乙烯裝置氫氣外送管網波動的原因及對策

鄭 杰

(中韓(武漢)石油化工有限公司,湖北 武漢 430080)

1 武漢石化的氫氣平衡

武漢石化年原油處理能力達到850萬噸，主要有蠟油加氫裝置、加氫裂化、1#、2#、3#柴油加氫、航煤加氫、S-zorb裝置，氫氣正常需求約為13.0萬m3/h左右。氫氣由重整裝置、2#制氫、中韓石化管輸等共同提供，1#制氫正常情況下停產。中韓石化管輸正常量約為3.6萬m3/h左右，一旦中斷，必然會造成武漢石化用氫裝置降量甚至停工。因此，解決中韓石化氫氣外送波動具有非常重要的意義。

2 乙烯裝置氫氣波動原因分析及措施

中韓石化80萬t/a乙烯裝置采用中國石化自主研發的前脫丙烷前加氫工藝，通過近兩年的運行，結合裝置實際情況，總結得出影響乙烯裝置氫氣穩定供應的因素主要有以下3點：

(1)乙烯裝置裂解氣壓縮機(K-201)停車，氫氣供應中斷。

(2)碳二加氫反應器(R-201)跳車，氫氣供應中斷。

(3)乙烯制冷壓縮機波動導致氫氣與其他組分無法分離，甲烷化系統跳車，氫氣供應中斷。

乙烯裝置流程見圖1。

圖1 乙烯裝置流程簡圖

2.1 減少裂解氣壓縮機K-201波動

裂解氣壓縮機為整個乙烯裝置的心臟，其停車都會導致氫氣外送量中斷，針對開工以來壓縮機出現的因為抽汽投用失誤、潤滑油泵切換波動、裂解氣壓縮機喘振造成的氫氣中斷，針對性的提出了以下對策。

2.1.1 裂解氣壓縮機汽輪機抽汽操作的規范化操作

裂解氣壓縮機透平投用抽汽是一項很重要的工作，可以有效降低乙烯裝置能耗。但抽汽投用出現波動則會導致裂解氣壓縮機波動甚至跳車。

2.1.1.1 抽汽操作

抽汽調節器投用之前必須具備下列條件：(1)抽汽總管達到其控制的壓力。((2)透平進汽流量至少為150t/h，當透平進汽流量低于150t/h，進汽閥位置聯鎖限制開關使透平不能進行抽汽。

2.1.1.2 抽汽控制器投用(1)緩慢提高抽汽設定壓力高出管網7kPa左右。

(2)緩慢將抽汽調節閥的閥位限制從99.9%向0%調節，低壓閥的閥位限制將降低，在接近0%限位時，LP閥將逐漸受抽汽控制器控制。

(3)當抽汽控制器投用后，通過增減抽汽壓力設定，可調節抽汽流量，但調節速度要緩慢。

2.1.1.3 目前抽氣閥存在故障的規范化操作

抽氣閥錯油門反饋桿上增加一個臨時彈簧，同時在抽氣閥杠桿下增加一個臨時限位塊，需要調整抽氣閥時將限位塊抽出，內操慢慢開大或關小閥開度，外操報現場閥位開度，與中控輸出閥位對應，閥門調整完后，將臨時限位塊卡住抽氣閥杠桿位置。

2.1.2 潤滑油泵無擾動切換的規范化操作

裂解氣壓縮機潤滑油及控制油是保證機組正常運行的重要部分，油泵切換如果不規范，導致油壓波動，會導致裂解氣壓縮機波動甚至跳車。因此，制定了潤滑油泵無擾動切換的規范化操作流程(圖2)。

