寧 瑋，彭 晨，張學(xué)恒，王曉強(qiáng)

(中國(guó)石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266500)

1 反應(yīng)器接收器D105脫氣線泄漏原因分析與預(yù)防措施

1.1 工藝流程簡(jiǎn)介

S Zorb裝置采用吸附脫硫技術(shù)，基于吸附作用原理對(duì)汽油進(jìn)行脫硫，通過吸附劑選擇性地吸附含硫化合物中的硫原子而達(dá)到脫硫目的[1-3]。裝置反應(yīng)器采用流化吸附反應(yīng)床，再生器也采用流化反應(yīng)床，吸附劑連續(xù)再生。反應(yīng)器R101中的含硫吸附劑通過D105轉(zhuǎn)至閉鎖料斗，再通過再生器R102再生后由閉鎖料斗轉(zhuǎn)回還原器D102，最終回到R101中。

作為D105在S Zorb裝置早期工藝(第1～第8套裝置)中存在收不到料或是收料困難的現(xiàn)象，經(jīng)過多家煉油廠實(shí)踐摸索與總結(jié)，由設(shè)計(jì)單位計(jì)算與設(shè)計(jì)后，從第9套S Zorb裝置開始，D105收料線下移2 m，同時(shí)增加D105脫氣線，解決了D105收料困難的問題。

新增D105脫氣線不僅解決了收料難的問題，而且也將D105中的大量油氣脫出。早期S Zorb裝置由于D105無脫氣線，D105中大量油氣未脫出，隨吸附劑帶入閉鎖料斗D106中，冷凝至液相與吸附劑混合后，不僅頻繁造成閉鎖料斗程控閥與膨脹節(jié)磨損嚴(yán)重，還經(jīng)常引起閉鎖料斗循環(huán)時(shí)吹烴時(shí)間過長(zhǎng)等問題。

圖1為S Zorb裝置D105改造后的流程示意。

1.2 運(yùn)行效果

某公司S Zorb裝置2015年9月13日開工，2017年8月裝置滿負(fù)荷運(yùn)行累計(jì)約23個(gè)月，裝置生產(chǎn)平穩(wěn)，D105未出現(xiàn)收料困難現(xiàn)象，并且閉鎖料斗控制閥與膨脹節(jié)也未頻繁出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，閉鎖料斗循環(huán)時(shí)吹烴時(shí)間也屬正常范圍。但D105脫氣線彎管出現(xiàn)磨穿泄漏現(xiàn)象，起初對(duì)泄漏點(diǎn)采取臨時(shí)打卡具處理，特別是2016年10月20—29日期間發(fā)生連續(xù)泄漏事件，于是于2016年11月5日停工進(jìn)行檢修，對(duì)D105氣相線上5處彎管進(jìn)行外彎貼板處理后，此段管線一直正常運(yùn)行。

圖1 D105改造后的流程示意

1.2.1現(xiàn)場(chǎng)泄漏情況D105氣相線45°第二彎頭中部外彎正中線部位，管線被沖刷出一個(gè)黃豆大小的孔洞。圖2為處理后打卡子的照片，圖3為D105脫氣線45°第一彎管的外彎下部左側(cè)部位漏點(diǎn)，圖4為D105脫氣線頂部90°彎管前期打卡子部位的下部外彎處，圖5為D105脫氣線泄漏點(diǎn)統(tǒng)計(jì)。

圖2 D105脫氣線第二彎頭漏點(diǎn)

圖3 D105脫氣線第一彎管漏點(diǎn)

圖4 D105脫氣線頂部彎管漏點(diǎn)

圖5 D105脫氣線漏點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

1.2.2現(xiàn)場(chǎng)處理情況選擇168 mm×11 mm的P11直管段，按D105氣相線原彎管弧度進(jìn)行煨彎，并割除內(nèi)彎部分，保留長(zhǎng)500、寬120 mm外弧彎，對(duì)原管線進(jìn)行加熱消氫后，將該外弧彎貼板于原管線外彎處。圖6為貼板照片。

