蠟油加氫裂化裝置高壓換熱器換熱效率降低的研究及對(duì)策

季立宇

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315800）

0 引言

中海石油寧波大榭石化有限公司擁有一套210 萬(wàn)t/a 原料油加氫裝置，其進(jìn)料主要是減壓蠟油與少量焦化蠟油，主要生產(chǎn)加氫尾油為催化裂化裝置提供部分原料，其他產(chǎn)品包括重柴油、輕柴油、航煤以及石腦油與液化氣。整套裝置由反應(yīng)與分餾部分組成：反應(yīng)部分設(shè)置兩個(gè)反應(yīng)器，即一精制一裂化，采用單段串聯(lián)的加氫裂化工藝；分餾部分主要利用汽提與分餾對(duì)輕重產(chǎn)品進(jìn)行分離，分餾部分同步配備四套脫硫塔，對(duì)本裝置及部分外來(lái)液化氣、干氣、低分氣進(jìn)行脫硫處理，保證后續(xù)產(chǎn)品硫含量合格。

210 萬(wàn)t/a 蠟油加氫裂化裝置精制反應(yīng)器內(nèi)分為三個(gè)床層，底部床層裝有部分裂化催化劑，裂化反應(yīng)器為四個(gè)床層，底部床層裝有精制劑。裝置采用爐前混氫的工藝流程，經(jīng)過(guò)第二周期和第三周期的運(yùn)行情況可知，現(xiàn)高壓換熱器換熱系數(shù)下降，反應(yīng)加熱爐負(fù)荷加大，其與原料的組分、族組成密不可分。

1 工藝流程

如圖1 所示，原料油進(jìn)入裝置后，由反沖洗過(guò)濾器（S101）過(guò)濾后，進(jìn)入原料油緩沖罐（V101）中穩(wěn)定物料、完成切水，自緩沖罐底進(jìn)入加氫進(jìn)料泵入口，原料于進(jìn)料泵出口與爐前混氫匯合，經(jīng)過(guò)一系列高壓換熱器，充分回收多余熱能后進(jìn)入反應(yīng)加熱爐，升溫至精制反應(yīng)要求溫度。隨后通過(guò)兩段反應(yīng)器發(fā)生脫硫、脫氮、脫雜質(zhì)及加氫裂化反應(yīng)。加氫裂化反應(yīng)器（R102）出口的反應(yīng)流出物依次經(jīng)反應(yīng)流出物/熱混合進(jìn)料換熱器（E101）、反應(yīng)流出物/主汽提塔底液換熱器（E102）、換熱后進(jìn)入熱高壓分離器（V102）進(jìn)行氣液分離。熱高分頂部氣體經(jīng)過(guò)兩臺(tái)高壓換熱器后，利用高壓空冷（A101）降溫至50 ℃以下進(jìn)入冷高壓分離器進(jìn)行切水與氣液相分離，冷高分頂部氣相組分基本為氫氣，脫液后進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)（C101）升壓，用作急冷氫及反應(yīng)氫。由于加氫裝置熱高分氣冷卻后易出現(xiàn)銨鹽結(jié)晶現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)造成高壓空冷及高壓換熱器管束堵塞，故利用注水泵（P103A/B）將除氧水與部分回用汽提凈化水升壓后注入高壓空冷入口管線及各高壓換熱器入口以沖洗銨鹽。

圖1 反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)油經(jīng)過(guò)高壓換熱器的簡(jiǎn)易流程圖

2 高壓換熱器運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析

2.1 E101 相關(guān)數(shù)據(jù)變化

E101 自消缺開(kāi)工后冷熱端溫差變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 E101 自消缺開(kāi)工后冷熱端溫差變化

由圖2 可以看出，2022 年3 月5 日—4 月4 日，熱端溫差由37.9 ℃下降至35.4 ℃，下降2.5 ℃；冷端溫差由63.5 ℃下降至60.7 ℃，下降2.8 ℃；冷熱端溫差均有小幅下降。從總體趨勢(shì)看，自消缺結(jié)束由阻垢劑更換為阻聚劑后，冷熱端溫差由明顯上升轉(zhuǎn)為平穩(wěn)狀態(tài)。

