制氫轉(zhuǎn)化爐管亮斑原因分析及應(yīng)對(duì)措施

金宏偉(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

制氫轉(zhuǎn)化爐管亮斑原因分析及應(yīng)對(duì)措施

金宏偉(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

某石化公司制氫裝置開(kāi)工后一直處于較低負(fù)荷運(yùn)行。轉(zhuǎn)化爐爐管三米點(diǎn)、底部出現(xiàn)局部“亮斑”，并且出現(xiàn)“紅管”現(xiàn)象。分析認(rèn)定負(fù)荷率偏低、原料中帶有復(fù)雜有機(jī)硫無(wú)法脫除導(dǎo)致轉(zhuǎn)化催化劑中毒，同時(shí)火嘴燃燒不良也是誘因。提出相應(yīng)處理措施，轉(zhuǎn)化爐狀況有了較明顯的改善，保證了裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

制氫；轉(zhuǎn)化爐；亮斑；紅管；火嘴

某石化公司6萬(wàn)標(biāo)立/小時(shí)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置，首次開(kāi)工后，轉(zhuǎn)化爐爐管出現(xiàn)了輕微“亮斑”現(xiàn)象，并且轉(zhuǎn)化爐“亮斑”和“紅管”現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，成為制氫裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的隱患。

1 爐管花斑影響分析

制氫轉(zhuǎn)化爐爐管最高耐熱設(shè)計(jì)溫度為925 ℃，壽命10萬(wàn)小時(shí)。轉(zhuǎn)化爐出現(xiàn)花斑后，可能出現(xiàn)積炭或催化劑粉碎，爐管堵塞，氣流無(wú)法暢通，會(huì)產(chǎn)生整根爐管高溫或超溫，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，爐管材質(zhì)會(huì)發(fā)生高溫蠕變，熱膨脹不勻，局部應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致?tīng)t管破裂事故的發(fā)生。

2 轉(zhuǎn)化爐“亮斑”、“紅管”原因分析

2.1 負(fù)荷影響分析

制氫裝置設(shè)計(jì)負(fù)荷為60～110%，而實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷低于50%。在低負(fù)荷下如何保證爐管內(nèi)的氣流均勻是一大難題，單個(gè)爐管分配的可反應(yīng)氣流偏少、吸熱量過(guò)少，爐管干燒，就會(huì)出現(xiàn)局部“亮斑”、“紅管”現(xiàn)象。裝置50%以下負(fù)荷時(shí)水碳比保持在5以上，實(shí)際配汽≮35t/h，轉(zhuǎn)化進(jìn)料量≮11000Nm3/h，經(jīng)設(shè)計(jì)核算，實(shí)際運(yùn)行原料和蒸汽流量可以保證入爐氣流的均布。

2.2 原料性質(zhì)影響分析

如果原料中含有硫醇、硫醚等簡(jiǎn)單有機(jī)硫，只要能保證加氫反應(yīng)的工藝操作可以完全轉(zhuǎn)化為H2S。從圖1來(lái)看，脫硫氣硫含量高于0.5PPm近一個(gè)月時(shí)間，但脫硫氣中并沒(méi)有檢測(cè)到H2S超標(biāo)，說(shuō)明脫硫氣中有未知形態(tài)的有機(jī)硫，這種有機(jī)硫形態(tài)復(fù)雜，在加氫反應(yīng)中難以轉(zhuǎn)化。

圖1 加氫氣、脫硫氣硫含量(PPm)

2.3 蒸汽品質(zhì)、催化劑分析

轉(zhuǎn)化反應(yīng)所用工藝蒸汽為制氫裝置轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段自產(chǎn)的3.5MPa 蒸汽。開(kāi)工后監(jiān)測(cè)氯離子＜0.1mg/L，SiO2＜20μg/ L，因此可以排除工藝蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑的影響。催化劑部分粉碎或積碳是引起轉(zhuǎn)化爐爐管“亮斑”、“紅管”的原因之一。實(shí)際運(yùn)行中，爐出入口差壓沒(méi)有明顯上升，始終保持在0.07～0.1MPa之間；爐出口溫度保持在760℃，甲烷含量控制在4-5%左右，甲烷含量也沒(méi)有上升趨勢(shì)。

