粗苯乙烯塔真空系統(tǒng)氣體返回閥全關(guān)問題的研究

聶清升，孫賀龍

(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

苯乙烯(SM)是一種非常重要的基本有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯樹脂(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、離子交換樹脂、不飽和聚酯以及苯乙烯系列橡膠(SBR、SBS)等。此外，苯乙烯還可用于制藥、染料、農(nóng)藥以及選礦等行業(yè)。聚苯乙烯樹脂(PS)廣泛用于制造家用電器等硬質(zhì)朔料品，如收音機(jī)、電視機(jī)和洗衣機(jī)外殼等；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)具有耐沖擊、高剛性、耐油、耐低溫、耐化學(xué)藥品性，機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能優(yōu)良，易于加工，加工尺寸穩(wěn)定性和表面光澤性好，容易涂裝、著色，還可以進(jìn)行噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，是用途極廣泛的大宗熱塑性工程塑料，廣泛用于機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)、電子電器工業(yè)、儀器儀表工業(yè)、紡織工業(yè)和建筑行業(yè)等；苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)樹脂在商業(yè)市場上有廣泛用途，如家庭用品、器械附件、汽車部件、電器、建筑用安全玻璃、濾水器外殼和水龍頭旋鈕、醫(yī)用制品注射器、血液抽吸管、腎透析裝置及反應(yīng)器等；離子交換樹脂在工業(yè)水處理、食品、石油化工、電力、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；不飽和聚酯樹脂主要用于玻璃鋼制品及粘結(jié)劑、人造大理石，裝飾家居及電器元件；苯乙烯系列橡膠(SBR、SBS)主要用于制造輪胎、膠帶、輸送帶、醫(yī)療用品機(jī)械制品等。

中海油東方石化有限公司12萬t/a苯乙烯裝置是由中國石化上海石油化工研究院設(shè)計(jì)。苯乙烯裝置分為反應(yīng)單元和精餾單元，反應(yīng)單元以新鮮乙苯為原料在負(fù)壓、高溫、催化劑的作用下反應(yīng)生成苯乙烯，轉(zhuǎn)化率55%～65%，產(chǎn)物名脫氫液；精餾單元為4個(gè)分離塔(圖1、2)，粗苯乙烯塔T4001、精苯乙烯塔T4003、乙苯回收塔T4002、苯甲苯塔T4004。反應(yīng)單元生成的脫氫液進(jìn)入粗苯乙烯塔T4001，脫出乙苯以及比乙苯沸點(diǎn)低的苯、甲苯等組份從塔頂走，進(jìn)入乙苯回收塔T4002。苯乙烯以及比苯乙烯沸點(diǎn)高的成分從塔釜走，進(jìn)入精苯乙烯塔T4003，精苯乙烯塔T4003塔頂產(chǎn)出苯乙烯產(chǎn)品，其余比苯乙烯重的組份由塔釜進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器進(jìn)行苯乙烯回收，剩余部分以焦油的形式送入焦油罐。

圖1 粗苯乙烯塔T4001

圖2 真空系統(tǒng)X4001/D4004/E4003

1 問題的發(fā)現(xiàn)

粗苯乙烯塔T4001是精餾單元最重要的一個(gè)塔，其能否正常運(yùn)行決定著苯乙烯產(chǎn)品是否合格，其負(fù)荷決定了整個(gè)苯乙烯裝置的負(fù)荷。苯乙烯裝置于2015年3月一次開車成功，在平穩(wěn)運(yùn)行2年后于2017年4月根據(jù)公司統(tǒng)一安排進(jìn)行大檢修。大檢修后，在經(jīng)過正壓氣密、負(fù)壓氣密、吹掃、置換合格后投料開車，開車初期負(fù)荷為50%，在負(fù)荷緩慢提至80%的過程中發(fā)現(xiàn)該塔真空泵氣體返回閥關(guān)至5%開度，T4001塔壓稍微升高該返回閥即全關(guān)，且長時(shí)間不能恢復(fù)至正常操作壓力，返回閥全關(guān)即真空泵滿負(fù)荷運(yùn)行，沒有調(diào)節(jié)塔頂壓力的能力。塔壓無法調(diào)節(jié)意味著苯乙烯精餾單元無法繼續(xù)提負(fù)荷，無法以較高或滿負(fù)荷運(yùn)行，因此前端反應(yīng)單元的負(fù)荷也受到限制。面對大檢修期間積累了大量的脫氫液，罐區(qū)臨時(shí)存放脫氫液的兩個(gè)大罐急需清罐以及現(xiàn)階段國外幾套大型苯乙烯裝置處在檢修期，苯乙烯行情大好，因此解決粗苯乙烯塔真空系統(tǒng)氣體返回閥全關(guān)問題迫在眉睫。

2 過程實(shí)施

2.1 真空泵異常

出現(xiàn)真空泵氣體返回閥全關(guān)現(xiàn)象后立即做出切換真空泵的措施，但真空泵切換后氣體返回閥沒有任何變化，泵的運(yùn)行電流、振動(dòng)情況和原運(yùn)行泵一樣；其次對真空泵的循環(huán)工作液過濾器進(jìn)行切換清理，以排除真空泵循環(huán)工作液流量不足引起的泵的抽力不足，最后經(jīng)確認(rèn)工作液流量在正常范圍，同時(shí)對工作液的溫度進(jìn)行檢查、確認(rèn)，也在正常設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)；最后協(xié)同儀表人員對氣體返回閥閥位進(jìn)行校對，結(jié)果調(diào)節(jié)閥閥位動(dòng)作和信號一致，無異常。經(jīng)上述各項(xiàng)措施的實(shí)施結(jié)果分析，真空泵運(yùn)行正常，無故障。

