影響苯乙烯裝置脫氫單元長周期運(yùn)行的因素分析

馬廷疆 接程 吳國榮

(中國石油蘭州石化公司,甘肅蘭州 730060)

影響苯乙烯裝置脫氫單元長周期運(yùn)行的因素分析

馬廷疆 接程 吳國榮

(中國石油蘭州石化公司,甘肅蘭州 730060)

文章分析了影響苯乙烯裝置脫氫單元長周期運(yùn)行的因素:一是三聯(lián)換熱的結(jié)構(gòu)引起裝置泄露,二是脫氫單元所使用水質(zhì)效果差。提出了對(duì)應(yīng)的改造措施,為乙苯脫氫單元長周期、高負(fù)荷運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保證。

長周期運(yùn)行 三聯(lián)換熱 工業(yè)凝液 脫鹽水

苯乙烯裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6萬噸/年,由烴化單元、脫氫單元、精餾單元以及中間罐區(qū)四個(gè)部分組成。其中脫氫單元為1套6萬噸/年乙苯脫氫生產(chǎn)線,脫氫反應(yīng)器采用華東理工大學(xué)開發(fā)的軸徑向兩段絕熱脫氫反應(yīng)技術(shù)。

1 裝置存在的問題

在脫氫反應(yīng)器溫度有較大波動(dòng)時(shí),三聯(lián)換熱器的第一級(jí)乙苯過熱器換熱管與管板連接處易被拉裂,殼側(cè)的乙苯原料泄漏至管程而被迫全線停車,三聯(lián)換熱器的1．8m法蘭處經(jīng)常出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象,不但會(huì)造成氧含量超標(biāo),對(duì)過熱爐運(yùn)行產(chǎn)生影響,甚至?xí)l(fā)爆炸事故。

將污水汽提后凝液作為乙苯脫氫反應(yīng)用水,隨著脫氫催化劑運(yùn)行到后期,該凝液中催化劑粉塵較多,使乙苯/水蒸發(fā)器(EA-301)結(jié)垢較為嚴(yán)重,對(duì)單元加料負(fù)荷影響較大。而凝液中大量的催化劑脫粉,也會(huì)造成精餾系統(tǒng)的E-55堵塞,爐油中大量的催化劑脫粉,會(huì)造成精餾單元的粗苯乙烯塔(C-53)、精苯乙烯塔(C-76)的分布器堵塞。

2 原因分析

2.1 三聯(lián)泄露問題的原因分析

三級(jí)組合換熱器的第一級(jí)乙苯過熱器工藝操作條件十分苛刻,其典型操作條件見表1。

從表1可知：乙苯過熱器的管城平均壁溫高達(dá)485℃,殼程平均壁溫為365℃,管、殼程溫差達(dá)120℃,特別是低溫端(近第二級(jí)換熱器處)溫差達(dá)215℃,這必然使兩者的熱膨脹量存在很大的差別。如果管/殼程的膨脹差得不到協(xié)調(diào),將會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器拉裂而使設(shè)備失效。為此,工業(yè)上常采用設(shè)置滑動(dòng)管板來解決熱膨脹不均的問題[3],但是此種換熱器結(jié)構(gòu)存在著以下較難克服的缺陷：(1)第一級(jí)換熱器的滑動(dòng)管板受換熱器管管束質(zhì)量的影響,其下部容易與殼體圓筒發(fā)生直接接觸,在管板徑向膨脹的作用下,滑動(dòng)管板下部被圓筒緊緊包住而不能正常滑動(dòng);(2)苯乙烯非常容易聚合,換熱器殼體底部聚合物以及結(jié)垢情況隨時(shí)間延長而不斷增加,影響了滑動(dòng)管板的自由滑動(dòng)。

2.2 水質(zhì)所引起的問題原因分析

(1)脫氫單元裝置老化,乙苯脫氫單元冷卻設(shè)備(EA-312、EA-309、EA-309-1)發(fā)生內(nèi)漏時(shí),循環(huán)水漏入凝液回收系統(tǒng),凝液中氯離子、鈣鎂離子會(huì)逐步增加,對(duì)工藝?yán)淠合到y(tǒng)的凝液造成水質(zhì)污染。(2)脫氫單元的污水汽提塔因各種原因出現(xiàn)工藝波動(dòng)時(shí),會(huì)造成汽提后的工藝凝液中含有大量的苯系物和聚合物雜質(zhì)。而工藝凝液水質(zhì)變差會(huì)造成使用設(shè)備出現(xiàn)結(jié)垢問題,直接影響到設(shè)備的換熱效果和設(shè)備的長周期運(yùn)行。