2.4 轉(zhuǎn)化爐火嘴調(diào)節(jié)不當(dāng)分析

制氫轉(zhuǎn)化爐共有98個(gè)火嘴。每一個(gè)火嘴均由單獨(dú)的燃料氣火嘴和解吸氣火嘴組成。正常時(shí)，從制氫PSA 產(chǎn)出的解吸氣既可以單獨(dú)也可以與部分燃料氣混合燃燒，燃料氣作為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化爐出口溫度的手段。隨著加工負(fù)荷時(shí)有變化，PSA 解吸氣量也隨著負(fù)荷波動(dòng)，對(duì)于單個(gè)火嘴負(fù)荷大，火焰難觀察、難調(diào)節(jié)，如果轉(zhuǎn)化爐火嘴調(diào)節(jié)不當(dāng)，出現(xiàn)火焰過(guò)大過(guò)長(zhǎng)、從而產(chǎn)生偏燒、撲爐管的現(xiàn)象，就極有可能導(dǎo)致“紅管”、積炭事故。

3 爐管“亮斑”、“紅管”處理措施

出現(xiàn)“亮斑”現(xiàn)象及時(shí)關(guān)小周?chē)鹱欤P(guān)閉“紅管”周?chē)鹱臁Ｔ诒ＷC爐出口甲烷含量的前提下，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)化爐出口溫度，適當(dāng)增大水碳比。

“亮斑”、“紅管”更換催化劑，卸劑前測(cè)量爐管壓差在5%以內(nèi)。卸劑后檢查爐管通暢，并且爐管內(nèi)部干凈、出口柔管格柵、上尾管無(wú)堵塞現(xiàn)象。分析原因可能是“紅管”爐管偏燒發(fā)生嚴(yán)重積碳，爐管壓差高造成偏流而產(chǎn)生整根爐管紅管，由于停工時(shí)進(jìn)行4小時(shí)蒸汽燒碳時(shí)完成消碳，因此卸劑之后對(duì)催化劑檢查均正常。

4 運(yùn)行維護(hù)方案

上游裝置加強(qiáng)脫硫操作管理，保證進(jìn)制氫裝置原料含硫量小于20PPm。加強(qiáng)轉(zhuǎn)化爐火嘴燃燒狀況巡檢，避免轉(zhuǎn)化爐內(nèi)火焰偏燒現(xiàn)象、爐管熱應(yīng)力過(guò)大。加強(qiáng)蒸汽、鍋爐上水氯離子分析。避免裝置負(fù)荷頻繁大幅度調(diào)整，保證蒸汽流量和原料流量的穩(wěn)定性。嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律，嚴(yán)禁超溫、超壓，按照工藝參數(shù)運(yùn)行。原料加強(qiáng)脫硫、脫液管理，轉(zhuǎn)化大水碳比操作。通過(guò)采取以上工藝調(diào)整措施，轉(zhuǎn)化爐的運(yùn)行狀況有了較明顯的改善，爐管“亮斑”現(xiàn)象沒(méi)有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)，得到了較好的抑制，保證裝置的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)某石化公司6萬(wàn)標(biāo)立/小時(shí)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置爐管出現(xiàn)的“亮斑”和“紅管”現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)分析，采取有效措施消除了制氫裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的隱患。本案例的成功解決，以及所補(bǔ)充完善的設(shè)備操作和維護(hù)方案，對(duì)國(guó)內(nèi)同行業(yè)同類設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)有借鑒的作用。

[1]何歡.一段爐轉(zhuǎn)化管出現(xiàn)“紅管”原因分析及對(duì)策[J].化肥工業(yè).2013,40(3)：77-78

[2]谷宗昌.制氫轉(zhuǎn)化爐爐管紅管分析及處理措施[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā)[J].2015,(44-7).

[3]田喜磊，唐成，田小玲.制氫裝置轉(zhuǎn)化爐爐管亮斑原因分析及對(duì)策[J].煉油技術(shù)與工程.2012(42-1)：44-47.