2.2 脫氫液進(jìn)料中水含量或者非芳含量較高

運(yùn)行數(shù)日以來對比檢修之前D4001的切水頻次并無增多，說明進(jìn)料中水含量適中；對近幾日脫氫液進(jìn)料樣品與檢修之前樣品對比分析，非芳也在正常范圍內(nèi)，并無異常。

2.3 T4001塔液位計(jì)、壓力表吹掃氮?dú)忾_度較大

經(jīng)儀表人員調(diào)試，T4001塔液位計(jì)、壓力表吹掃氮?dú)忾_度適中，并無過大現(xiàn)象。為確定并非氮?dú)獯祾咭鸬臍饬窟^大，將三處吹掃氮?dú)馊P(guān)，全關(guān)后經(jīng)過5 h的運(yùn)行觀察，真空泵返回閥開度并無變化。因此，可以確定真空泵返回閥全關(guān)并非是儀表吹掃氮?dú)饬枯^大引起的。

2.4 T4001塔集液罐排水系統(tǒng)串氣

經(jīng)詳細(xì)確認(rèn)排水系統(tǒng)流程，將D4003排水至D3005流程上加上臨時(shí)盲板，氮?dú)獯祾哌M(jìn)D4003斷開，進(jìn)過幾個(gè)小時(shí)的觀察真空泵返回閥開度無任何變化。因此，確定真空泵返回閥全關(guān)并非T4001塔集液罐排水系統(tǒng)串氣引起的。

2.5 T4001塔負(fù)壓系統(tǒng)某部位漏氣

為防止T4001塔漏氣，聯(lián)系相關(guān)人員對該塔相關(guān)的法蘭部位重新檢查、緊固，同時(shí)進(jìn)行涂抹黃油、貼膠帶處理。

2.6 E4022液相處未形成水封、串氣

經(jīng)過半個(gè)多月的尋找處理扔未找到真空泵返回閥全關(guān)的原因。在對真空泵出口氣體采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該氣體排向大氣時(shí)T4001塔壓迅速升高，經(jīng)反復(fù)嘗試確定對大氣排氣時(shí)塔壓力升高。根據(jù)理論分析，當(dāng)真空泵對大氣排時(shí)真空泵背壓降低，將更有利于真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)抽氣，壓力應(yīng)該有所降低才對。針對這一發(fā)現(xiàn)，將D4004氮?dú)獯祾唛_大時(shí)，向大氣排氣時(shí)塔壓穩(wěn)定、無上漲現(xiàn)象，因此懷疑尾氣冷卻器E4022液相處可能串氣。E4022為尾氣冷卻器，冷卻下來的凝液極少，因此決定在不影響運(yùn)行的情況下，將E4022液相去D4004管線臨時(shí)加上盲板。經(jīng)過程實(shí)施發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加上盲板后塔壓迅速降低，在真空泵兩個(gè)氣體返回調(diào)節(jié)閥全開狀態(tài)下塔壓依然緩慢下降。因此確定真空泵氣體返回閥全關(guān)是由于此處氣體串回E4003、真空泵引起的。經(jīng)過近一個(gè)月的尋找、排查，終于找到了問題所在。理論分析該處不應(yīng)該出現(xiàn)串氣現(xiàn)象，因E4003氣相處壓力為20kPa，D4004壓力為15 kPa，兩者相差95kPa，同時(shí)E4003距離D4004有15m的位差，E4003液相管線與E4022液相管線交匯后進(jìn)入D4004，交匯處高于D4004 4m，理論上足以形成水封效果，E4022氣體不足以由液相管線串氣至E4003，進(jìn)而進(jìn)入真空泵。事實(shí)確實(shí)是氣體由E4022液相串入真空泵導(dǎo)致真空泵重復(fù)做功、負(fù)荷過大不足以達(dá)到運(yùn)行操作壓力。面對嚴(yán)峻的生產(chǎn)壓力，經(jīng)討論決定臨時(shí)制作一塊限流孔板置于E4022液相管線至D4004處。經(jīng)實(shí)施，真空泵氣體返回閥都有了適當(dāng)開度，有了調(diào)節(jié)壓力的能力。經(jīng)過一個(gè)星期的跟蹤、關(guān)注沒有發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象。然后裝置逐漸恢復(fù)滿負(fù)荷生產(chǎn)。真空泵氣體返回閥閥位變化整個(gè)過程如圖3黑線所示。

圖3 真空泵氣體返回閥閥位變化過程

3 總結(jié)

經(jīng)過近一個(gè)月的查找、排查，終于找到了真空泵氣體返回閥全關(guān)問題的癥結(jié)。真空泵氣體返回閥全關(guān)導(dǎo)致無法控制T4001塔壓力，在全球苯乙烯行情大好之下，不能以較高甚至滿負(fù)荷、超負(fù)荷生產(chǎn)，給公司造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，造成了資源的浪費(fèi)，好在及時(shí)找出原因并制定了對策得以暫時(shí)性解決。深究其原因問題應(yīng)該在E4003的冷凝效果或D4004的操作壓力上，兩者的調(diào)整對整個(gè)精餾系統(tǒng)存在較大隱患，隨時(shí)都有面臨停車的可能。面對苯乙烯的大好形式，現(xiàn)決定以加限流孔板的方式解決真空泵氣體返回閥全關(guān)的問題，待檢修時(shí)再對E4003、D4004進(jìn)行全面檢查、調(diào)整。此次查找的整個(gè)過程雖沒有從根本上解決問題，但是已經(jīng)找到問題所在，并有一定的對策，對同類裝置出現(xiàn)類似問題有一定的借鑒意義。