張 濤

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714）

某石化公司600 kt/a 乙烯裝置（簡稱E3 裝置）于2012年10月建成投產(chǎn)，采用前脫丙烷前加氫流程。裝置于2013年及2015年進(jìn)行過2 次大檢修，2018年裝置大檢修為化工區(qū)全面檢修，三套乙烯裝置均進(jìn)行停工檢修，根據(jù)開工統(tǒng)籌E3 裝置首先開工，故無法借助無排放開工線實(shí)現(xiàn)無排放開工［1]，E3 裝置結(jié)合歷次停開工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際流程，通過增加碳二加氫開工充壓線、高壓脫丙烷塔不合格乙烯回?zé)捑€、裂解氣壓縮機(jī)改變五段防喘控制等優(yōu)化措施縮短裝置開工時間，同時研究乙烯裝置天然氣、氮?dú)獾鹊团欧砰_工方式，首次提出裂解氣壓縮機(jī)氮?dú)廪D(zhuǎn)實(shí)物料開工方式，加快裝置開工進(jìn)度，降低開工過程中火炬排放量。

1 裝置概況

E3 裝置采用美國SSW 公司的USC 192U 型、8M 型及寰球工程公司專利的HQF-Ⅱ型管式裂解爐技術(shù)，中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“大型乙烯裝置工業(yè)化成套技術(shù)開發(fā)”開發(fā)的前脫丙烷前加氫的分離工藝技術(shù)。裂解氣壓縮采用五段壓縮，分離系統(tǒng)采用雙塔前脫丙烷前加氫，低壓乙烯塔與乙烯制冷壓縮機(jī)構(gòu)成開式熱泵。

2 低排放開工方案

2.1 低排放開工的總體思路

乙烯裝置低排放開工的總體思路就是降低火炬排放量、縮短產(chǎn)品合格時間，其關(guān)鍵點(diǎn)是將開工過程的物料盡可能回收或縮短自投料到產(chǎn)品合格時間及減少開工過程物料投料量［2]。但受開工進(jìn)度及開工初期放火炬物料性質(zhì)限制，開工的物料很難實(shí)現(xiàn)大量回收［3]，因此縮短時間和減少物料投料量是乙烯裝置低排放開工的重點(diǎn)優(yōu)化過程。

2.2 分離系統(tǒng)采用倒開工方式

分離系統(tǒng)倒開工技術(shù)，可有效縮短開工時間。部分精餾塔引液進(jìn)行全回流操作，可顯著降低裝置投料后的產(chǎn)品合格時間。首先對丙烯精餾塔進(jìn)行氣相充壓，隨后外引開工液相丙烯，投用采用低壓蒸汽作為加熱介質(zhì)的開工再沸器。丙烯塔建立全回流運(yùn)轉(zhuǎn)，利用丙烯塔塔頂氣相線對丙烯機(jī)進(jìn)行實(shí)氣置換，隨后投用丙烯機(jī)開工引液線，將丙烯引至各用戶調(diào)節(jié)閥前，丙烯機(jī)四段排出丙烯冷劑收集罐引液至約70%，丙烯機(jī)具備開工條件；乙烯機(jī)及乙烯塔實(shí)氣置換合格后，外引開工液相乙烯至乙烯緩沖罐，并投用冷回流對乙烯塔進(jìn)行預(yù)冷。丙烯機(jī)無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，乙烯機(jī)開工，乙烯塔建立全回流運(yùn)轉(zhuǎn)，保證2機(jī)組在最低轉(zhuǎn)速以上運(yùn)轉(zhuǎn)正常，可顯著縮短前冷進(jìn)料后的產(chǎn)品合格時間［4]。

2.3 裂解氣壓縮機(jī)氮?dú)膺\(yùn)轉(zhuǎn)

