韓麗麗

（大慶油田化工有限公司甲醇分公司，黑龍江大慶 163411）

加氫裝置換熱器的危險(xiǎn)性很高，因受到介質(zhì)（氫氣和油）的影響，換熱器具有易燃易爆的特征。同時(shí)，因?yàn)榧託浞磻?yīng)自身就屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，在高溫高壓下，設(shè)備中的一些導(dǎo)線很容易出現(xiàn)氫催反應(yīng)，從而很容易引發(fā)爆炸。另外，由于加氫反應(yīng)所產(chǎn)生的尾氣中不僅有氫氣，還有其他一些易燃易爆物質(zhì)，一旦出現(xiàn)故障，便很容易出現(xiàn)火災(zāi)、爆炸等事故。由此可見，加氫裝置換熱器故障具有非常大的危害性，一旦出現(xiàn)了危險(xiǎn)事故，便會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡，同時(shí)也會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成很大程度的不良影響[1]?；诖?，在此類換熱器的具體應(yīng)用中，石油化工行業(yè)一定要注重其故障的診斷與分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。通過這樣的方式，才可以確保加氫裝置換熱器的應(yīng)用效果，避免其故障所導(dǎo)致的安全事故。

1 加氫換熱器故障主要影響因素

1）循環(huán)氫流量影響換熱器溫度導(dǎo)致的故障。運(yùn)行中，循環(huán)氫也叫急冷氫，其流量越大，換熱器中的溫度就會(huì)越低，裝置中的轉(zhuǎn)化率便由此降低；但是如果循環(huán)氫的流量太低，便無法對(duì)裝置起到降溫效果，從而導(dǎo)致裂化反應(yīng)過度，床層溫度不斷升高，最終引起設(shè)備故障。

2）進(jìn)料量影響換熱器溫度導(dǎo)致的故障。在該裝置的運(yùn)行中，若其他條件均不變，進(jìn)料量越多，裝置中的空速就越大，單位時(shí)間內(nèi)催化原料的通過量也會(huì)隨之增加，導(dǎo)致原料和催化劑之間的反應(yīng)時(shí)間縮短，這樣不僅會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成不良影響，同時(shí)也會(huì)引發(fā)換熱器升溫，從而造成故障。

3）進(jìn)料溫度影響換熱器溫度導(dǎo)致的故障。在換熱器具體運(yùn)行中，隨著進(jìn)料溫度的升高，其末端的反應(yīng)速率便會(huì)上升，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器自身溫度過高，催化劑床層很容易在高溫條件下發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器故障[2]。

4）冷劑中斷影響塔頂溫度導(dǎo)致的故障。在塔頂位置的冷劑突然中斷供應(yīng)之后，伴隨著反應(yīng)的進(jìn)行和熱量的積聚，塔頂溫度將迅速上升，如果其溫度超出了塔頂溫度的設(shè)計(jì)極限，不僅會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格，同時(shí)也很容易引發(fā)設(shè)備故障，造成安全事故。

5）塔頂回流終端影響塔頂溫度所導(dǎo)致的故障。在換熱器的運(yùn)行過程中，如果塔頂回流出現(xiàn)了中斷現(xiàn)象，塔頂?shù)臏囟葘?huì)迅速升高，從而增加煤油以及柴油的回收量，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致塔底尾油產(chǎn)品質(zhì)量受到不良影響，同時(shí)也很容易因超高溫而引發(fā)換熱器故障，造成火災(zāi)、爆炸等的安全事故。

2 加氫換熱器故障診斷模型建立

2.1 換熱器中的主要原料及其反應(yīng)產(chǎn)物

在對(duì)石油化工行業(yè)中的加氫裝置換熱器進(jìn)行故障診斷模型的建立中，首先需要明確其主要的原料和反應(yīng)產(chǎn)物，然后以此為依據(jù)進(jìn)行分析，這樣才可以為后續(xù)的模型建立奠定良好基礎(chǔ)。就目前的加氫技術(shù)來看，其主要原理就是讓油中的硫醇性硫、沸點(diǎn)比油品高的噻吩以及其他的一些雜質(zhì)脫離，以此來實(shí)現(xiàn)油的中間餾分以及品質(zhì)提升，并與目前的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相符。在加氫技術(shù)的具體應(yīng)用中，其主要的技術(shù)形式有兩種，第一是加氫裂化，第二是加氫精制。因此，在加氫換熱器中，主要的原料是氫氣、油以及其所含有的氮、氧、硫和重金屬等的雜質(zhì)，主要產(chǎn)物是低分子量產(chǎn)物。

2.2 換熱器故障參數(shù)分析

按照加氫裝置中的換熱器原料及其反應(yīng)產(chǎn)品的具體特征，在對(duì)其進(jìn)行故障診斷模型建立的過程中，可將加氫反應(yīng)體系按照多個(gè)虛擬組進(jìn)行劃分，并按照不同目的將虛擬組劃分成不同總集。將換熱器所具有的動(dòng)力原理作為依據(jù)，可按照原料油、航空煤油、柴油、輕石腦油、重石腦油以及氣體來進(jìn)行其原料劃分。當(dāng)設(shè)備工作正常時(shí)，柴油、輕石腦油、重石腦油以及氣體便會(huì)同時(shí)生成，反應(yīng)器中的液體混合物也會(huì)具有不變的流速[3]。此時(shí)，按照換熱器和氫氣之間的出壓函數(shù)，可得出以下結(jié)果：