圖6 D105脫氣線貼板照片

1.3 D105脫氣線泄漏原因分析

S Zorb裝置的設(shè)備、管線減薄甚至泄漏主要由氣相、固相或是氣固兩相流沖刷腐蝕導(dǎo)致。本裝置實(shí)際運(yùn)行不到一個(gè)檢修周期，根據(jù)同行業(yè)裝置運(yùn)行情況來看，首先排除單純是由氣相腐蝕造成的泄漏。根據(jù)裝置操作參數(shù)可以推斷，造成泄漏的主要原因應(yīng)該是D105內(nèi)線速過高或吸附劑粉塵過多造成管線過度磨損。

1.3.1線速過大表1為D105出現(xiàn)泄漏前的工藝操作參數(shù)。從表1數(shù)據(jù)推斷可能是由于D105底部汽提氫流量過大，造成D105內(nèi)氣相線速較高，將部分吸附劑帶入氣相管線。隨后調(diào)整工藝操作，將D105底部汽提氫流量降至1 200 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，此時(shí)線速為42 ms，并聯(lián)系儀表重新校準(zhǔn)孔板，發(fā)現(xiàn)實(shí)際流量比DCS顯示流量高200～250 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。根據(jù)此段管線運(yùn)行情況，在保證D105內(nèi)油氣能被完全脫出后，陸續(xù)減少此處的汽提氫流量。在后期裝置運(yùn)行實(shí)際情況看，D105底部汽提氫流量控制在800 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，線速28 ms較為合適。D105底部汽提氫流量變化趨勢(shì)見圖7。

表1 D105出現(xiàn)泄漏前的工藝操作參數(shù)

圖7 D105底部汽提氫流量

1.3.2粉塵過多S Zorb裝置吸附劑平均粒徑為70～85 μm，裝置運(yùn)行一段時(shí)間后由于吸附劑磨損會(huì)造成0～40 μm粒徑的吸附劑粉塵增多。通過2016年9—11月吸附劑篩分?jǐn)?shù)據(jù)推斷出：由于反應(yīng)-再生系統(tǒng)內(nèi)較高的細(xì)粉量從而造成D105脫氣線攜帶大量細(xì)粉，對(duì)此段管線的沖蝕影響過大。通過提高反應(yīng)-再生系統(tǒng)的吸附劑循環(huán)線速來增加細(xì)粉排出量，減少細(xì)粉進(jìn)入D105脫氣線的量。另外，為避免系統(tǒng)內(nèi)存有較多的細(xì)粉，對(duì)系統(tǒng)強(qiáng)制置換了5 t吸附劑，并從吸附劑回收罐將舊劑排出。

圖8與圖9分別為待生吸附劑和再生吸附劑在2016年1月1日至12月30日期間的0～40 μm粒徑含量，可以明顯看出在10月裝置調(diào)整操作和置換新劑之前，粒徑0～40 μm的吸附劑含量明顯上升，調(diào)整操作與置換后又有明顯緩和趨勢(shì)，表明系統(tǒng)中的吸附劑粉塵量得以控制。

圖8 待生吸附劑中0～40 μm顆粒含量變化趨勢(shì)

圖9 再生吸附劑中0～40 μm顆粒含量變化趨勢(shì)

2 進(jìn)料換熱器E101結(jié)焦原因分析與應(yīng)對(duì)措施

2.1 工藝流程簡(jiǎn)介

早期S Zorb裝置E101設(shè)置為單列，限制了裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，經(jīng)過優(yōu)化變更后改為兩列。某公司S Zorb裝置進(jìn)料換熱器El01共有6臺(tái)(A～F)，采用兩組并聯(lián)的形式，A，B，C為一組，D，E，F(xiàn)為另一組，在其中一組出現(xiàn)結(jié)焦的情況下，另一組切出清洗，同時(shí)下調(diào)裝置負(fù)荷，避免由于換熱器結(jié)焦導(dǎo)致裝置停工。E101為U形管換熱器，采用熱反應(yīng)產(chǎn)物走殼程、冷反應(yīng)進(jìn)料走管程的換熱方式。

2.2 進(jìn)料換熱器壓差與溫度變化情況

2.2.1壓差變化某公司S Zorb裝置自開工以來換熱器管程壓差一直以較為平穩(wěn)的趨勢(shì)緩慢上漲，2016年9月7日上游裝置開始摻煉罐區(qū)儲(chǔ)存汽油，E101管程壓差由之前的55～60 kPa突然升至75 kPa左右，進(jìn)料改變后壓差上漲明顯。切斷罐區(qū)儲(chǔ)存汽油后，管程差壓又變成以平穩(wěn)趨勢(shì)上升，壓差變化趨勢(shì)見圖10所示。