裂解氣壓縮機(jī)開工前，急冷及裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)可采用裂解氣、天然氣或氮?dú)獬鋲褐?.3 MPa，若有多套并行乙烯裝置可引入正常運(yùn)轉(zhuǎn)裝置裂解氣充壓開工，由于本次開工E3裝置優(yōu)先開工，故無法借用另兩套裝置裂解氣進(jìn)行實(shí)氣充壓；若采用裂解爐投料后對急冷及裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)充壓，在壓縮機(jī)啟機(jī)前大量裂解氣在急冷水塔頂進(jìn)行放火炬，不僅浪費(fèi)物料而且易導(dǎo)致環(huán)境污染；當(dāng)界外天然氣供應(yīng)充足時可采用天然氣開工。但由于大慶石化天然氣供應(yīng)緊張，且天然氣中CO2含量高達(dá)3.64%，易擊穿堿洗塔造成前冷凍堵；E3 裝置裂解氣壓縮機(jī)在設(shè)計時有氮?dú)夤r，在2018年停工過程中為提高物料回收、減少放火炬損失及加快停工進(jìn)度已進(jìn)行氮?dú)馔９?，為氮?dú)忾_工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮決定采用氮?dú)庾鳛殚_工介質(zhì)。

2.4 置換介質(zhì)綜合利用

乙烯裝置開工前，工藝系統(tǒng)內(nèi)充滿了氮?dú)?，根?jù)各單元工藝特點(diǎn)，通常需用裂解氣、甲烷、乙烯、丙烯等進(jìn)行置換，各單元置換氣直接排放至火炬，造成物料大量損失及火炬冒黑煙現(xiàn)象。為此根據(jù)工藝流程特點(diǎn)，利用置換介質(zhì)復(fù)用開工技術(shù)［5]，針對開工置換過程中氮?dú)庥昧渴芟迒栴}，為保證置換進(jìn)度，將后分離系統(tǒng)中丙烯塔、前冷等置換用氮?dú)馀欧胖粱鹁婀芫W(wǎng)，將火炬界區(qū)大閥關(guān)閉，為防止設(shè)備超壓，此時重點(diǎn)監(jiān)控火炬管網(wǎng)壓力不高于設(shè)計值0.35 MPa，當(dāng)火炬管網(wǎng)壓力為0.3 MPa時，打開急冷水塔頂放火炬調(diào)節(jié)閥，將火炬系統(tǒng)接收的置換氮?dú)夥匆良崩湎到y(tǒng)，大大縮短裝置氮?dú)庵脫Q合格時間及氮?dú)庥昧?，將丙烯塔系統(tǒng)的實(shí)氣置換氣體引入丙烯機(jī)系統(tǒng)，將乙烯機(jī)系統(tǒng)的實(shí)氣置換氣體引入脫乙烷塔系統(tǒng)，將丙烯機(jī)、前冷系統(tǒng)的實(shí)氣置換氣體引入裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)及急冷系統(tǒng)，充分利用置換介質(zhì)，減少火炬排放量。

3 開工過程中低排放措施

3.1 利用大修實(shí)施低排放技改

3.1.1 碳二加氫充壓線改造碳二加氫開工進(jìn)度決定前冷進(jìn)料及乙烯產(chǎn)品合格進(jìn)度，而采用裂解氣充壓易導(dǎo)致床層飛溫，根據(jù)裝置流程特點(diǎn)在氣相乙烯外送線上增加1條碳二加氫充壓線，配至反應(yīng)器一段入口，通過投用氣相乙烯外送事故加熱器，對反應(yīng)器進(jìn)行充壓，由于床層內(nèi)無氫氣，床層不會升溫，當(dāng)高壓塔塔頂丁二烯摩爾分?jǐn)?shù)小于200×10-6時，碳二加氫可以進(jìn)行投用，且根據(jù)催化劑廠家建議逐步提高各段反應(yīng)器入口溫度，盡快使反應(yīng)器出口乙炔合格，縮短乙烯產(chǎn)品合格時間。