式中，Ki代表換熱器溫度和氫氣所具有的壓力值；Ai代表反應(yīng)總集中的前因子；e代表虛擬組的系數(shù)；Ei代表活性能；R代表污垢系數(shù)；T代表水溫[4]。按恩氏蒸餾法對(duì)換熱器中的油和反應(yīng)物進(jìn)行切割，以此來實(shí)現(xiàn)虛擬組分的科學(xué)劃分。

2.3 換熱器故障診斷流程確定

將上述各個(gè)動(dòng)力反應(yīng)參數(shù)作為依據(jù)，對(duì)各個(gè)部位的物料進(jìn)行流量和壓力調(diào)節(jié)，以此來實(shí)現(xiàn)故障診斷流程的科學(xué)建立。在該診斷流程中，主要可按照四個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行劃分：第一是工藝系統(tǒng)，主要的診斷內(nèi)容包括機(jī)組入口位置溫度以及入口過濾器壓力過大；第二是設(shè)備系統(tǒng)，主要的診斷內(nèi)容包括系統(tǒng)進(jìn)水、組件損壞、機(jī)組振動(dòng)和組件溫度；第三是設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，主要的診斷內(nèi)容包括控制回路、儀表型號(hào)以及信號(hào)穩(wěn)定性；第四是公用系統(tǒng)，主要的診斷內(nèi)容包括蒸汽溫度、循環(huán)氫中斷以及儀表中斷。

在通過該模型對(duì)加氫裝置換熱器進(jìn)行故障診斷的過程中，主要是將上述診斷流程作為依據(jù)，對(duì)其中的各個(gè)部分進(jìn)行流量以及壓力診斷。具體診斷中，主要對(duì)以下的物料進(jìn)行流量和壓力診斷：①主分餾塔進(jìn)料；②汽提蒸汽進(jìn)料；③塔頂冷凝器；④酸性水抽出；⑤塔頂石腦油；⑥塔底尾油；⑦柴油成品；⑧煤油成品；⑨二中回流；⑩過汽化油回流；塔頂回流；煤油汽提塔采出；柴油汽提塔采出。

因?yàn)榧託鋼Q熱器具有比較復(fù)雜的內(nèi)部構(gòu)造，基于此，在具體診斷中，出于對(duì)整體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及物性參數(shù)等各個(gè)方面的誤差及其影響因素考慮，可允許實(shí)際測(cè)量中獲得的數(shù)據(jù)值和實(shí)際值有一定誤差。

2.4 換熱器故障診斷模型建立

在石油化工行業(yè)中，加氫裝置換熱器通常被用來進(jìn)行直餾柴油、焦化汽油以及焦化柴油的加工。圖1為其故障診斷模型示意圖。

圖1 故障診斷模型示意圖

而在此類換熱器中，主要的類型有兩種，第一是混合進(jìn)料形式的高壓換熱器，第二是低分油形式的換熱器。表1是兩種換熱器的對(duì)比情況。

表1 兩種換熱器的對(duì)比情況

在加氫裝置換熱器的具體應(yīng)用中，主要的故障包括反應(yīng)器溫度超出限值、因加熱爐熄火所導(dǎo)致的爐膛閃爆、高壓或低壓分離器中的液位控制出現(xiàn)故障、安全儀表出現(xiàn)故障以及循環(huán)氫壓縮機(jī)出現(xiàn)故障等。在通過加氫裝置換熱器進(jìn)行加氫脫氧、加氫脫硫和加氫裂化等各種反應(yīng)中，將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，在這樣的情況下，為了讓催化劑床層始終保持一個(gè)穩(wěn)定的溫度狀態(tài)，就需要將急冷氫注入其中。在此過程中，如果注入的急冷氫流量不足，反應(yīng)過程中釋放出來的大量熱量將不能夠及時(shí)被帶走，反應(yīng)床層中的溫度將會(huì)繼續(xù)上升。如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在這樣的工作環(huán)境中，加氫裝置換熱器便很容易出現(xiàn)泄漏問題，從而導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸等重大安全事故發(fā)生；在該裝置處于反應(yīng)階段的過程中，系統(tǒng)壓力主要通過高壓分離器來進(jìn)行控制，此時(shí)，如果液面高度超出了限值，低分系統(tǒng)中便會(huì)有高壓氫氣進(jìn)入，在這樣的情況下，系統(tǒng)將會(huì)因超壓而發(fā)生爆炸事故。如果低壓分流器中的液位高度過大，低分氣液位太低，脫丁烷塔便會(huì)出現(xiàn)壓力過高現(xiàn)象，從而損壞設(shè)備；在循環(huán)氫壓縮機(jī)的工作中，如果氣體溫度、壓強(qiáng)等過高，便很容易損壞管線、壓縮機(jī)缸體以及儀表等，從而導(dǎo)致泄漏情況發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)甚至造成火災(zāi)或者是爆炸等安全事故。在加氫裝置換熱器內(nèi)進(jìn)行了有害氣體以及可燃?xì)怏w等的報(bào)警裝置設(shè)置，但是如果報(bào)警裝置并沒有設(shè)置在恰當(dāng)?shù)奈恢?，或者是運(yùn)維中沒有定期做好報(bào)警裝置的檢查，便會(huì)導(dǎo)致報(bào)警裝置運(yùn)行狀況不佳，從而無法及時(shí)針對(duì)相應(yīng)的情況發(fā)出報(bào)警[5]。另外，因其主要介質(zhì)具有易燃易爆以及腐蝕性特征，若換熱器自身內(nèi)部出現(xiàn)了變形問題，設(shè)備損壞以及物料泄漏等問題便很容易出現(xiàn)，從而引發(fā)爆炸、火災(zāi)等的重大安全事故。

