郭良

(中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng) 471012)

干氣脫硫塔沖塔原因分析與調(diào)整措施

郭良

(中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng) 471012)

中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司氣柜干氣脫硫塔在兩個(gè)月內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)多次沖塔現(xiàn)象，針對(duì)導(dǎo)致沖塔的原因進(jìn)行了五個(gè)方面分析，最終確定導(dǎo)致沖塔的原因是進(jìn)料氣體中C5組分含量過(guò)高和液相負(fù)荷偏大。采取了四項(xiàng)調(diào)整措施:上游裝置避免短時(shí)間大量向火炬系統(tǒng)中排放氣體、調(diào)整貧液入塔流量、清洗進(jìn)料氣體—循環(huán)水換熱器、降低脫硫塔操作壓力。調(diào)整后，脫硫塔運(yùn)行至今，未再出現(xiàn)沖塔現(xiàn)象。

干氣;脫硫塔;沖塔

0 前言

催化裂化裝置在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，原料油中含有的硫有44%～53%以H2S的形式進(jìn)入干氣和液化氣中，若不予以脫除，含H2S的干氣將會(huì)造成下游加熱爐的露點(diǎn)腐蝕，燃燒后排放的廢氣會(huì)危害人體健康、污染環(huán)境，通常控制脫后干氣中的硫含量在20 mg/m3以下［1］。

中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司催化裂化單元目前運(yùn)行有兩套氣體脫硫裝置，1#脫硫裝置主要用來(lái)凈化催化裂化自產(chǎn)液化氣和自產(chǎn)干氣，2#脫硫裝置用來(lái)凈化催化重整液化氣和氣柜干氣，其中氣柜干氣主要來(lái)自全廠的低壓火炬系統(tǒng)。

1 干氣脫硫工藝流程

低壓火炬系統(tǒng)氣體進(jìn)入氣柜回收后，再經(jīng)螺桿壓縮機(jī)增壓進(jìn)入2#氣體脫硫裝置，經(jīng)干氣—循環(huán)水換熱器E3303、干氣分液罐V3301分液后，進(jìn)入干氣脫硫塔T3302，與濃度30%左右的N-甲基二乙醇胺溶液逆向接觸，干氣中的H2O和CO2被溶劑吸收，塔頂凈化后的干氣經(jīng)V3302分液后進(jìn)入高壓燃料氣管網(wǎng)，供全廠加熱爐使用。

溶劑自集中再生裝置再生后，經(jīng)空冷器E3302冷卻至40℃進(jìn)入T3302，塔底富液經(jīng)換熱升溫進(jìn)入富液閃蒸罐V3303閃蒸出大部分的溶解烴后，經(jīng)泵P3306送往溶劑集中再生裝置，閃蒸罐頂?shù)妮p烴返回氣壓機(jī)入口。具體流程如圖1所示。

圖1 干氣脫硫工藝流程圖

2 沖塔過(guò)程及現(xiàn)象

自2016年2月份以來(lái)，T3302發(fā)生過(guò)多次沖塔現(xiàn)象，時(shí)間分別為:2月28日16:04—17:05、3月2日11:43—23:32、3月3日14:13—15:22、3月18日12:15—20:09、3月27日11:55—16:04、3月28日12:09—20:38、3月31日12:23—18:06?？梢钥闯?，沖塔時(shí)間短至1h，長(zhǎng)則達(dá)到連續(xù)12h。沖塔導(dǎo)致干氣分液罐V3302液位快速上漲，一旦液位沒(méi)過(guò)脫后干氣入口，不僅會(huì)導(dǎo)致脫后干氣帶液量增加，也會(huì)使T3302壓力持續(xù)升高，引起安全閥起跳等生產(chǎn)波動(dòng)。

現(xiàn)以2016年3月27日的沖塔過(guò)程為例，沖塔期間，干氣分液罐V3302液位快速上漲，30 min內(nèi)液位由0上漲至76%，脫硫塔壓力由0.59 MPa持續(xù)增加至0.615 MPa，沖塔期間，干氣流量未發(fā)生大的波動(dòng)，沖塔結(jié)束后，干氣流量由6 550 m3/h快速下降至5 600 m3/h，T3302壓降也由正常的0.5 kPa增加至10 kPa，其他參數(shù)變化不大。

3 原因分析

引起板式塔沖塔的原因通常有:氣液相負(fù)荷過(guò)大、溶劑發(fā)泡、儀表失靈、反應(yīng)波動(dòng)、塔板脫落等［2］。現(xiàn)針對(duì)可能引起沖塔的原因進(jìn)行分析。