3.1.2 高壓脫丙烷塔增加不合格乙烯回?zé)捑€在裝置開工過程中，由于碳二加氫反應(yīng)器出口合格需要一定時間，而為降低火炬排放量，可將未加氫合格裂解氣引至前冷系統(tǒng)，此時將導(dǎo)致乙烯中炔烴含量超標(biāo)，而乙烯塔不合格乙烯回?zé)捑€僅能回?zé)捯彝槌瑯?biāo)的炔烴，針對此情況，在高壓脫丙烷塔增加不合格乙烯回?zé)捑€，將回?zé)捑€配至高壓脫丙烷塔回流調(diào)節(jié)閥后，此部分不合格乙烯可經(jīng)過碳二加氫反應(yīng)器將乙炔加氫脫除，此回?zé)捑€投用不僅可以進(jìn)行不合格乙烯回?zé)?，而且有利于高壓脫丙烷塔塔頂降溫，縮短塔頂碳四合格時間，加快碳二加氫反應(yīng)器投用進(jìn)度，縮短裝置開工時間。

3.1.3 脫甲烷塔塔釜增加去脫乙烷進(jìn)料線開工初期，由于預(yù)切割塔塔頂冷劑能力不足，導(dǎo)致脫甲烷塔塔釜帶有部分碳三組份，若直接進(jìn)入乙烯塔，則在塔釜積聚，不僅造成丙烯損失，而且重組分過多易導(dǎo)致乙烯塔塔釜再沸器加熱能力不足，影響精餾塔的正常操作，為此，在脫甲烷塔塔釜增加一條外送線，連接至脫乙烷塔進(jìn)料線，可將開工初期塔釜物料送至脫乙烷塔，當(dāng)預(yù)切割塔運(yùn)行正常，脫甲烷塔靈敏板溫度在正常范圍內(nèi)時再將塔釜物料送至乙烯塔。

3.2 裂解氣壓縮機(jī)改變五段防喘控制

裂解氣壓縮機(jī)五段防喘振控制是用1 個控制器控制2個分程調(diào)節(jié)的流量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)防喘控制。熱返回線UV-330001D 最大流通量為壓縮機(jī)五段設(shè)計容量的25%，冷返回線UV-330001C 最大流通量為壓縮機(jī)五段設(shè)計容量的75%，采用喘振PID、喘振超馳、ITCC 或DCS 手動輸入3 個值進(jìn)行高選后分程控制五段防喘閥，同時高選后的輸出值與手動限位值進(jìn)行低選，控制五段防喘閥的開度。

分程控制器默認(rèn)輸出值100%，此時C閥全開，D 閥全部關(guān)閉，若利用分程控制器進(jìn)行防喘閥控制，則隨著ITCC手動輸入值逐漸關(guān)小，冷返回線逐步關(guān)閉，熱返回線逐步打開。此時不利于高壓脫丙烷塔的降溫，同時由于冷返回線逐步關(guān)閉，五段排出去碳二加氫系統(tǒng)的裂解氣流量降低，將不滿足反應(yīng)器的最低流量要求，此時若投用反應(yīng)器則由于空速過低，易導(dǎo)致床層飛溫。

為此采用手動限位，單獨(dú)投用冷返回線進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。通過查找UV-330001C 閥門特性曲線得出，在防喘閥大于63%時可滿足碳二加氫反應(yīng)器在開工時對于反應(yīng)總氣相空速的要求。若裂解爐進(jìn)行投料后，由于機(jī)組進(jìn)氣量增加則防喘閥還可繼續(xù)關(guān)閉，裂解氣壓縮機(jī)五段防喘控制改變后，不僅利于高壓塔降溫，減少裂解氣五段排出放火炬，而且可使碳二加氫反應(yīng)器提前具備投用條件。

