。二是使用減硫助劑脫硫。催化汽油中的硫化物主要以噻吩類化合物存在，這類硫化物在催化裂化條件下比較穩(wěn)定，在不加氫條件下，噻吩必須經(jīng)過(guò)氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)飽和后才能進(jìn)行C—S鍵的斷裂。所以選用高氫轉(zhuǎn)移活性的催化劑和添加劑有利于降低汽油中的硫含量[6]。此類技術(shù)使用方便、不需額外投資，但脫硫效果不佳，并增加了氣體產(chǎn)品的凈化負(fù)擔(dān)。

（2）污油回?zé)掃M(jìn)反應(yīng)器

粗汽油罐回收的污油不直接進(jìn)D-201罐，而是轉(zhuǎn)存至污油儲(chǔ)罐進(jìn)行收集、脫水處理后，根據(jù)罐液位定期進(jìn)反應(yīng)部分回?zé)?。利用MIP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，發(fā)生二次反應(yīng)，再輔以氫轉(zhuǎn)移活性實(shí)現(xiàn)C—S鍵斷裂，且降低了烯烴。但這一過(guò)程的實(shí)施，對(duì)產(chǎn)品分布、產(chǎn)品性質(zhì)、能耗等均產(chǎn)生一定影響。

2.2 高溫環(huán)境的現(xiàn)狀分析及解決措施

2.2.1 高溫環(huán)境的現(xiàn)狀分析

在100萬(wàn)t/a催化裝置中，吸收穩(wěn)定部分的物料來(lái)自分餾部分粗汽油罐。粗汽油罐的氣相部分經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入凝縮油罐，粗汽油罐的液相部分經(jīng)吸收塔與氣相接觸后進(jìn)入凝縮油罐。凝縮油又經(jīng)脫乙烷塔后進(jìn)入穩(wěn)定塔分離出穩(wěn)定汽油和液化氣。穩(wěn)定塔要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定汽油和液化氣完全分離，且要保證穩(wěn)定汽油的飽和蒸氣壓合格，必須有足夠的熱源滿足精餾過(guò)程產(chǎn)品分離需要。

2.2.2 可能采取的解決措施

（1）降低熱源溫度

原有的熱源介質(zhì)不做改變，在與穩(wěn)定汽油換熱前增加一冷卻器，將分餾塔第二中段回流溫度降至240 ℃以下再進(jìn)行換熱。因?yàn)榉€(wěn)定塔底有大量循環(huán)的穩(wěn)定汽油，這樣一來(lái)，會(huì)造成穩(wěn)定汽油達(dá)不到既定的溫度，須在穩(wěn)定塔底增加另一熱源重沸器，保證穩(wěn)定塔的取熱。這一措施打破了高溫環(huán)境，但增加了能耗，延長(zhǎng)了流程，未合理利用高溫?zé)帷?/p>

（2）熱源替代方案

分餾塔第二中段回流不做穩(wěn)定塔的熱源，將高溫位余熱發(fā)汽利用。穩(wěn)定汽油的熱源改為1.0 MPa的低壓蒸汽。蒸汽重沸器在運(yùn)行過(guò)程中，如果蒸汽量超過(guò)換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)，極有可能產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱器泄漏。尤其是冬季蒸汽管網(wǎng)壓力低時(shí)，所需蒸汽量增大，流速增大，會(huì)進(jìn)一步加劇換熱器振動(dòng)。如果發(fā)生泄漏，會(huì)使汽油進(jìn)入蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)。

2.3 管束材質(zhì)的現(xiàn)狀分析及解決措施

2.3.1 管束材質(zhì)的現(xiàn)狀分析

目前，穩(wěn)定塔底重沸器在運(yùn)行期間使用的是10#鋼。它的硬度大，質(zhì)量大，塑性較低，比較容易生銹，耐腐蝕一般。

2.3.2 10#鋼升級(jí)為304L不銹鋼

不銹鋼換熱器是目前市面上比較常見(jiàn)的耐腐蝕換熱器，不銹鋼因含有不銹元素鉻，使其表面形成一層氧化薄膜。其304L不銹鋼最大的特征就是改善晶間腐蝕敏感性，在焊接部位不產(chǎn)生熱敏化問(wèn)題。但直接將E-303的現(xiàn)用管束材質(zhì)直接換成304L會(huì)存在膨脹伸縮量的問(wèn)題，要計(jì)算伸縮量來(lái)確定304L管束的尺寸或者直接將E-303換熱器殼體一并更換。

