馬廷疆 接程 吳國榮

(中國石油蘭州石化公司,甘肅蘭州 730060)

影響苯乙烯裝置脫氫單元長周期運行的因素分析

馬廷疆 接程 吳國榮

(中國石油蘭州石化公司,甘肅蘭州 730060)

文章分析了影響苯乙烯裝置脫氫單元長周期運行的因素:一是三聯(lián)換熱的結構引起裝置泄露,二是脫氫單元所使用水質效果差。提出了對應的改造措施,為乙苯脫氫單元長周期、高負荷運行提供強有力的保證。

長周期運行 三聯(lián)換熱 工業(yè)凝液 脫鹽水

苯乙烯裝置設計生產能力6萬噸/年,由烴化單元、脫氫單元、精餾單元以及中間罐區(qū)四個部分組成。其中脫氫單元為1套6萬噸/年乙苯脫氫生產線,脫氫反應器采用華東理工大學開發(fā)的軸徑向兩段絕熱脫氫反應技術。

1 裝置存在的問題

在脫氫反應器溫度有較大波動時,三聯(lián)換熱器的第一級乙苯過熱器換熱管與管板連接處易被拉裂,殼側的乙苯原料泄漏至管程而被迫全線停車,三聯(lián)換熱器的1．8m法蘭處經常出現泄漏的現象,不但會造成氧含量超標,對過熱爐運行產生影響,甚至會引發(fā)爆炸事故。

將污水汽提后凝液作為乙苯脫氫反應用水,隨著脫氫催化劑運行到后期,該凝液中催化劑粉塵較多,使乙苯/水蒸發(fā)器(EA-301)結垢較為嚴重,對單元加料負荷影響較大。而凝液中大量的催化劑脫粉,也會造成精餾系統(tǒng)的E-55堵塞,爐油中大量的催化劑脫粉,會造成精餾單元的粗苯乙烯塔(C-53)、精苯乙烯塔(C-76)的分布器堵塞。

2 原因分析

2.1 三聯(lián)泄露問題的原因分析

三級組合換熱器的第一級乙苯過熱器工藝操作條件十分苛刻,其典型操作條件見表1。

從表1可知：乙苯過熱器的管城平均壁溫高達485℃,殼程平均壁溫為365℃,管、殼程溫差達120℃,特別是低溫端(近第二級換熱器處)溫差達215℃,這必然使兩者的熱膨脹量存在很大的差別。如果管/殼程的膨脹差得不到協(xié)調,將會導致?lián)Q熱器拉裂而使設備失效。為此,工業(yè)上常采用設置滑動管板來解決熱膨脹不均的問題[3],但是此種換熱器結構存在著以下較難克服的缺陷：(1)第一級換熱器的滑動管板受換熱器管管束質量的影響,其下部容易與殼體圓筒發(fā)生直接接觸,在管板徑向膨脹的作用下,滑動管板下部被圓筒緊緊包住而不能正?；瑒?(2)苯乙烯非常容易聚合,換熱器殼體底部聚合物以及結垢情況隨時間延長而不斷增加,影響了滑動管板的自由滑動。

2.2 水質所引起的問題原因分析

(1)脫氫單元裝置老化,乙苯脫氫單元冷卻設備(EA-312、EA-309、EA-309-1)發(fā)生內漏時,循環(huán)水漏入凝液回收系統(tǒng),凝液中氯離子、鈣鎂離子會逐步增加,對工藝冷凝液系統(tǒng)的凝液造成水質污染。(2)脫氫單元的污水汽提塔因各種原因出現工藝波動時,會造成汽提后的工藝凝液中含有大量的苯系物和聚合物雜質。而工藝凝液水質變差會造成使用設備出現結垢問題,直接影響到設備的換熱效果和設備的長周期運行。

