DSO催化汽油加氫脫硫裝置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設置

接 瑜 栗雪云

(中國石油工程建設公司華東設計分公司，北京 100101)

2011年之前，國內(nèi)有6套催化汽油選擇性加氫脫硫裝置采用法國Prime G或Prime G+技術，該技術在脫硫率、工藝流程設置及安全聯(lián)鎖設置等方面在全世界范圍內(nèi)都具有領先優(yōu)勢。隨著國內(nèi)研究機構(gòu)在選擇性加氫脫硫催化劑方面的進步，越來越多的催化汽油加氫脫硫裝置采用國內(nèi)自主研發(fā)的技術。由于國內(nèi)技術在原料、工藝流程方面與Prime G技術大致相似，因此Prime G技術安全聯(lián)鎖的設置方法對起步相對較晚的國內(nèi)汽油加氫工程設計具有很大的參考和借鑒意義。筆者結(jié)合某采用國內(nèi)自主產(chǎn)權(quán)DSO技術的加氫脫硫裝置，介紹了在吸收借鑒國外工藝的基礎上，結(jié)合工藝流程特點并考慮到降低投資等因素的裝置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設置。

1 工藝流程①

與Prime G技術相似，DSO汽油加氫技術亦采用兩段加氫脫硫。催化汽油與氫氣的混合物經(jīng)換熱、加熱至一定溫度后首先進入一段加氫部分，即預加氫反應器，在預加氫反應器中脫除二烯烴并發(fā)生硫轉(zhuǎn)移的反應，預加氫部分的氫油比低，氫氣采用一次通過式的流程；經(jīng)一段加氫處理后的催化汽油進入分餾塔，在分餾塔中切割成輕、重汽油餾分，輕汽油的硫含量低，可以直接出裝置，重汽油的硫含量高，進入到后續(xù)的二段加氫脫硫部分；二段加氫脫硫部分是在高溫臨氫條件下的深度脫硫過程，為減少加熱爐的設置數(shù)量，采用后置加熱爐的加熱方式，一方面為后續(xù)的穩(wěn)定塔重沸器提供熱源，同時將重汽油換熱至加氫脫硫反應器所需要的溫度進行脫硫反應，二段加氫部分采用循環(huán)氫壓縮機維持一定的反應氫油比；經(jīng)二段加氫處理后的重汽油進入穩(wěn)定塔以脫除輕組分，穩(wěn)定塔底的重汽油與分餾塔頂?shù)妮p汽油混合出裝置。采用DSO技術的兩段汽油加氫脫硫裝置流程如圖1所示。

2 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設置

2.1 通用安全聯(lián)鎖

2.1.1加熱爐

本裝置共設置有兩臺加熱爐，分別為分餾塔底重沸爐F-101和加氫脫硫反應產(chǎn)物加熱爐F-102。兩臺加熱爐的安全聯(lián)鎖設置相似。以F-101為例，該加熱爐的聯(lián)鎖觸發(fā)條件為[1]：

a. 加熱爐的4路介質(zhì)進料有兩路流量低低；

b. 主燃料氣壓力低低(三取二)；

c. 輔操臺按鈕啟動；

d. 現(xiàn)場緊急按鈕啟動。

以上4個條件中任意一個條件啟動，都需要關閉F-101主燃料氣線上的緊急切斷閥，隔斷熱量輸入以保護加熱爐。同時，當長明燈管線壓力低低時，需要同時關閉主燃料氣和長明燈管線上的緊急切斷閥。該加熱爐的安全聯(lián)鎖設置屬于國內(nèi)常規(guī)設計，而在Prime G工藝中，F(xiàn)-101的聯(lián)鎖觸發(fā)條件中還增加了以下3個條件：

a. 加熱爐出口溫度高高；

b. 分餾塔頂回流罐液位低低；

圖1 DSO技術的兩段汽油加氫脫硫裝置工藝流程

c. 分餾塔塔釜液位低低。

增加的聯(lián)鎖條件提高了加熱爐的安全等級，但同時也增加了裝置的投資，而且從操作角度看，聯(lián)鎖條件設置越多，加熱爐停工越頻繁。由于加熱爐停工對裝置的連續(xù)性操作影響很大，實際操作中在保證安全的前提下應盡量減少加熱爐熄火、點火的重復過程。本裝置中加熱爐出口已經(jīng)設置高溫報警、回流罐設置低液位報警、分餾塔塔釜設置低液位報警，而且當分餾塔塔釜液位低低時，分餾塔重沸爐泵的流量由于自循環(huán)的作用不一定會立即達到加熱爐聯(lián)鎖動作的觸發(fā)點，考慮到提高現(xiàn)場應對的及時性等因素，沒有增加以上3個觸發(fā)條件，該加熱爐的聯(lián)鎖條件設置遵循了國內(nèi)常規(guī)設計。