3 問題解決措施及應(yīng)用效果

3.1 三聯(lián)換熱器泄露問題解決措施及應(yīng)用效果

表1 第一級(jí)換熱器工藝操作參數(shù)

措施：采用L型組合式換熱器解決了傳統(tǒng)的臥式一字型組合換熱器工藝乙苯過熱器容易泄漏的問題,同時(shí)還充分回收了反應(yīng)出料的高溫顯熱。三級(jí)組合式換熱器的乙苯過熱器由原來的臥式改為立式,第一級(jí)換熱器和第二級(jí)換熱器之間通過加設(shè)膨脹節(jié)相連,3臺(tái)換熱器形成L型,其余工藝操作參數(shù)均不變。

該工藝方案與傳統(tǒng)的臥式一字型方案相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)乙苯換熱器改為立式放置后,換熱管管束的熱膨脹方向與換熱器自重方向一致,乙苯過熱器的滑動(dòng)管板不再受換熱管管束質(zhì)量的影響,滑動(dòng)管板與殼體圓筒不發(fā)生直接接觸。(2)換熱器殼體底部聚合物以及結(jié)垢在殼側(cè)四周增加均勻,不會(huì)累積在一側(cè)而影響滑動(dòng)管板的自由滑動(dòng);(3)換熱器殼體四周受力均勻,對(duì)換熱器殼體圓度要求降低,換熱器制造加工難度降低;(4)保留了原工藝熱量回收率高的優(yōu)點(diǎn),且流程占地面積減少。效果：L型組合式換熱器在原理上改善了原反應(yīng)出料顯熱回收工藝中乙苯過熱器容易泄漏的問題,并且該技術(shù)已于2006年在國內(nèi)某8萬噸/年苯乙烯裝置得到應(yīng)用,在使用的三年時(shí)間內(nèi),乙苯過熱器未發(fā)生泄漏,整個(gè)L型換熱器組運(yùn)行良好,換熱器組沿程壓降為6kPa,該工藝得到了成功應(yīng)用。

3.2 水質(zhì)問題解決措施及效果

措施：以清潔的新鮮脫鹽水替代污水處理后的凝液作為乙苯脫氫反應(yīng)的初次水。將外管脫鹽水先接入緩沖罐中,使其液面穩(wěn)定然后用泵將其送出,從而保證尾氣壓縮機(jī)噴淋水壓力穩(wěn)定,外管脫鹽水經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制調(diào)節(jié)進(jìn)入軟水罐,軟水罐(FA-306,溫度165℃,壓力0．56MPa)的脫鹽水經(jīng)GA-303泵送出,在GA-303泵出口配置管線

(DN50,2．5MPa)至脫氫單元分配盤。分配盤的脫鹽水分四路：第一路,送往汽包FA-303 (DN50,2．5MPa)供水;第二路,送往FA-301

(DN50,2．5MPa)供水;第三路,送往尾氣壓縮機(jī)注射水(DN32,2．5MPa)第四路,送往FA-306打循環(huán)(DN50,2．5MPa)。效果：1）乙苯脫氫催化劑遇到氯離子出現(xiàn)脫粉問題,延長了催化劑的壽命;2)降低了EA-306、EA-307、EA-301、E-55換熱器管壁發(fā)生高溫結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn);3)減少了爐油、凝液中帶粉現(xiàn)象,降低了苯乙烯精餾塔分布器堵塞情況的風(fēng)險(xiǎn);4)后系統(tǒng)聚合物可以大量減少,減少了機(jī)泵管網(wǎng)堵塞的次數(shù)。為苯乙烯裝置長周期運(yùn)行提供了強(qiáng)有力保證。

4 結(jié)語

(1)三聯(lián)換熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有利于解決乙苯過熱器容易泄漏的問題,為乙苯脫氫單元長周期、高負(fù)荷運(yùn)行提供了強(qiáng)有力保證。(2)脫氫單元工藝?yán)淠核|(zhì)優(yōu)化改造防止乙苯脫氫催化劑遇到氯離子出現(xiàn)脫粉問題,延長了催化劑的壽命;降低了換熱器管壁發(fā)生高溫結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn);降低了苯乙烯精餾塔分布器堵塞情況的風(fēng)險(xiǎn)。為乙苯脫氫單元長周期、高負(fù)荷運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保證。

[1]宋祥東.2009年國內(nèi)苯乙烯行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)及市場(chǎng)預(yù)測(cè)[J].齊魯石油化工,2009,37.

[2]合成橡膠廠苯乙烯裝置操作規(guī)程.2006.10.

[3]田春霞,張兵,等.苯乙烯裝置過熱組支座受力分析[J].石油化工設(shè)備,2006,35.