楊 軍，王樂毅

(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

延遲焦化是渣油深度熱裂化工藝，其特點(diǎn)是對原料的適應(yīng)性強(qiáng)、工藝成熟、投資低、操作費(fèi)用少[1-5]。中國石化某分公司1.40 Mt/a延遲焦化裝置由中國石化洛陽石油化工工程公司(LPEC)設(shè)計(jì)，采用目前國內(nèi)先進(jìn)的“可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比”工藝流程。焦化裝置由工藝生產(chǎn)和石油焦處理兩大部分組成，其中，工藝生產(chǎn)部分包括反應(yīng)、分餾、吹汽放空、吸收穩(wěn)定和干氣脫硫5個單元；石油焦處理部分包括水力除焦、冷焦水密閉處理及石油焦輸送3個單元。

吹汽放空系統(tǒng)的主要作用是冷卻焦炭塔處理塔在大吹汽、給水以及油氣預(yù)熱過程中產(chǎn)生的高溫蒸汽及油氣。從焦化裝置開工運(yùn)行至今，吹汽放空系統(tǒng)一直存在塔底油冷卻水箱腐蝕、接觸冷卻塔塔底帶水、塔底泵氣蝕等問題，長期影響接觸冷卻系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，通過對同類裝置的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其它裝置也存在類似的問題。因此，對接觸冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，能減少接觸冷卻系統(tǒng)空氣冷卻器和水冷卻器的運(yùn)行時間，進(jìn)一步降低裝置生產(chǎn)成本，確保裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。本文主要介紹接觸冷卻系統(tǒng)存在的問題及其優(yōu)化。

1 延遲焦化裝置接觸冷卻系統(tǒng)流程

延遲焦化裝置接觸冷卻系統(tǒng)原則流程如圖1所示。焦炭塔處理塔在大吹汽、給水冷焦時產(chǎn)生的大量蒸汽及少量油氣進(jìn)入接觸冷卻塔下部，從塔頂?shù)谝粚铀P注入以蠟油餾分為主的接觸冷卻塔塔底油，洗滌油氣中夾帶的重質(zhì)油和焦粉。接觸冷卻塔塔底油用泵從塔底抽出，經(jīng)接觸冷卻塔塔底油及甩油冷卻水箱冷卻后一部分經(jīng)上回流返回塔頂，另一部分經(jīng)液控閥出裝置或進(jìn)入裝置污油罐。塔頂蒸汽及輕質(zhì)瓦斯油氣經(jīng)塔頂空氣冷卻器、塔頂水冷卻器冷卻后進(jìn)入接觸冷卻塔塔頂氣液分離罐，分離出的污油由接觸冷卻塔污油泵送出裝置或進(jìn)入裝置污油罐，含硫污水由接觸冷卻塔污油泵送入含硫污水緩沖罐或酸性水汽提裝置，不凝氣經(jīng)壓控閥后進(jìn)入全廠低壓瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)，最終排放至火炬燃燒裝置處理。

圖1 延遲焦化裝置接觸冷卻系統(tǒng)原則流程

2 接觸冷卻系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題及原因

2.1 接觸冷卻塔塔底泵出口流量不足

實(shí)際操作中，接觸冷卻系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的問題為塔底泵抽空以及氣蝕，最終引起泵出口流量不足，不能滿足正常生產(chǎn)需要。塔底泵出現(xiàn)氣蝕的頻次較高，每個生焦周期平均出現(xiàn)3～4次。塔底泵抽空以及氣蝕均會造成接觸冷卻塔上回流流量中斷，影響焦炭塔在大吹汽和給水階段接觸冷卻系統(tǒng)的正常冷卻，如果此時空氣冷卻器和水冷卻器投用不及時，接觸冷卻系統(tǒng)會超溫超壓運(yùn)行，造成嚴(yán)重的設(shè)備事故；同時塔底泵長時間抽空和氣蝕，振動過大，易造成泵的機(jī)械密封泄漏，造成環(huán)境污染事件發(fā)生，嚴(yán)重時可能引發(fā)火災(zāi)事故。

2.1.1塔底泵抽空原因分析接觸冷卻塔塔底泵抽空的主要原因，是在處理塔大吹汽和給水期間，大量的蒸汽攜帶焦炭塔內(nèi)的焦粉進(jìn)入接觸冷卻塔，最終沉積在塔底部，進(jìn)入塔底抽出管線，造成塔底過濾器堵塞，導(dǎo)致塔底泵抽空。

塔底過濾器堵塞造成泵抽空的問題通過清理塔底過濾器就能解決，可以短時間恢復(fù)正常生產(chǎn)，不會對操作產(chǎn)生大的影響。

2.1.2塔底泵氣蝕原因分析接觸冷卻塔塔底泵出現(xiàn)氣蝕的主要原因，是在焦炭塔處理塔大吹汽以及給水階段，大量蒸汽進(jìn)入接觸冷卻塔并冷凝，造成塔底介質(zhì)中有水存在。在焦炭塔處理塔大吹汽后期以及給水初期階段，接觸冷卻塔入口油氣溫度會逐漸升高至350 ℃左右，同時塔底抽出溫度也會隨之升高，當(dāng)塔底抽出溫度升至130～150 ℃時，塔底介質(zhì)中的水會逐漸汽化，并生成氣泡。當(dāng)含有大量氣泡的介質(zhì)進(jìn)入泵體葉輪高壓區(qū)后，氣泡急劇凝結(jié)或破裂引起泵氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生[6]。