3 重沸器更換

通過(guò)上述分析，只要打破硫-高溫-材質(zhì)三者之間任意一環(huán)即可解決這一問(wèn)題。

3.1 重沸器的基本情況

本套裝置的穩(wěn)定塔重沸器采用虹吸式原理，重沸器殼程（汽油側(cè)）出入口間設(shè)有閥門進(jìn)行隔斷。目前，雖然E-303管程配有DN100開(kāi)工用蒸汽線，壓力1.0 MPa。但是穩(wěn)定塔塔底壓力約為1.3 MPa，在管束內(nèi)漏的狀態(tài)下，隔離換熱器投用蒸汽，會(huì)使汽油進(jìn)入蒸汽以及凝結(jié)水系統(tǒng)。所以在此基礎(chǔ)上，更換換熱器管束只能將穩(wěn)定塔整塔停用。在隔離吹掃合格后，進(jìn)行E-303的檢修更換工作。

3.2 更換重沸器可采取的方案

3.2.1 應(yīng)急措施

在等待換熱器備件的過(guò)程中，技術(shù)人員制定了一系列防止E-303介質(zhì)相互泄漏的處置措施：①每小時(shí)取樣觀察穩(wěn)定汽油顏色，若發(fā)現(xiàn)顏色有變重的趨勢(shì)及時(shí)停用補(bǔ)充吸收劑，防止污染擴(kuò)大；②通過(guò)入口節(jié)流的方式，關(guān)小回?zé)捰偷紼-303現(xiàn)場(chǎng)手閥，開(kāi)大回?zé)捰统鯡-303調(diào)節(jié)閥，降低管程壓力，使汽油向回?zé)捰拖到y(tǒng)泄漏；③通過(guò)觀察粗汽油干點(diǎn)變化及粗汽油至吸收量的變化，估算泄漏量大小。

3.2.2 不停工更換重沸器

（1）停用吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)

在重沸器更換過(guò)程中，反應(yīng)部分、分餾部分維持低負(fù)荷運(yùn)行，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)停止運(yùn)行；直接粗汽油從分餾部分出裝置，進(jìn)罐區(qū)不合格罐儲(chǔ)存；干氣、液化氣等輕組分要放空，燃燒會(huì)增加環(huán)境污染壓力。這一過(guò)程必須嚴(yán)格控制檢修時(shí)長(zhǎng)，防止儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的次品汽油給罐區(qū)的安全工作增加難度。裝置恢復(fù)正常運(yùn)行后，大量的不合格汽油要經(jīng)催化裝置回?zé)?，無(wú)形中增加了操作難度和經(jīng)濟(jì)損失。

（2）停用穩(wěn)定塔系統(tǒng)。

在重沸器更換過(guò)程中，反應(yīng)部分、分餾部分保持低負(fù)荷運(yùn)行，盡可能地保證產(chǎn)品質(zhì)量合格；吸收穩(wěn)定部分停用穩(wěn)定塔，其他塔維持正常運(yùn)行，將脫乙烷油送至200萬(wàn)t/a催化裂化裝置的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，可處理一定量的脫乙烷油。為更換重沸器贏得時(shí)間，減少次品汽油的儲(chǔ)存量，200萬(wàn)t/a催化裂化裝置也必須降至最低負(fù)荷運(yùn)行。這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要加配至200萬(wàn)t/a催化裂化裝置的管線或送至罐區(qū)并經(jīng)罐區(qū)泵輸送脫乙烷油。

4 結(jié)論

1）加工原料的現(xiàn)狀和所選用的生產(chǎn)工藝不可避免地形成了S-H2S-RSH型高溫硫腐蝕環(huán)境。高溫條件下，硫腐蝕是穩(wěn)定塔底重沸器數(shù)次內(nèi)漏的直接原因。

2）分析背后的原因?qū)嵸|(zhì)問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決對(duì)策；從材質(zhì)著手，對(duì)換熱器進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)改造，采用304L耐腐蝕材料；提出方案，解決不停工期間實(shí)現(xiàn)換熱器更換。

3）在今后的技術(shù)改造和下個(gè)周期檢修時(shí)，必須考慮原料中硫含量和裂解產(chǎn)品中硫分布的情況，對(duì)換熱器管束選用耐高溫腐蝕的材料；及時(shí)優(yōu)化工藝流程，減少開(kāi)停工次數(shù)，改善長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)水平。