2.1.2壓縮機

本裝置共設置有兩個位號壓縮機，分別為新氫壓縮機K-101和循環(huán)氫壓縮機K-102。

新氫壓縮機停機的觸發(fā)條件為：

a. 新氫壓縮機入口分液罐液位高高；

b. 輔操臺按鈕啟動；

c. 現(xiàn)場緊急按鈕啟動。

Prime G工藝中該壓縮機的安全聯(lián)鎖設置與國內(nèi)的常規(guī)設置相似，結(jié)合本裝置流程的特點，當以上3個觸發(fā)條件中任意一個條件啟動，需停止新氫壓縮機外，還要關閉壓縮機出口至預加氫系統(tǒng)和加氫脫硫系統(tǒng)管線上的切斷閥。

循環(huán)氫壓縮機停機的觸發(fā)條件為：

a. 循環(huán)氫壓縮機入口分液罐液位高高；

b. 輔操臺按鈕啟動；

c. 現(xiàn)場緊急按鈕啟動。

以上3個觸發(fā)條件中任意一個條件啟動，都需要停止循環(huán)氫壓縮機、切斷加氫脫硫部分的進料和加氫脫硫反應產(chǎn)物加熱爐的主燃料氣，即整個加氫脫硫系統(tǒng)停工。分析汽油加氫的工藝技術特點，氫氣在預加氫系統(tǒng)和加氫脫硫系統(tǒng)中起的作用不大。對預加氫系統(tǒng)，氫氣的作用是與二烯烴反應轉(zhuǎn)化成單烯烴，并伴隨著輕硫化物向重硫化物的轉(zhuǎn)化等反應，該系統(tǒng)應盡量避免二烯烴聚合引起的飛溫對反應系統(tǒng)的損害，而氫氣則是造成預加氫反應器超溫的關鍵因素，因此當氫氣供料即新氫壓縮機停機時，催化裂化汽油繼續(xù)進料對反應系統(tǒng)是相對安全的，因此不需要切斷油進料；而對加氫脫硫系統(tǒng)，氫氣的作用一方面是將有機硫加氫轉(zhuǎn)化為無機硫而除掉，另一方面氫氣作為熱載體將反應產(chǎn)生的熱量帶走，因此當循環(huán)氫壓縮機停機時，為避免超溫對反應系統(tǒng)的損害，需要同時切斷油進料和F-102的主燃料氣。而Prime G工藝針對循環(huán)氫壓縮機的聯(lián)鎖動作造成的結(jié)果除了將加氫脫硫系統(tǒng)停工外，還要將整個預加氫系統(tǒng)也聯(lián)鎖停工。本裝置的工藝流程(圖1)與Prime G的工藝流程(圖2)不同，預加氫部分和加氫脫硫部分的流程分割清晰，沒有交叉換熱的情況。本裝置中分餾塔底物料經(jīng)過E-104、E-101兩位號換熱器換熱后，溫度可降至60℃，通過設置至原料緩沖罐的返回線使得預加氫系統(tǒng)可以自循環(huán)。因此當循環(huán)氫壓縮機停機后，預加氫系統(tǒng)可以繼續(xù)循環(huán)操作，該設置方法減少了聯(lián)鎖動作，使再次開工的時間大大縮短。

圖2 Prime G技術的加氫脫硫裝置工藝流程

2.1.3機泵

為保護機泵，當泵入口容器的液位低低時，設置了機泵停機的聯(lián)鎖保護。國外工藝中對預加氫進料泵、分餾塔的回流泵、塔底抽出泵、穩(wěn)定塔的回流泵、塔底抽出泵、輕汽油抽出泵和貧胺液進料泵均設置了入口容器(如回流罐、塔釜、抽出斗或入口緩沖罐)液位低低時聯(lián)鎖停機泵的保護措施。本裝置中結(jié)合安全完整性等級及低液位報警等措施，僅對預加氫進料泵、塔底抽出泵和輕汽油抽出泵設置了液位低低的聯(lián)鎖保護。