塔底泵出現(xiàn)氣蝕時，主要的處理方法是通過關(guān)小壓控閥對系統(tǒng)進(jìn)行升壓，并反復(fù)到現(xiàn)場調(diào)整，進(jìn)行切泵或停泵處理，但是仍不能消除泵氣蝕的問題。

2.2 接觸冷卻塔塔底油冷卻水箱管束腐蝕

在焦化裝置接觸冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，接觸冷卻塔塔底水箱管束腐蝕情況嚴(yán)重，從2008年6月裝置建成開工至2017年7月，已經(jīng)出現(xiàn)3次管束腐蝕泄漏情況。即使將水箱管束材質(zhì)由以前的碳鋼全部升級為鉻鉬鋼(1Cr5Mo)材質(zhì)，仍有較嚴(yán)重的腐蝕情況。

水箱管束腐蝕的主要原因是：焦化裝置冷卻水箱管程為接觸冷卻塔塔底油，溫度在130 ℃左右，管外為循環(huán)水，管內(nèi)污油溫度較高，致使管束外側(cè)的循環(huán)水快速蒸發(fā)，循環(huán)水中的鹽分在管束表面結(jié)垢，進(jìn)而引起嚴(yán)重的垢下腐蝕，甚至腐蝕穿孔[7]。

由于水箱外壁是一個整體，進(jìn)行管束更換作業(yè)時，需要將水箱側(cè)面鋼板切割成小塊，管束更換后需要重新焊接，工作量大，更換耗費(fèi)時間長；同時，由于水箱管束為1Cr5Mo材質(zhì)，造價和檢修費(fèi)用均較高。

3 接觸冷卻系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

針對以上問題，經(jīng)過多次調(diào)研，結(jié)合裝置的實(shí)際生產(chǎn)情況，對接觸冷卻系統(tǒng)采取停用冷卻水箱、投用接觸冷卻塔跨線流程、增設(shè)接觸冷卻塔入口霧化噴淋系統(tǒng)、增加接觸冷卻塔塔底油換熱器等一系列的優(yōu)化措施，以保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.1 停用接觸冷卻系統(tǒng)冷卻水箱

在焦化裝置接觸冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，正常生產(chǎn)時接觸冷卻塔底部冷卻水箱的主要作用是將從塔底泵抽出的塔底油冷卻，然后作為接觸冷卻塔上回流返回塔頂。在實(shí)際操作中，由于水箱的冷卻作用，接觸冷卻塔上回流溫度一般在80～100 ℃左右，進(jìn)入塔內(nèi)對整個系統(tǒng)起到了冷卻作用，從而降低了接觸冷卻系統(tǒng)的溫度，但也使得塔內(nèi)的水無法及時蒸出，最終造成塔底泵出現(xiàn)氣蝕，泵出口流量不足，甚至出現(xiàn)機(jī)械密封損壞的情況。

為了避免塔底泵出現(xiàn)氣蝕，減少設(shè)備損壞，需要提高接觸冷卻系統(tǒng)的溫度，將塔內(nèi)的水盡可能地蒸出。結(jié)合焦化裝置的實(shí)際生產(chǎn)情況，將接觸冷卻塔冷卻水箱流程改走跨線，停用冷卻水箱，能夠?qū)⒔佑|冷卻系統(tǒng)的溫度提高至160～180 ℃，有效地解決了塔底泵氣蝕的問題，同時也降低了裝置循環(huán)水用量。

停用接觸冷卻塔塔底油冷卻水箱(只在裝置開停工期間投用)能夠消除在正常生產(chǎn)期間水箱的腐蝕問題，整體上減緩水箱的腐蝕情況，延長水箱使用壽命，降低設(shè)備的檢維修費(fèi)用。

3.2 投用接觸冷卻塔跨線流程

圖2 接觸冷卻塔入口和塔頂溫度的變化趨勢 —接觸冷卻塔入口溫度； —塔頂溫度

隨著焦炭塔處理塔給水操作的進(jìn)行，焦炭塔內(nèi)部熱量逐漸減少，進(jìn)入接觸冷卻塔的油氣溫度也隨之降低。在實(shí)際生產(chǎn)操作中，接觸冷卻塔入口油氣溫度和塔頂溫度的變化趨勢如圖2所示。從圖2可以看出，隨著給水操作的進(jìn)行，接觸冷卻系統(tǒng)會出現(xiàn)入口油氣溫度低于塔頂溫度的情況。在操作中，當(dāng)塔入口油氣溫度低于塔頂溫度時，進(jìn)入塔內(nèi)的油氣就會對整個接觸冷卻系統(tǒng)起到冷卻作用，會出現(xiàn)接觸冷卻系統(tǒng)溫度迅速下降的情況，造成塔內(nèi)的水無法蒸出，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

