王雪梅,林金安
(中國石化海南煉油化工有限公司,海南 儋州 578001)
酸性水汽提裝置是煉油企業(yè)必不可少的環(huán)保裝置。在原油加工過程中,各煉油裝置都要排放大量的酸性水,這些酸性水中除含有H2S、NH3污染物外,還含有酚類、氰類等其他雜質(zhì)[1],必須經(jīng)過酸性水汽提裝置進(jìn)行預(yù)處理,將其中的H2S、NH3汽提出來送至硫回收裝置進(jìn)一步回收。經(jīng)過汽提后,酸性水轉(zhuǎn)變?yōu)閮艋?,回用至上游煉油裝置,多余部分送至污水處理廠進(jìn)一步處理后達(dá)標(biāo)排放。酸性水汽提裝置作為煉油企業(yè)酸性水預(yù)處理的重要裝置,保證裝置的長周期平穩(wěn)運(yùn)行顯得尤為重要。筆者根據(jù)某企業(yè)A系列酸性水汽提裝置的生產(chǎn)運(yùn)行情況,對裝置運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常工況及處理措施進(jìn)行了總結(jié),供同類裝置生產(chǎn)運(yùn)行參考。
某煉化企業(yè)酸性水汽提裝置A系列采用單塔低壓汽提工藝,主要處理來自常減壓蒸餾裝置、重油催化裂化裝置等非加氫裝置酸性水。汽提裝置A系列內(nèi)設(shè)2個(gè)5 000 m3酸性水儲(chǔ)罐,配套有水封罐、脫臭罐及罐頂氣回收系統(tǒng),采用靜態(tài)隔油法對酸性水進(jìn)行除油。2017年裝置大修擴(kuò)能改造后,A系列酸性水處理能力提高至150 t/h,其酸性水處理流程見圖1。
圖1 酸性水處理流程
自上游裝置來的酸性水進(jìn)入脫氣罐脫除油氣,再經(jīng)脫硫溶劑洗滌后,送至火炬氣柜回收。罐底酸性水自壓進(jìn)入酸性水儲(chǔ)罐隔去水中的油,罐頂設(shè)安全水封罐。隔油后的酸性水由酸性水泵送至酸性水/凈化水換熱器換熱后進(jìn)入汽提塔第45層塔板上方。酸性水在汽提塔中自上而下流動(dòng),在汽提塔底重沸器提供熱源產(chǎn)生的汽提作用下,含H2S、NH3等成分的酸性氣自塔頂分離出去,送至硫回收裝置回收硫。汽提塔頂回流由塔頂循環(huán)泵自塔頂填料段下抽出,在汽提塔頂循環(huán)空氣冷卻器的變頻調(diào)速電機(jī)控制下,穩(wěn)定汽提塔頂溫度。
汽提塔底凈化水由凈化水泵抽出,經(jīng)換熱器、空氣冷卻器、冷卻器冷卻至50 ℃以下送出裝置,大部分返回上游裝置回用,小部分送往污水處理廠。
2020年3月,汽提塔運(yùn)行開始出現(xiàn)異常,主要現(xiàn)象為汽提塔進(jìn)料量超過100 t/h時(shí),汽提塔第8層塔盤溫度異常上升,第25層及以上塔盤溫度異常下降,第25層塔盤從正常操作的125 ℃降至115 ℃以下,塔頂和塔底壓差從45 kPa升至65 kPa。分析其原因?yàn)槠崴虏克P結(jié)垢嚴(yán)重,導(dǎo)致塔盤開孔率大幅下降,影響靈敏層塔盤的操作溫度。
2021年8月,汽提塔熱進(jìn)料溫度由開工初期的92.71 ℃下降至61.61 ℃,下降了31.10 ℃;凈化水出裝置的溫度由開工初期的38.23 ℃上升至49.95 ℃,上升了11.72 ℃,接近工藝控制范圍(不大于50 ℃)的上限。分析其原因?yàn)樗嵝运?凈化水換熱器結(jié)垢嚴(yán)重,換熱效果變差。