3.1 儀表故障

干氣脫硫塔塔頂壓控閥、貧液進(jìn)塔流量調(diào)節(jié)閥突開(kāi)都會(huì)使氣、液相負(fù)荷快速增加，造成脫硫塔沖塔，在沖塔期間，分別將脫硫塔塔頂壓控閥、貧液進(jìn)塔流量調(diào)節(jié)閥手動(dòng)控制，但并不能消除沖塔現(xiàn)象，同時(shí)聯(lián)系儀表工去現(xiàn)場(chǎng)檢查調(diào)節(jié)閥運(yùn)行狀況，干氣分液罐V3302液位顯示均未見(jiàn)異常。因此排除了儀表方面的原因。

3.2 溶劑發(fā)泡

干氣脫硫采用的溶劑為N-甲基二乙醇胺，當(dāng)其中混入設(shè)備殘留的潤(rùn)滑脂、氣體攜帶的烴類凝液、硫化氫腐蝕設(shè)備所產(chǎn)生的硫化鐵(作為泡沫穩(wěn)定劑)等都極易出現(xiàn)“發(fā)泡”現(xiàn)象［3］。溶劑發(fā)泡后，塔板上的泡沫層厚度增加，脫硫塔壓降增大，溶劑吸收效果變差，溶劑損失增加。對(duì)沖塔期間的溶劑采樣后化驗(yàn)分析，溶劑中熱穩(wěn)定鹽等雜質(zhì)含量均在正常范圍內(nèi)，未見(jiàn)溶劑有發(fā)泡傾向，N-甲基二乙醇胺濃度也在適宜的范圍內(nèi)，同時(shí)其余三套脫硫裝置在T3302沖塔期間均運(yùn)行正常。因此也排除溶劑系統(tǒng)存在問(wèn)題的可能。

3.3 塔板脫落

脫硫塔塔板腐蝕脫落位置不當(dāng)時(shí)，可能會(huì)堵塞氣體上升通道，導(dǎo)致塔內(nèi)壓力升高，壓力升高到一定程度后便會(huì)發(fā)生沖塔現(xiàn)象。塔板脫落也會(huì)導(dǎo)致脫硫塔發(fā)生沖塔現(xiàn)象，但T3302在少部分沖塔時(shí)間段外均能正常運(yùn)行，排除了塔板脫落導(dǎo)致沖塔的可能。

3.4 氣相負(fù)荷分析

T3302設(shè)計(jì)的干氣流量為8 000 Nm3/h，實(shí)際生產(chǎn)中干氣平均流量在6 500 Nm3/h，最大加工量達(dá)到8 500 Nm3/h時(shí)也可正常運(yùn)行，7次沖塔期間干氣流量均在6 000～6 600 Nm3/h，因此排除了干氣流量過(guò)大，加工量持續(xù)超負(fù)荷引起的沖塔。由于T3302進(jìn)料干氣回收自全廠低壓火炬系統(tǒng)，帶有較大量的C3及以上組分，其3月份平均組成數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 干氣組成數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)可以看出，干氣中C3及以上成分平均含量達(dá)到20.6%。3月18日，對(duì)T3302沖塔期間的干氣進(jìn)行采樣分析，沖塔時(shí)的C3及以上組分含量達(dá)到了27.8%，C5及以上組分含量是平時(shí)的3.6倍，達(dá)到了9.92%。

在T3302的操作溫度40℃下，C2～C5組分的飽和蒸氣壓見(jiàn)表2。氣柜螺桿壓縮機(jī)出口氣體壓力為0.8 MPa(表壓)，T3302操作壓力為0.6 MPa(表壓)。

表2 40℃時(shí)C2～C5純組分飽和蒸氣壓

由表2中各純組分的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)，結(jié)合表1沖塔期間的氣體組成分析，可以看出，沖塔期間C5組分在螺桿壓縮機(jī)出口處的分壓已超過(guò)其飽和蒸氣壓數(shù)值，C5組分被壓縮后成為液體，在V3301內(nèi)未完成分離的C5進(jìn)入T3302后降壓膨脹，液體C5組分迅速氣化，導(dǎo)致塔內(nèi)氣體線速在短時(shí)間內(nèi)快速增加，霧沫夾帶量增大，上升氣體攜帶的溶劑在塔板間及塔上部氣相空間不能沉降下來(lái)而被帶入V3302內(nèi)，致使V3302液位快速上漲，氣速增大也使氣體通過(guò)塔板的干板阻力增加，塔壓降增大。

沖塔期間，對(duì)V3301液位的現(xiàn)場(chǎng)巡檢記錄檢查后也發(fā)現(xiàn)，在沖塔期間，V3301現(xiàn)場(chǎng)玻璃板液面均會(huì)出現(xiàn)大幅度增加，在3月18日沖塔時(shí)間段內(nèi)，V3301液位由沖塔前的3%增加至22%，說(shuō)明在沖塔期間，氣體組分中夾帶的C5及以上液相重組分含量出現(xiàn)了大幅度的增加。