鑒于此種情況，在操作中可以根據(jù)情況投用接觸冷卻塔跨線流程。具體操作為：在焦炭塔給水后期，當(dāng)塔入口溫度降至150～160 ℃時，打開接觸冷卻塔跨線閥，關(guān)閉塔底進(jìn)料閥，將油氣改至塔頂氣相線后，進(jìn)入后續(xù)流程處理。此操作能夠減緩在給水后期接觸冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)溫度迅速降低的情況，延長塔內(nèi)溫度大于150 ℃的時間1.5 h，有助于整個系統(tǒng)的脫水，減少塔底油中的帶水情況；同時，將接觸冷卻塔改至跨線流程，能夠降低系統(tǒng)空氣冷卻器和水冷卻器的熱負(fù)荷，縮短其運(yùn)行時間1.5～2 h，每個生焦周期可節(jié)約循環(huán)水用量800 t，節(jié)電176 kW·h，能夠進(jìn)一步降低裝置運(yùn)行成本。

3.3 接觸冷卻塔入口增設(shè)霧化噴淋系統(tǒng)

為了保證接觸冷卻系統(tǒng)在焦炭塔處理塔大吹汽及給水期間不超溫，降低接觸冷卻系統(tǒng)的熱量，減少系統(tǒng)空氣冷卻器、水冷卻器的運(yùn)行時間，進(jìn)一步降低裝置運(yùn)行成本，在2015年裝置大檢修期間，對接觸冷卻塔入口進(jìn)行了技術(shù)改造，增設(shè)了霧化噴淋系統(tǒng)。主要改造內(nèi)容是在接觸冷卻塔入口油氣管線上增加霧化噴頭，并將含硫污水泵出口含硫污水引入噴嘴。改造后的新增流程如圖3中紅色部分所示。

圖3 接觸冷卻塔入口噴淋系統(tǒng)新增流程示意

在焦炭塔處理塔大吹汽后期以及給水初期階段投用塔入口噴淋系統(tǒng)，能夠?qū)⒔佑|冷卻塔入口油氣溫度從350 ℃降至200 ℃左右，有效地降低了大吹汽后期以及給水初期階段進(jìn)入接觸冷卻系統(tǒng)的熱量，降低系統(tǒng)空氣冷卻器和水冷卻器的熱負(fù)荷。

3.4 接觸冷卻塔塔底增上換熱器

在操作中，由于接觸冷卻塔入口噴淋系統(tǒng)的投用情況是由操作人員根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況控制的，因此常常出現(xiàn)投用時間過長和停用不及時的情況，造成噴入接觸冷卻塔塔底的水過多；同時，在焦炭塔處理塔給水后期，進(jìn)入接觸冷卻塔的熱量減少，接觸冷卻系統(tǒng)溫度下降，接觸冷卻塔內(nèi)的水無法完全脫除。因此，要實(shí)現(xiàn)接觸冷卻系統(tǒng)的完全脫水，從根本上消除塔內(nèi)帶水對塔底泵的影響，需要對接觸冷卻系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)改造，增上塔底油換熱器(如圖4中藍(lán)色部分所示)，對塔底介質(zhì)進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)完全脫水的操作。

圖4 接觸冷卻塔塔底增上換熱器流程示意

3.5 優(yōu)化效果

(1)通過對接觸冷卻塔系統(tǒng)采取停用冷卻水箱以及入口增加霧化噴淋系統(tǒng)的優(yōu)化，將塔底溫度提高至180 ℃以上，有效解決了塔底泵氣蝕的問題，延長了機(jī)泵機(jī)械密封系統(tǒng)的使用壽命。優(yōu)化過后，塔底泵出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象的次數(shù)明顯降低。

(2)停用接觸冷卻系統(tǒng)冷卻水箱后，在一定程度上解決了水箱的腐蝕問題，延長了水箱的使用壽命，每減少一次檢修，能夠節(jié)約檢修費(fèi)用20余萬元。

(3)通過投用接觸冷卻塔跨線流程，能夠延長塔內(nèi)溫度大于150 ℃的時間1.5 h，有助于整個系統(tǒng)的脫水，減少塔底油的帶水情況，同時能夠降低接觸冷卻系統(tǒng)水冷卻器的熱負(fù)荷，預(yù)計(jì)縮短其運(yùn)行時間1.5～2 h，每個生焦周期能夠節(jié)約循環(huán)水用量800 t，節(jié)電176 kW·h，以36 h一個生焦周期計(jì)算，能夠降低加工成本7.5萬元/a。

(4)對接觸冷卻塔塔底增上換熱器的改造，能夠消除由于操作導(dǎo)致的接觸冷卻系統(tǒng)帶水問題，進(jìn)一步脫除系統(tǒng)中的水，保證接觸冷卻塔塔底泵和接觸冷卻系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié) 論

焦化裝置接觸冷卻系統(tǒng)塔底油冷卻水箱管束腐蝕、接觸冷卻塔塔底帶水、塔底泵氣蝕等問題長期影響著裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，通過對接觸冷卻系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造和生產(chǎn)操作優(yōu)化，有效解決了系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，確保了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

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