2.2 裝置獨特的安全聯(lián)鎖

2.2.1預加氫反應器

為防止飛溫對預加氫反應器造成損害，設置有預加氫反應器的高溫聯(lián)鎖保護。當預加氫反應器催化劑床層溫度高高或反應器出口溫度高高時，需關閉預加氫反應系統(tǒng)的新氫進料，并停止預加氫系統(tǒng)的蒸汽加熱，同時打開預加氫系統(tǒng)換熱器的冷卻旁路進行冷卻。本裝置的預加氫反應器聯(lián)鎖設置與Prime G技術相同。

2.2.2加氫脫硫反應器

為防止超溫破壞催化劑和加氫脫硫反應器，設置有對加氫脫硫反應器的高溫聯(lián)鎖保護。該反應器保護的聯(lián)鎖觸發(fā)條件為：

a. 加氫脫硫反應器內(nèi)部催化劑床層溫度高高；

b. 反應器出口溫度高高；

c. 循環(huán)氫壓縮機流量低低。

以上3個條件中的任意一個條件啟動，需同時切斷加氫脫硫部分的油進料和加熱爐F-102的主燃料氣。而Prime G技術的聯(lián)鎖動作中還增加了將預加氫部分的進料和加熱熱源切斷的動作。如2.1.2節(jié)所述，本裝置的預加氫部分可以獨立循環(huán)而不受加氫脫硫部分停工的影響，因此不需要將預加氫系統(tǒng)同時停工。

2.2.3預加氫系統(tǒng)緊急泄壓

預加氫系統(tǒng)緊急泄壓聯(lián)鎖方案借鑒了Prime G工藝技術，當預加氫系統(tǒng)緊急泄壓時，啟動現(xiàn)場或操作臺的緊急泄壓按鈕，聯(lián)鎖觸發(fā)結(jié)果為打開預加氫反應系統(tǒng)至分餾塔的泄壓閥和分餾塔塔頂?shù)男箟洪y，關閉預加氫系統(tǒng)的進料與出料，包括新氫進料、油進料、輕汽油抽出、加氫脫硫進料泵、分餾塔回流罐的排氣閥和補氣閥，停止預加氫系統(tǒng)的供熱熱源，包括中壓蒸汽和分餾塔底加熱爐，完成預加氫系統(tǒng)的隔離后將預加氫系統(tǒng)內(nèi)的物料泄放至分餾塔，進行氣液相分離以減少液相損失，油氣經(jīng)分餾塔頂泄壓閥泄放至火炬系統(tǒng)[2]。

2.2.4加氫脫硫系統(tǒng)緊急泄壓

加氫脫硫系統(tǒng)緊急泄壓聯(lián)鎖方案也借鑒了Prime G工藝技術，當加氫脫硫系統(tǒng)緊急泄壓時，啟動現(xiàn)場或操作臺的緊急泄壓按鈕，聯(lián)鎖觸發(fā)結(jié)果打開加氫脫硫系統(tǒng)的泄壓閥，打開穩(wěn)定塔底重沸器的旁路閥，關閉加氫脫硫系統(tǒng)的進料與出料，包括油進料、貧胺液進料、酸性水出料、至穩(wěn)定塔的進料、富胺液出料，停止循環(huán)氫壓縮機，同時關閉預加氫部分的進料和加熱熱源，完成上述動作后實現(xiàn)加氫脫硫系統(tǒng)的緊急泄壓。

3 結(jié)束語

Prime G技術的安全聯(lián)鎖設置考慮的方面比較全面，對國內(nèi)的汽油加氫裝置設置有著很大的啟迪作用。安全聯(lián)鎖設置得越全面，裝置的安全隱患就越低，同時投資也越高。本裝置的安全聯(lián)鎖設置在吸收借鑒Prime G技術的基礎上，結(jié)合本裝置流程特點、安全完整性等級及投資等因素，在加熱爐、壓縮機和機泵保護方面沿用了國內(nèi)的常規(guī)設置；在預加氫反應器和加氫脫硫反應器方面，在不降低安全等級的前提下減少了聯(lián)鎖的動作；在預加氫系統(tǒng)和加氫脫硫系統(tǒng)的緊急泄壓方面與Prime G技術相同。

[1] 溫世昌，孫方憲，劉成軍，等.催化汽油醚化裝置的安全聯(lián)鎖特點[J].石油與天然氣化工，2012,41(1):35～38

[2] 劉瑞萍，王國旗，夏少青，等.催化裂化汽油加氫裝置的安全聯(lián)鎖特點[J].煉油技術與工程，2012,42(11):33～35