汽提塔重沸器設(shè)計(jì)采用熱虹吸式重沸器。2021年9月,操作人員發(fā)現(xiàn)汽提塔底重沸器溫度控制閥閥位出現(xiàn)波動(dòng),重沸器凝結(jié)水收集罐液位同時(shí)出現(xiàn)波動(dòng),汽提塔第25層靈敏層塔盤溫度不能穩(wěn)定控制。經(jīng)分析,汽提塔重沸器的殼程結(jié)垢,造成加熱效果下降,1.0 MPa蒸汽未完全冷凝就進(jìn)入凝結(jié)水收集罐,造成凝結(jié)水收集罐液位出現(xiàn)波動(dòng)。
汽提塔開人孔9個(gè),塔內(nèi)壁及各接管口、抽出口、頂循返回分布器、升氣管、集液箱、降液板均正常,未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕痕跡。將第45層塔盤通道板全部拆除檢查,塔盤無吹翻、變形等異常情況。汽提塔頂部第44和45層塔盤處于冷進(jìn)料口下方,表面干凈,未見堵塞現(xiàn)象。汽提塔熱進(jìn)料下方,即第40~43層塔盤堵塞嚴(yán)重,塔盤表面附著一層厚厚的灰白色沙狀物,固閥開孔已被完全堵塞,其中第41和42層塔盤堵塞最為嚴(yán)重(見圖2~3)。汽提塔內(nèi)11~39層塔盤表面干凈,無積垢現(xiàn)象,塔盤未見堵塞。汽提塔底部1~10層塔盤表面可見一層薄薄的黃泥色硬垢狀物(見圖4),但未堵塞塔盤固閥開孔。
圖2 汽提塔第41層塔盤情況
圖3 汽提塔第42層塔盤情況
圖4 汽提底部第10層塔盤情況
汽提塔第40~43層塔盤的結(jié)垢為灰白色沙狀物,不易溶于水,對結(jié)垢物取樣化驗(yàn)分析,其中灰分(w)為60%,w(C)為11.7%,w(S)為1.3%,w(H2O)為27.0%。該結(jié)垢物位于進(jìn)料口附近的塔盤,其他塔盤則未發(fā)現(xiàn),據(jù)此判斷,第40~43層塔盤的結(jié)垢物應(yīng)由原料攜帶進(jìn)入汽提塔,在塔盤上長期沉積從而造成塔盤堵塞。采用高壓水對上述結(jié)垢物進(jìn)行清洗,效果明顯。
汽提裝置切除酸性水/凈化水換熱器進(jìn)行清洗。拆開換熱器大浮頭,發(fā)現(xiàn)殼體結(jié)垢嚴(yán)重,抽芯比較困難,后將殼體外部的保溫層拆除,使用外力使殼體外部松動(dòng),才完成抽芯作業(yè)。對酸性水/凈化水換熱器的現(xiàn)場管束附著物進(jìn)行測量,平均厚度約20 mm(見圖5)。
圖5 酸性水/凈化水換熱器管束結(jié)垢情況
對換熱器管束的附著物進(jìn)行成分分析,與第40~43層塔盤結(jié)垢物成分相似,同樣采取高壓水沖洗的方法對換熱器管束進(jìn)行清理。
控制汽提塔底重沸器1.0 MPa蒸汽的流量,由原來的14 t/h降至6 t/h左右,由汽提塔底注入明汽,保證第25層塔盤溫度在工藝卡片控制指標(biāo)范圍之內(nèi),確保凈化水質(zhì)量合格。
從上游裝置來的酸性水進(jìn)入脫氣罐脫除油氣,同時(shí)將脫氣罐的液位抬高至除油口以上靜置。除油操作由每月定期進(jìn)行除油改為每周進(jìn)行除油,使浮油在脫氣罐內(nèi)脫除。另外穩(wěn)定酸性水儲(chǔ)罐的液位,使液位與罐壁除油口持平并控制穩(wěn)定,使靜態(tài)隔油起到除油效果。
通過對汽提塔的塔盤、酸性水/凈化水換熱器的管束進(jìn)行清理,降低重沸器的蒸汽流量并由汽提塔底注入明汽,汽提裝置運(yùn)行穩(wěn)定。檢修前后汽提塔的操作參數(shù)對比見表1。
表1 汽提塔檢修前后操作參數(shù)對比表