E101 自消缺后的換熱系數(shù)（K值）總體趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 E101 自消缺后的換熱系數(shù)（K 值）變化（2022 年1 月13 日—4 月4 日）

由圖3 可以看出，E101 在阻垢劑更換前后，換熱效率變化不明顯，基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，有小幅下降。2 月3 日E101K值 為92.33，3 月5 日E101K值為56.65；4 月4 日E101K值為53.43，阻垢劑加注前E101K值下降速率為1.189/d，阻垢劑加注后E101K值下降速率為0.107/d，加注后的下降速率為加注前的9.0%。

鎮(zhèn)海建安對(duì)E101 的K值計(jì)算如表1 所示，2 月8 日—3 月4 日，下降速率為0.67/d，阻垢劑加注后，3 月4 日—3 月20 日，下降速率為0.23/d。

表1 鎮(zhèn)海建安出具E101 K 值變化表

2.2 E106 相關(guān)數(shù)據(jù)變化

E106自消缺開(kāi)工后冷熱端溫差變化趨勢(shì)如圖4 所示。

圖4 E106 自消缺開(kāi)工后冷熱端溫差變化

由圖4 可以看出，2022 年3 月5 日—4 月4 日，熱端溫差由45.25 ℃升高至49.14 ℃，上升3.89 ℃；冷端溫差由43.56 ℃升高至46.21 ℃，上升2.65 ℃。從總體趨勢(shì)看，自消缺結(jié)束由阻垢劑更換為阻聚劑后，均呈明顯上升趨勢(shì)。

E106 自消缺后的換熱系數(shù)（K值）總體趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 E106 自消缺后的換熱系數(shù)（K 值）變化（2022 年1 月13 日—4 月4 日）

由圖5 可以看出，E106 在阻垢劑更換前后，換熱效率趨勢(shì)逐漸減小，處于連續(xù)下降狀態(tài)。2 月3 日E106K值 為22.39，3 月5 日E106K值 為18.32，4 月4 日E106K值為16.05，阻垢劑加注前E106K值下降速率為0.136/d，阻垢劑加注后E106K值下降速率為0.076/d，加注后的下降速率為加注前的55.88%。

鎮(zhèn)海建安對(duì)E106 的K值計(jì)算如表2 所示，2 月8 日—3 月4 日，下降速率為0.29/d，阻垢劑加注后，3 月4 日—3 月20 日，下降速率為0.23/d。

表2 鎮(zhèn)海建安出具E106 K 值變化表

2.3 高壓換熱器管程總溫升

高壓換熱器管程總溫升變化趨勢(shì)如圖6 所示。

圖6 高壓換熱器總溫升變化（2022 年3 月5 日—4 月4 日）

高壓換熱器管程總溫升為E104 入口溫度TI10602 與F101 入口溫度TI10401A/B/C/D 平均值之差，3 月5 日高壓換熱器管程總溫升224.57 ℃，4 月4 日高壓換熱器管程總溫升217.59 ℃。從總體趨勢(shì)看呈下降趨勢(shì)，其主要原因是常減壓裝置減一線油改至蠟油加氫原料中，同時(shí)自3 月25 日起，裝置總加工量下調(diào)10 t/h，加氫精制反應(yīng)器（R101）出口溫度由404.2 ℃降低至402.2 ℃，R102 出口溫度由390.2 ℃下降至383.7 ℃，以維持產(chǎn)品收率穩(wěn)定。

3 高壓換熱器與原料性質(zhì)分析

反應(yīng)進(jìn)料密度與E104 出口溫度的變化趨勢(shì)如圖7 所示。

圖7 反應(yīng)進(jìn)料密度與E104 出口溫度的變化

原料性質(zhì)的變化可以用原料密度的變化來(lái)判斷，查閱技術(shù)資料《加氫裂化技術(shù)問(wèn)答》可知，原料密度越大，原料中所含帶的硫、氮、氧、金屬等離子以及膠質(zhì)與殘?zhí)嫉缺戎卦酱骩1]。