圖10 S Zorb裝置E101壓差變化趨勢(shì)

圖10中壓差為0時(shí)是公司外電網(wǎng)晃電導(dǎo)致裝置停工所致。裝置9月5日開始恢復(fù)生產(chǎn)，7日基本正常，裝置二次開工后9月7—10日期間E101出入口壓差還保持在55 kPa左右，但從11日起E101出入口壓差突然上漲，趨勢(shì)明顯。9月12日上游裝置切除罐區(qū)儲(chǔ)存的汽油后，E101出入口壓差恢復(fù)正常緩慢上漲趨勢(shì)。

2.2.2溫度變化在壓差變化期間觀察進(jìn)料換熱器管程進(jìn)口溫度(TI1105)、出口溫度(TI1103、TI1104)，殼程的進(jìn)口溫度(TI1102)、出口溫度(TI1106、TI1107)的變化，不難看出E101A，B，C列出現(xiàn)堵塞情況。原料汽油經(jīng)吸附反應(yīng)進(jìn)料泵P101升壓與脫硫反應(yīng)器R101頂部產(chǎn)物進(jìn)行換熱，換熱后去進(jìn)料加熱爐F101進(jìn)行加熱，達(dá)到預(yù)定的溫度后進(jìn)入脫硫反應(yīng)器進(jìn)行吸附脫硫反應(yīng)，熱反應(yīng)產(chǎn)物自脫硫反應(yīng)器R101頂部出來后與混氫原料換熱后至熱產(chǎn)物氣液分離罐D(zhuǎn)104。進(jìn)料換熱器測(cè)溫點(diǎn)分布見圖11所示。

圖11 E101測(cè)溫點(diǎn)分布

2016年9月5日裝置開工后，隨原料的變化，E101兩列換熱器管、殼程溫升與溫降發(fā)生明顯變化，其中A，B，C列管程溫升下降，殼程溫降下降，說明此列換熱器換熱效果變差。圖12和圖13分別為E101兩列換熱器管、殼程出口溫度對(duì)比。

圖12 E101兩列管程出口溫度對(duì)比 —A，B，C列； —D，E，F(xiàn)列

圖13 E101兩列殼程出口溫度對(duì)比 —A，B，C列； —D，E，F(xiàn)列

2.3 E101壓差上漲與換熱效果下降的原因

某公司S Zorb裝置原料為催化裂化穩(wěn)定汽油，原料油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為120～130 μgg。原料走管程，在高溫下會(huì)生成各種鐵的硫化物，會(huì)導(dǎo)致管束堵塞。生產(chǎn)調(diào)整中，上游裝置摻煉罐區(qū)儲(chǔ)存汽油。由于罐區(qū)儲(chǔ)存的汽油經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間放置，發(fā)生了氧化作用，進(jìn)入E101C管程時(shí)，在高溫環(huán)境下易生成黑色固狀物質(zhì)，造成換熱器管程壓差上升。其中E101C是熱進(jìn)料經(jīng)過的第一個(gè)換熱器，溫度達(dá)到420～430 ℃，因此結(jié)焦情況較為嚴(yán)重，而E101A，B的結(jié)焦現(xiàn)象不嚴(yán)重。另外，E101A，B，C列殼程差壓變化不大。

2.4 E101A，B，C的現(xiàn)場(chǎng)拆解處理

對(duì)E101A，B，C進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)管程有一定的堵塞現(xiàn)象，殼程較為干凈。其中A管程堵塞情況最輕，基本沒有結(jié)焦；B管程有一定程度的堵塞；C管程堵塞情況則較為嚴(yán)重。各換熱器的管程堵塞情況見圖14～圖16。

圖14 E101A管程

圖15 E101B管程

圖16 E101C管程

檢修期間發(fā)現(xiàn)E101C管束換熱管管頭及管板與換熱管焊接焊肉存在一定腐蝕，具體情況見圖17。分析認(rèn)為該換熱器處在高溫環(huán)境，操作溫度約為350 ℃，原料組分全部處于氣化狀態(tài)，原料中的硫組分在高溫下可能對(duì)管束管板形成了高溫硫腐蝕。另外，殼程未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕情況。