4 開工過程及存在問題

4.1 開工過程

2018年8月31 日，在裂解氣壓縮機(jī)啟機(jī)前用氮?dú)鈱⒓崩湎到y(tǒng)、裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)充至0.3 MPa，8:58啟動丙烯機(jī)，11:18啟動乙烯機(jī)，待兩冰機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，16:18 啟動裂解氣壓縮機(jī)，隨后裂解爐投料，用裂解氣逐步置換系統(tǒng)內(nèi)氮?dú)?，?dāng)碳四輕烴爐及循環(huán)乙丙烷爐分別投用1臺后，裝置總投料量在70 t/h，高壓塔塔頂溫度低于-20 ℃，碳二加氫反應(yīng)器升溫，前冷開始進(jìn)料，隨著裂解爐投料臺數(shù)增加，將尾氣逐步并入燃料氣系統(tǒng)，至9月2 日裝置總負(fù)荷提至184 t/h，20:00全部產(chǎn)品合格。

4.2 開工過程中存在的問題

（1）急冷油系統(tǒng)引油時間晚于統(tǒng)籌時間，倒加熱時間不足，急冷油塔升溫過程中出現(xiàn)機(jī)泵抽空。

原因分析：倒加熱時間不足，急冷油系統(tǒng)未充分預(yù)熱；裂解爐蒸汽切入系統(tǒng)后可能存在部分冷凝；裂解爐投料后由于油水不平衡造成汽油帶水；外引焦油為裝置停工時急冷系統(tǒng)排放的輕、重燃料油可能帶微量水。

解決措施：優(yōu)化急冷油倒加熱時間，急冷油倒加熱時間為10～12 h，主稀釋蒸汽發(fā)生器倒加熱蒸汽每0.5 h 開大兩扣，直至全開。急冷油塔釜溫盡量提至140 ℃以上再將裂解爐切入急冷系統(tǒng)。倒加熱過程中，EH-3234B-E 工藝水側(cè)不投用，避免急冷油循環(huán)過程中取熱降低急冷油溫度。定期監(jiān)控外引焦油和裂解汽油品質(zhì)，防止物料帶水。

（2）高壓脫丙烷塔頻繁超壓，火炬排量增加。

原因分析：由于本次采用氮?dú)廪D(zhuǎn)實(shí)物料開工，造成后系統(tǒng)內(nèi)不凝氣含量高，同時由于前冷進(jìn)料受高壓脫丙烷塔降溫速度過慢限制，導(dǎo)致大量裂解氣無法及時進(jìn)入前冷系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)不凝氣含量積累，高壓脫丙烷塔頻繁超壓，被迫放火炬。

解決措施：開工前提前引少量液相乙烯，在高壓塔進(jìn)料后，投用不合格乙烯回?zé)挘墒垢邏核敎匮杆傧陆?，盡快使高壓塔頂物料合格，使碳二加氫具備投用條件并往前冷進(jìn)料，前冷系統(tǒng)進(jìn)料后，系統(tǒng)內(nèi)不凝氣在尾氣調(diào)節(jié)閥PV340141 及粗氫壓力調(diào)節(jié)閥PV340142 處放火炬，盡快將尾氣并入燃料氣系統(tǒng)，既有利于前冷系統(tǒng)降溫，又可實(shí)現(xiàn)在物料損失最小的情況下將系統(tǒng)內(nèi)氮?dú)庵脫Q合格。

5 結(jié)束語

通過置換介質(zhì)綜合利用、分離系統(tǒng)采用倒開工、裂解氣壓縮機(jī)氮?dú)廪D(zhuǎn)實(shí)物料運(yùn)轉(zhuǎn)等低排放開工方案實(shí)施，以及開工過程中碳二加氫充壓線、高壓脫丙烷塔不合格乙烯回?zé)捑€及低壓脫丙烷塔再沸器加熱介質(zhì)改造等低排放技改項(xiàng)目的應(yīng)用。E3裝置在2018年大檢修開工過程排放火炬155 t，較2013年的開工排放量343 t，減少55%，乙烯合格時間為28.4 h，較2013年提前20.6 h，通過低排放技術(shù)的研究及應(yīng)用，有效降低火炬排放量、縮短開工時間，實(shí)現(xiàn)低排放開工的目標(biāo)。