3.5 液相負(fù)荷分析

T3302原設(shè)計(jì)的貧液流量為50 t/h，但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，貧液流量超過(guò)30 t/h時(shí)，一旦干氣流量波動(dòng)，極易使T3302發(fā)生沖塔現(xiàn)象。經(jīng)設(shè)計(jì)單位再次水力學(xué)核算發(fā)現(xiàn)，T3302塔徑設(shè)計(jì)得偏小。實(shí)際塔徑僅有1 m，致使塔內(nèi)降液管流通面積太小，塔內(nèi)氣液兩相中之一的流量增大就會(huì)使降液管內(nèi)的液體不能順利下流，管內(nèi)液體積累，塔板產(chǎn)生積液，進(jìn)而導(dǎo)致沖塔。由于干氣流量波動(dòng)較大，為確保脫后干氣H2S在合格范圍內(nèi)，生產(chǎn)中通?？刂曝氁毫髁吭?0～25 t/h。

4 調(diào)整措施

通過(guò)以上分析，查明脫硫塔沖塔的原因在于氣柜回收的低壓火炬氣體中含有大量的C5組分，在V3301內(nèi)不能沉降分離的C5組分進(jìn)入脫硫塔后迅速氣化，導(dǎo)致塔內(nèi)氣相負(fù)荷快速增大，較大的貧液流量也使降液管和塔板上產(chǎn)生積液，脫硫塔沖塔。

4.1 上游裝置避免短時(shí)間大量向火炬線排放

氣柜干氣回收的氣體來(lái)自各裝置安全閥泄漏或生產(chǎn)異常排放，因此要避免回收氣體中夾帶大量C5組分，上游各裝置應(yīng)避免短時(shí)間大量向火炬線排放液化氣體。針對(duì)此種情況，在生產(chǎn)調(diào)度會(huì)上要求各裝置向低壓火炬線排放液化氣時(shí)，必須先通知生產(chǎn)調(diào)度部門，并且要緩慢排放，減小對(duì)脫硫系統(tǒng)的沖擊。

4.2 調(diào)整貧液入塔流量

T3302原設(shè)計(jì)時(shí)洛陽(yáng)分公司未有蠟油加氫、焦化等裝置，入塔干氣的H2S含量較高，設(shè)計(jì)H2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。后經(jīng)相關(guān)重油輕質(zhì)化裝置的增加和工藝改進(jìn)、優(yōu)化，目前狀態(tài)下入口H2S含量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，因此，入塔貧液量存在較大的過(guò)剩。在確保脫后干氣H2S含量＜20 mg/m3的條件下，逐步降低貧液入塔流量，使降液管和塔板上的液層厚度降低，同時(shí)也降低了塔板上的泡沫層厚度，提高塔板對(duì)氣相的操作彈性。生產(chǎn)中根據(jù)脫后干氣H2S含量逐步降低溶劑循環(huán)量，目前控制貧液流量在15 t/h。

4.3 清洗E3303換熱器

E3303換熱器自投用以來(lái)，由于作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，長(zhǎng)時(shí)間未清洗，循環(huán)水在管程中結(jié)垢，其進(jìn)出口溫差只有5℃，換熱效率較差，導(dǎo)致氣體中的部分重組分不能冷凝下來(lái)。針對(duì)此問(wèn)題，車間制定應(yīng)急預(yù)案后對(duì)E3303進(jìn)行切除、吹掃、抽芯、清洗，回裝投用后，E3303循環(huán)水進(jìn)出口溫差達(dá)到了10℃，提高了冷凝效果。

4.4 降低脫硫塔操作壓力

將脫硫塔T3302操作壓力由0.6 MPa降低至0.5 MPa后，螺桿壓縮機(jī)出口壓力由0.8 MPa降低至0.66 MPa，在該出口壓力下，即使C5組分含量達(dá)到15%，其分壓也小于純組分的飽和蒸氣壓，避免了壓縮機(jī)出口C5組分被液化，使回收的氣體全部以氣相形式進(jìn)入T3302。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)干氣脫硫塔T3302沖塔的原因進(jìn)行分析后，主要采取了四方面的調(diào)整措施。采取這四項(xiàng)措施后，脫硫塔T3302運(yùn)行三個(gè)月以來(lái)一直運(yùn)行平穩(wěn)，即使脫后干氣C5及以上組分含量達(dá)到了17%，也未再發(fā)生沖塔現(xiàn)象，脫后干氣H2S含量也在合格范圍內(nèi)。

［1］ 梁文杰，闕國(guó)和，劉晨光.石油化學(xué)［M］.2版.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2011:353-354.

［2］ 張楊.催化裂化裝置應(yīng)急知識(shí)問(wèn)答［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2012:338-342.

［3］ 徐春明，楊朝河.石油煉制工程［M］.4版.北京:石油工業(yè)出版社，2009:580.

TQ050.1

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1003-3467(2017)02-0043-03

2016-11-21

郭 良(1988-)，男，工程師，從事煉油生產(chǎn)工作，電話:18737961592，E-mail:guoliangupc@126.com。