汽提塔檢修前,當(dāng)汽提冷/熱進(jìn)料量提至100 t/h后,汽提塔底壓力上升至0.17 MPa,塔頂壓力為0.13 MPa,全塔最大壓降為0.04 MPa,塔底液位波動(dòng)較大,且第8層塔盤壓力波動(dòng)較頻繁。檢修后,汽提熱進(jìn)料量達(dá)到140 t/h時(shí),汽提塔底壓力為0.16 MPa,塔頂壓力為0.14 MPa,全塔壓降為0.02 MPa,全塔操作穩(wěn)定。酸性水進(jìn)塔溫度由61.61 ℃提高至91.33 ℃,在停運(yùn)3臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)的工況下,裝置出口的凈化水溫度可控制在42 ℃以下。
酸性水中含有金屬雜質(zhì)、焦粉和油脂等物質(zhì),在酸性水儲(chǔ)罐及后續(xù)處理流程中,油脂碳?xì)漕惢衔镌诮饘匐x子的催化下能與酸性物質(zhì)反應(yīng)生成膠狀物,這些膠狀物會(huì)吸附、粘連水中的碳粉、催化劑粉末、金屬離子及其他粒子而引起結(jié)垢[2],造成汽提塔塔盤及換熱器堵塞,影響裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行。在日常生產(chǎn)運(yùn)行過程中,要加強(qiáng)源頭控制,避免上游裝置酸性水帶油進(jìn)入酸性水儲(chǔ)罐。為此,筆者提出以下建議:
1)酸性水進(jìn)汽提塔前增設(shè)石英砂過濾系統(tǒng),將酸性水中的雜質(zhì)攔截在換熱器及汽提塔外,延長裝置運(yùn)行周期[3]。
2)采用高效抗堵塔盤。2018年汽提裝置為提高酸性水處理量,在塔內(nèi)徑不變的情況下,將汽提塔塔盤由浮閥塔盤改造為高效固閥塔盤,酸性水處理能力由110 t/h提升至150 t/h。裝置運(yùn)行初期,運(yùn)行工況穩(wěn)定,經(jīng)多次標(biāo)定都能滿足設(shè)計(jì)要求,但2020年3月汽提塔下部塔盤出現(xiàn)結(jié)垢,導(dǎo)致裝置停工檢修,未能滿足“四年一修”的長周期運(yùn)行要求。某石化公司酸性水汽提塔采用一種新型高效抗堵型噴射態(tài)塔盤技術(shù)(SDMP),投入運(yùn)行至今已超4年,運(yùn)行穩(wěn)定,蒸汽單耗并無增加趨勢,顯示出良好的抗堵塞性能[4],值得借鑒使用。
酸性水汽提裝置在運(yùn)行過程中出現(xiàn)汽提塔下部塔盤、酸性水/凈化水換熱器及重沸器嚴(yán)重結(jié)垢,導(dǎo)致汽提塔塔盤溫度、熱進(jìn)料溫度和凈化水出口溫度異常波動(dòng)、凝結(jié)水收集罐液位波動(dòng),通過對結(jié)垢物的成分及位置進(jìn)行分析認(rèn)為,上述結(jié)垢物主要是由于酸性水中攜帶的油脂等物質(zhì)在塔盤及換熱器上長期沉積、聚集造成的。通過對汽提塔的塔盤、換熱器的管束進(jìn)行清理,降低重沸器的蒸汽流量并由汽提塔底注入明汽,加大酸性水儲(chǔ)罐的除油頻次,實(shí)現(xiàn)了酸性水汽提裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí),筆者建議在日常生產(chǎn)運(yùn)行過程中加強(qiáng)源頭控制,通過增加砂濾系統(tǒng)或采用高效抗堵塔盤等措施,以減少酸性水的雜質(zhì)進(jìn)入酸性水汽提裝置,保證汽提裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。