圖17 E101C管程腐蝕情況

2.5 垢樣分析

對(duì)管程結(jié)垢物采樣進(jìn)行分析，樣品外觀呈黑色片狀，經(jīng)過壓碾后呈黑色粉狀，見圖18所示。用XRD方法對(duì)垢樣進(jìn)行成分分析，垢樣主要為鐵的硫化物Fe1-xS和膠質(zhì)沉積。垢樣的溶解性分析結(jié)果表明，垢物不溶于水和有機(jī)溶劑，也不溶于NaOH溶液，可在一定程度上溶于H2SO4溶液，進(jìn)一步確定垢樣的主要成分為鐵的硫化物和膠質(zhì)沉積。

圖18 E101管程垢樣外觀形貌

3 結(jié)束語

通過對(duì)某公司S Zorb裝置D105脫氣線與E101實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，為保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，需從以下4個(gè)方面著手：

(1)工藝參數(shù)摸索。某公司S Zorb裝置是D105改進(jìn)后首批使用新設(shè)計(jì)的煉油廠之一，對(duì)于新設(shè)計(jì)投用生產(chǎn)的管線特性還沒有完全掌握，各種操作參數(shù)正在摸索，還需要加強(qiáng)與同類裝置的溝通與探討。

(2)加強(qiáng)工藝管理。① 對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的細(xì)粉量加強(qiáng)監(jiān)控，控制吸附劑粉塵量在可控范圍，定期排出，保證吸附劑的良性循環(huán)；② 嚴(yán)格控制原料來源，控制原料硫含量是保證裝置設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵，禁止高膠質(zhì)含量汽油或非透明的汽油組分進(jìn)入裝置；③ 盡量避免E101并聯(lián)使用時(shí)出現(xiàn)偏流現(xiàn)象。裝置正常運(yùn)行或是降低處理量運(yùn)行時(shí)，E101兩列必定會(huì)發(fā)生偏流現(xiàn)象，同行業(yè)裝置出現(xiàn)過由于長(zhǎng)時(shí)間偏流而導(dǎo)致某列換熱器結(jié)焦堵塞嚴(yán)重的現(xiàn)象；④ 在工藝條件允許的情況下盡量使用裝置直供料，避免罐區(qū)收料存放后發(fā)生油品氧化現(xiàn)象。

(3)加強(qiáng)測(cè)厚工作。裝置D105脫氣線出現(xiàn)第一次漏點(diǎn)后，及時(shí)聯(lián)系測(cè)厚并做好相關(guān)緊急處理預(yù)案。根據(jù)后續(xù)出現(xiàn)的漏點(diǎn)與測(cè)厚數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)存有一定的偏差，原因在于：① 前期測(cè)量均為一彎一點(diǎn)，測(cè)量數(shù)據(jù)明顯不夠，測(cè)量范圍相對(duì)狹小，不能準(zhǔn)確地測(cè)到減薄點(diǎn)，對(duì)分析有誤導(dǎo)；② 在長(zhǎng)半徑彎管中，內(nèi)部氣相與固體可能在某一特定點(diǎn)形成湍流，造成局部某點(diǎn)腐蝕減薄嚴(yán)重，但定點(diǎn)測(cè)厚方法則明顯不能發(fā)現(xiàn)問題。

(4)管線的選材。① 根據(jù)汽油屬性、地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)以及D105脫氣線實(shí)際運(yùn)行效果，此段管線選材應(yīng)該考慮升級(jí)，如易損彎頭處增加補(bǔ)強(qiáng)或增加耐磨襯里等；② E101選材應(yīng)考慮煉油廠原油特性，建議選用耐高溫同時(shí)防氣相硫腐蝕的原材料。

[1] 王磊. 低鎳S Zorb催化劑的研究[J].石油煉制與化工，2016，47(7)：61-64

[2] 馬驥孚，王文壽，劉憲龍，等. S Zorb精制汽油終餾點(diǎn)上升原因分析[J]. 石油煉制與化工，2017，48(5)：10-14

[3] Xu Li，Zou Kang，Xu Guangtong，et al. Study on the formation mechanism of Zn2SiO4in S Zorb sorbents and its inhibition methods[J]. China Petroleum Processing and Petrochemical Technology，2016，18(2)：1-6