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        常減壓蒸餾裝置運(yùn)行末期常頂異常工況原因分析及措施

        2021-08-05 08:26:52吳昊張業(yè)濤
        遼寧化工 2021年7期

        吳昊,張業(yè)濤

        (中國(guó)石油大連石化分公司,遼寧 大連 116032)

        中國(guó)石油大連石化公司1 000 萬(wàn)t·a-1常減壓蒸餾裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)三蒸餾)由殼牌公司提供工藝設(shè)計(jì)包,按照加工進(jìn)口含硫原油的規(guī)劃,由中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司設(shè)計(jì),于2006年首次開(kāi)工至今,設(shè)計(jì)操作彈性為60%~110%。主要由電脫鹽、初餾塔、常壓塔、減壓塔和加熱爐等單元組成,為燃料型常減壓蒸餾裝置。裝置在運(yùn)行末期出現(xiàn)常壓塔頂壓差增大、常頂石腦油和常壓一線油餾程重疊、常壓一線油收率下降等問(wèn)題,影響了裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)和長(zhǎng)周期運(yùn)行。

        1 常頂運(yùn)行工況

        2019年12月三蒸餾裝置已開(kāi)工運(yùn)行32 個(gè)月,裝置處于生產(chǎn)運(yùn)行末期,常壓塔頂逐漸出現(xiàn)壓降升高的趨勢(shì),至2019年12月底加工負(fù)荷由73%提至80%,提量后常壓塔頂部(1~15)層塔盤(pán)壓降由20 kPa 逐漸升至40 kPa,壓降升高造成常頂石腦油餾程 95%點(diǎn)和常壓一線油餾程 5%點(diǎn)脫空度由10 ℃將至0 ℃,常壓一線油收率由12%逐漸降至10%。

        2 原因分析

        2.1 氯化銨腐蝕

        原油中含有一些天然的含氮化合物,由于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的特性,造成含氮化合物性質(zhì)較為穩(wěn)定且不易分解,但三蒸餾電脫鹽注水采用硫磺回收來(lái)脫硫凈化水,脫硫凈化水中含有氨的成分,同時(shí)原油中含有一些有機(jī)氯化物,在電脫鹽系統(tǒng)中無(wú)法有效脫除,在蒸餾過(guò)程中受熱分解或水解,產(chǎn)生HCl[1],氨和HCl 在一定的溫度和壓力下反應(yīng)生成氯化銨鹽。氯化銨鹽是無(wú)色晶體或白色顆粒性粉末,極易吸潮,吸濕點(diǎn)一般在76%左右,當(dāng)空氣中相對(duì)濕度大于吸濕點(diǎn)時(shí),氯化銨即產(chǎn)生吸潮現(xiàn)象[2-4]。

        氯化銨鹽隨著溫度的降低析出結(jié)晶,結(jié)晶溫度與氨和HCl 的濃度有關(guān),干燥的氯化銨鹽不具有腐蝕性,但是氯化銨鹽天然具有極強(qiáng)的吸潮性,而分餾塔有汽提蒸汽的工藝,存在相對(duì)潮濕的客觀環(huán)境,氯化銨鹽一般容易沉積在降液管底隙和塔盤(pán)邊緣的流動(dòng)死區(qū),與汽提蒸汽接觸后吸潮,造成垢下腐蝕。

        2.2 氯化銨結(jié)鹽溫度計(jì)算

        計(jì)算常頂氯化銨鹽結(jié)晶析出的溫度如圖1所示。

        圖1 氯化銨鹽結(jié)晶Kp 值℉計(jì)算

        根據(jù)三蒸餾常壓塔頂酸性水?dāng)?shù)據(jù),計(jì)算常壓塔頂氯銨鹽的結(jié)晶溫度:

        對(duì)照氯銨鹽結(jié)晶分布圖1,根據(jù)塔頂各項(xiàng)參數(shù)可算得氯化銨鹽Kp 值,由Kp 值查得塔頂氯化銨鹽析出溫度在(130~140)℃左右,三蒸餾常壓塔常頂循抽出溫度約140 ℃,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料,氯化銨沉積一般發(fā)生在常壓塔中上部,通過(guò)常頂氯化銨鹽的Kp 值的計(jì)算結(jié)果,可以證明常壓塔頂部存在氯化銨鹽結(jié)晶析出的條件。

        2.3 塔板水力學(xué)計(jì)算

        根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)常壓塔頂部塔盤(pán)進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算得到圖2 和圖3。

        圖2 塔盤(pán)開(kāi)孔率100%的操作曲線

        圖3 塔盤(pán)開(kāi)孔率50%的操作曲線

        通過(guò)圖2 和3 可以得出結(jié)論,在正常情況下,加工負(fù)荷提高后,常頂塔盤(pán)的操作點(diǎn)(A 點(diǎn))仍然能夠保證在適宜的操作區(qū),假設(shè)塔盤(pán)開(kāi)孔率降低50%,根據(jù)計(jì)算結(jié)果常頂塔盤(pán)的操作點(diǎn)(A 點(diǎn))在淹塔線以上,即造成常頂塔盤(pán)出現(xiàn)淹塔的情況。通過(guò)塔盤(pán)水力學(xué)計(jì)算可以得出結(jié)論:當(dāng)塔盤(pán)開(kāi)孔率降低50%及以上時(shí),會(huì)造成常壓塔頂部塔盤(pán)出現(xiàn)輕度淹塔的情況,進(jìn)而導(dǎo)致常頂塔盤(pán)壓降升高。