長(zhǎng)期以來(lái)，E104 管束緩慢積垢，垢物主要成分為稠環(huán)芳烴，此物質(zhì)結(jié)垢后無(wú)法被帶走。因此由圖7 可知，在反應(yīng)進(jìn)料量不變的工況下，高壓換熱器E104 的出口溫度隨原料密度的降低而升高。

4 高壓換熱器的換熱效率下降的原因分析

蠟油加氫裂化裝置高壓換熱器 E104、E103、E101、E106 冷熱兩端的換熱效率同步降低，其中由圖1 可知，E104、E103 尤其明顯，E104 為熱高分氣/混合進(jìn)料換熱器，E-103 為反應(yīng)流出物/冷混合進(jìn)料換熱器。反應(yīng)進(jìn)料在進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)后依次經(jīng)過(guò)E104、E103 的管程，因此造成高壓換熱器換熱效率降低的主要原因應(yīng)為管程原料油結(jié)垢[2]。

5 本裝置采取的措施及對(duì)策

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，對(duì)本裝置采取以下措施及對(duì)策：

（1）變更設(shè)計(jì)工藝，由原加注的阻垢劑更換為阻聚劑，并嚴(yán)格按照助劑變更要求加注。根據(jù)以上換熱器的數(shù)據(jù)跟蹤可以看出，E104、E103、E101、E106 高壓換熱器的冷、熱端溫差在裝置處理量負(fù)荷不變的情況下，換熱效率都有明顯的上升或平穩(wěn)。

（2）嚴(yán)格控制加工原料的組分和族組成，嚴(yán)格按照要求檢驗(yàn)加工原料的餾程、密度、金屬組成、鐵、氯、殘?zhí)嫉?，以保持加工原料組分穩(wěn)定，并做好記錄。

（3）對(duì)加工原料做好隔離，嚴(yán)禁接觸空氣中的氧，在上游儲(chǔ)罐和裝置原料緩沖罐以及運(yùn)輸罐內(nèi)進(jìn)行惰性氣體保護(hù)，同時(shí)保證惰性氣體濃度符合要求。

（4）E104 前的工藝注水嚴(yán)格按照工藝指令，關(guān)注E104 出口溫度，由原先的下降5～10 ℃更改為10～15 ℃，強(qiáng)化高壓換熱器的沖洗效果，并做好換熱器每次沖洗前后的溫度記錄。

（5）加強(qiáng)設(shè)備管理，在檢修時(shí)對(duì)高壓換熱器逐一進(jìn)行管束疏通清洗，并制定方案，準(zhǔn)確記錄。

（6）加強(qiáng)員工培訓(xùn)，減少誤操作引起的非計(jì)劃停工，避免反應(yīng)進(jìn)料中斷引起溫度驟降，造成高壓換熱器內(nèi)結(jié)焦而堵塞管束。

6 結(jié)語(yǔ)

蠟油加氫裂化裝置高壓換熱器換熱效率降低的主要原因應(yīng)是管程原料油結(jié)垢，因此采取以下措施進(jìn)行處理：

（1）2024 年大檢修時(shí)拆開(kāi)清洗高壓換熱器，同時(shí)對(duì)垢物進(jìn)行收集分析，確定垢物成分，以便在下周期對(duì)原料進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)控。

（2）嚴(yán)格控制原料油性質(zhì)，主要控制原料油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、P、Fe 等的含量。

（3）在控制好原料油性質(zhì)的同時(shí)，采用加注阻聚劑，以有效減緩高壓換熱器換熱效率下降。

（4）減少誤操作，嚴(yán)格按照阻聚劑的加注方案執(zhí)行，并認(rèn)真做好記錄。

（5）對(duì)加氫裝置注水點(diǎn)的注水量控制，定期執(zhí)行注水沖洗，并做好沖洗前后的換熱溫度記錄。