3 加氫換熱器故障診斷仿真實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

在通過上述方式對(duì)石油化工行業(yè)中的加氫換熱器進(jìn)行了故障診斷模型建立之后，為對(duì)其應(yīng)用性能加以確定，本次特通過該模型對(duì)石油化工行業(yè)中的加氫換熱器進(jìn)行故障診斷仿真。本次仿真實(shí)驗(yàn)中，主要的實(shí)驗(yàn)思路是通過本次所建立的故障診斷模型對(duì)石油化工行業(yè)中所應(yīng)用的加氫裝置換熱器進(jìn)行故障診斷仿真，并將其診斷的準(zhǔn)確率和傳統(tǒng)故障診斷方法的準(zhǔn)確率進(jìn)行對(duì)比，以此來實(shí)現(xiàn)該故障診斷模型的可信性判斷。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)中，分別將上述換熱器故障的主要影響因素用作實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并對(duì)各種因素進(jìn)行了編號(hào)。其中1號(hào)為進(jìn)料量影響換熱器溫度導(dǎo)致的故障；2號(hào)為進(jìn)料量影響換熱器溫度導(dǎo)致的故障；3號(hào)為進(jìn)料溫度影響換熱器溫度導(dǎo)致的故障；4號(hào)為冷劑中斷影響塔頂溫度導(dǎo)致的故障；5號(hào)為塔頂回流終端影響塔頂溫度所導(dǎo)致的故障。將該故障診斷模型設(shè)定成實(shí)驗(yàn)組，將傳統(tǒng)的故障診斷方法設(shè)定為對(duì)照組。本次共選擇了100組樣本進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在通過上述故障診斷模型對(duì)換熱器各種影響因素所導(dǎo)致的加氫裝置換熱器樣本進(jìn)行了故障診斷之后，將實(shí)驗(yàn)組的診斷結(jié)果和傳統(tǒng)診斷方法獲取的結(jié)果之間的準(zhǔn)確率對(duì)比情況如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)組診斷結(jié)果和傳統(tǒng)診斷方法結(jié)果之間的準(zhǔn)確率對(duì)比情況

3.4 實(shí)驗(yàn)分析

通過上述故障診斷準(zhǔn)確率對(duì)比可見，相比較傳統(tǒng)形式的故障診斷而言，通過該故障診斷模型的應(yīng)用，可進(jìn)一步提升石油化工行業(yè)中的加氫裝置換熱器故障診斷準(zhǔn)確率。同時(shí)，相比較傳統(tǒng)形式的人為檢測(cè)而言，該模型的應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)故障診斷效率的顯著提升，從而更加及時(shí)地找出故障及其原因所在，盡最大限度防止因換熱器故障所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)事故與不良影響。由此可見，該故障診斷模型具有非常高的可信度。

4 結(jié)語

在石油化工領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，加氫裝置換熱器是一項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)備。具體運(yùn)行中，如果該設(shè)備出現(xiàn)了故障，將很容易引發(fā)重大安全事故，釀成不可估量的損失。為實(shí)現(xiàn)換熱器運(yùn)行效果的良好保障，避免其故障發(fā)生，相關(guān)企業(yè)、研究者和技術(shù)人員就應(yīng)該加大力度對(duì)其故障診斷方法進(jìn)行研究。根據(jù)實(shí)際的故障情況及其影響因素，對(duì)故障診斷模型加以科學(xué)建立，并通過實(shí)驗(yàn)仿真的方式來驗(yàn)證模型的可信度。經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，相比較傳統(tǒng)形式的人工故障診斷而言，科學(xué)合理的故障診斷模型將會(huì)更加及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷出換熱器故障，從而為其故障的及時(shí)消除和設(shè)備的良好運(yùn)行提供保障。通過這樣的方式，才可以讓石油化工行業(yè)生產(chǎn)過程中的加氫裝置換熱器故障得以及時(shí)消除，從而進(jìn)一步提升其生產(chǎn)效率、質(zhì)量與安全性，促進(jìn)石油化工行業(yè)在當(dāng)今時(shí)代中的良好經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。