        根據(jù)以上結(jié)鹽溫度和塔盤(pán)水力學(xué)計(jì)算的結(jié)果,可以初步得出結(jié)論為裝置運(yùn)行至生產(chǎn)末期,常壓塔頂部氯化銨鹽結(jié)鹽析出,形成垢下腐蝕,由于時(shí)間積累造成銨鹽及腐蝕產(chǎn)物堆積造成常壓塔頂部塔盤(pán)開(kāi)孔率下降,降液管底隙有效流通面積減小,加工量提高后,塔頂部氣相負(fù)荷增大,塔板干塔壓降驟升,常壓塔頂部部分塔板出現(xiàn)淹塔的情況。最終導(dǎo)致造成常壓塔頂部溫差逐漸減小,使得常壓塔頂部塔板分餾效果下降,常頂石腦油和常壓一線油脫空度下降,影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。隨著結(jié)鹽結(jié)垢的進(jìn)一步加劇,可能造成常頂石腦油及常壓一線油產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

        3 停檢設(shè)備打開(kāi)情況

        裝置2020年進(jìn)行了停工檢修,通過(guò)對(duì)常壓塔內(nèi)聯(lián)檢發(fā)現(xiàn)常壓塔頂部(1~15)層塔盤(pán)表面存在大量的腐蝕產(chǎn)物和污泥(因停工期間對(duì)塔盤(pán)進(jìn)行水洗因而無(wú)法證明鹽垢的存在),尤其在降液管底隙位置出現(xiàn)明顯規(guī)則形狀的垢樣,降低了降液管的流通面積,這與裝置停工前常頂異常工況的原因分析是相符的。圖4 和圖5 分別為塔盤(pán)表面腐蝕產(chǎn)物和降液管底隙垢樣。

        圖4 常壓塔頂部塔盤(pán)(表面覆蓋腐蝕產(chǎn)物及污泥)

        圖5 常壓塔7 層塔盤(pán)降液管底隙附著垢樣

        經(jīng)外委分析垢樣的主要成分是無(wú)機(jī)物,為鐵的腐蝕副產(chǎn)物,同時(shí)含有一定量的硫等酸性物質(zhì)。垢樣中主要為腐蝕產(chǎn)物,并且基本不含有聚合形成的高分子類(lèi)物質(zhì)。

        4 解決措施

        根據(jù)以上分析結(jié)論,為防止常壓塔頂部塔盤(pán)結(jié)鹽結(jié)垢堵塞塔盤(pán)和降液管,解決裝置運(yùn)行末期常壓塔頂壓差增大、常頂石腦油和常壓一線油餾程脫空度降低、常壓一線油收率下降等問(wèn)題,經(jīng)調(diào)研決定在常壓塔常頂循流程上增設(shè)除鹽設(shè)施,常壓塔不停工在線水洗能夠有效解決塔板結(jié)鹽問(wèn)題[5-6],該技術(shù)采用湍流分散-順流萃取-油水深度分離的組合脫鹽防腐方法,通過(guò)注水混合萃取將油品中腐蝕性雜質(zhì)洗脫至水中,并將洗后水從塔頂回流油/循環(huán)油中深度分離,實(shí)現(xiàn)在線除鹽防腐蝕[7-10]。圖6 為常頂循除鹽工藝流程簡(jiǎn)圖。

        圖6 常頂循除鹽工藝流程簡(jiǎn)圖

        根據(jù)表1 常頂循除鹽運(yùn)行情況可以看出,裝置開(kāi)工初期常頂循除鹽系統(tǒng)氯脫除率為27.27%~50.00%。根據(jù)產(chǎn)品成績(jī)可以看出,除鹽系統(tǒng)出口常頂循油氯含量穩(wěn)定,氯脫除率上升主要原因?yàn)殡S運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng),常頂循油中的氯含量逐漸上升。

        表1 常頂循除鹽系統(tǒng)投用后產(chǎn)品成績(jī)

        5 結(jié)論

        針對(duì)三蒸餾運(yùn)行末期常頂異常工況的分析,得出常壓塔頂結(jié)鹽造成塔盤(pán)開(kāi)孔率降低影響常壓塔的穩(wěn)定操作,并通過(guò)停工檢修期間對(duì)常壓塔的聯(lián)檢驗(yàn)證了推論結(jié)果,最終通過(guò)調(diào)研增上常頂循除鹽工藝。通過(guò)開(kāi)工初期的運(yùn)行數(shù)據(jù),可以證明頂循除鹽工藝能夠降低頂循系統(tǒng)中鹽垢和腐蝕產(chǎn)物,減輕了常壓塔頂?shù)母g,對(duì)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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