3 問題解決措施及應用效果

3.1 三聯(lián)換熱器泄露問題解決措施及應用效果

表1 第一級換熱器工藝操作參數

措施：采用L型組合式換熱器解決了傳統(tǒng)的臥式一字型組合換熱器工藝乙苯過熱器容易泄漏的問題,同時還充分回收了反應出料的高溫顯熱。三級組合式換熱器的乙苯過熱器由原來的臥式改為立式,第一級換熱器和第二級換熱器之間通過加設膨脹節(jié)相連,3臺換熱器形成L型,其余工藝操作參數均不變。

該工藝方案與傳統(tǒng)的臥式一字型方案相比具有以下優(yōu)點：(1)乙苯換熱器改為立式放置后,換熱管管束的熱膨脹方向與換熱器自重方向一致,乙苯過熱器的滑動管板不再受換熱管管束質量的影響,滑動管板與殼體圓筒不發(fā)生直接接觸。(2)換熱器殼體底部聚合物以及結垢在殼側四周增加均勻,不會累積在一側而影響滑動管板的自由滑動;(3)換熱器殼體四周受力均勻,對換熱器殼體圓度要求降低,換熱器制造加工難度降低;(4)保留了原工藝熱量回收率高的優(yōu)點,且流程占地面積減少。效果：L型組合式換熱器在原理上改善了原反應出料顯熱回收工藝中乙苯過熱器容易泄漏的問題,并且該技術已于2006年在國內某8萬噸/年苯乙烯裝置得到應用,在使用的三年時間內,乙苯過熱器未發(fā)生泄漏,整個L型換熱器組運行良好,換熱器組沿程壓降為6kPa,該工藝得到了成功應用。

3.2 水質問題解決措施及效果

措施：以清潔的新鮮脫鹽水替代污水處理后的凝液作為乙苯脫氫反應的初次水。將外管脫鹽水先接入緩沖罐中,使其液面穩(wěn)定然后用泵將其送出,從而保證尾氣壓縮機噴淋水壓力穩(wěn)定,外管脫鹽水經調節(jié)閥控制調節(jié)進入軟水罐,軟水罐(FA-306,溫度165℃,壓力0．56MPa)的脫鹽水經GA-303泵送出,在GA-303泵出口配置管線

(DN50,2．5MPa)至脫氫單元分配盤。分配盤的脫鹽水分四路：第一路,送往汽包FA-303 (DN50,2．5MPa)供水;第二路,送往FA-301

(DN50,2．5MPa)供水;第三路,送往尾氣壓縮機注射水(DN32,2．5MPa)第四路,送往FA-306打循環(huán)(DN50,2．5MPa)。效果：1）乙苯脫氫催化劑遇到氯離子出現脫粉問題,延長了催化劑的壽命;2)降低了EA-306、EA-307、EA-301、E-55換熱器管壁發(fā)生高溫結垢的風險;3)減少了爐油、凝液中帶粉現象,降低了苯乙烯精餾塔分布器堵塞情況的風險;4)后系統(tǒng)聚合物可以大量減少,減少了機泵管網堵塞的次數。為苯乙烯裝置長周期運行提供了強有力保證。

4 結語

(1)三聯(lián)換熱結構的優(yōu)化有利于解決乙苯過熱器容易泄漏的問題,為乙苯脫氫單元長周期、高負荷運行提供了強有力保證。(2)脫氫單元工藝冷凝液水質優(yōu)化改造防止乙苯脫氫催化劑遇到氯離子出現脫粉問題,延長了催化劑的壽命;降低了換熱器管壁發(fā)生高溫結垢的風險;降低了苯乙烯精餾塔分布器堵塞情況的風險。為乙苯脫氫單元長周期、高負荷運行提供強有力的保證。

[1]宋祥東.2009年國內苯乙烯行業(yè)發(fā)展特點及市場預測[J].齊魯石油化工,2009,37.

[2]合成橡膠廠苯乙烯裝置操作規(guī)程.2006.10.

[3]田春霞,張兵,等.苯乙烯裝置過熱組支座受力分析[J].石油化工設備,2006,35.