(1)對備用油泵油杯液位、油質、冷卻水進行檢查，是否具備啟動條件，油泵進行盤車。

(2)檢查運行油泵總管出口壓力是否正常，在1MPa左右。

(3)緩慢全開備用油泵的安全閥旁路閥，啟動備用油泵，總管油壓穩定1MPa左右時，逐漸關閉備用油泵安全閥旁路閥。

(4)確認壓力穩定后，打開原運行泵的出口安全閥旁路閥。

(5)根據現場泵出口壓力表，緩慢關閉原運行泵的出口閥，直到泵出口壓力達到1.5MPa則停止關閉出口閥，停原運行油泵，泵出口壓力表壓力不能超過1.5MPa。

(6)關閉原運行泵出口安全閥旁路閥，關閉原運行泵出口閥。

圖2 潤滑油泵無擾動切換示意圖

2.1.3 裂解氣壓縮機防喘振系統的規范化操作

裂解氣壓縮機如果發生喘振，輕則會導致碳二加氫系統跳車，重則會導致裂解氣壓縮機跳車。因此，防喘振系統的規范化操作具有重要意義。裂解氣壓縮機防喘振閥工藝流程見圖3。

(1)內操發現裂解氣壓縮機流量突然下降時，應立即查看CCC系統畫面三段、四段、五段防喘振閥裕度。

(2)內操開始調整防喘振閥操作，首先要兼顧各段裕度，先打開五返五防喘振閥(FZV-20028A) 的開度5%，再打開四返四防喘振閥(FZV-20005)的開度5%，最后打開三返一防喘振閥(FZV-20001)的開度5%。

(3)內操通過調整操作，如果各段裕度還是低于10%，內操再次打開五返五、四返四、三返一防喘振閥，來回均勻往復操作，最終三段、四段和五段防喘振曲線裕度大于10%以上，實現防喘振控制平滑性操作。

2.2 碳二加氫反應器避免跳車規范化操作

乙烯裝置碳二加氫反應器跳車是影響氫氣管網穩定最關鍵因素之一，而影響碳二加氫反應器跳車的因素主要有以下幾點：

(1)裂解氣中一氧化碳含量急劇變化。

(2)高壓脫丙烷塔塔頂丁二烯含量急劇變化。

圖3 裂解氣壓縮機防喘振閥工藝流程圖

2.2.1 碳二加氫應對裂解氣中一氧化碳大幅度波動的規范化操作

2.2.1．1 避免一氧化碳含量波動的對策

避免一氧化碳含量波動的對策實施一覽表見表1。

表1 避免一氧化碳含量波動的對策實施一覽表

2.2.2 碳二加氫應對一氧化碳波動的規范化操作

碳二加氫應對一氧化碳波動的規范化操作見表2。

表2 碳二加氫應對一氧化碳波動的規范化操作

2.2.2 應對高壓脫丙烷塔塔頂丁二烯含量波動的方法

高壓脫丙烷塔塔頂丁二烯組分升高，分離熱區內操應該立即減少再沸加熱量(FZV20026)和加大回流量(FV20033)以此來控制塔頂丁二烯含量。重點是控制塔頂溫度和壓力，同時密切監控碳二加氫反應器各段出口溫度，確保碳二加氫系統安全運行。碳二加氫流程見圖4。

圖4 碳二加氫流程簡圖

2.3 避免乙烯制冷壓縮機波動的對策

乙烯制冷壓縮機提供的充足并且合格的乙烯冷劑是裂解氣中氫氣和其他組分順利分離的關鍵，乙烯制冷壓縮機波動的主要原因有以下幾點：(1)乙烯制冷壓縮機防喘振閥、冷劑控制閥等關鍵閥門意外故障；(2)丙烯制冷壓縮機能力不足，乙烯制冷壓縮機出口無法順利冷凝。

2.3.1 乙烯制冷壓縮機關鍵閥門的維保

乙烯制冷壓縮機工藝系統內的關鍵閥門出現故障極有可能導致機組工藝負荷出現大幅度的波動，輕則導致氫氣質量不合格，重則會導致甲烷化系統跳車，氫氣中斷，因此，制定了以下措施：

(1)每天對乙烯制冷壓縮機系統內的13個關鍵閥門進行檢查，重點檢查閥門氣路、儲氣罐、定位器等設施，確保閥門始終處于一個良好的狀態。

(2)停車大修期間，將所有的控制閥門下線進行針對性的效驗，確保閥門本體完好。

2.3.2 應對丙烯制冷壓縮機冷凝能力不足的對策

(1)在2016年的停工檢修中，對每一段的防喘振線進行實測校核。每一段防喘振線均有一定程度的左移，徹底解決了裝置滿負荷運行時丙烯制冷壓縮機二段、三段防喘振閥仍有一定開度的問題，大幅度降低了丙烯制冷壓縮機的負荷，提高了其抗干擾能力。

(2)在2016年的停工檢修中，新增了一臺板式換熱器E-441B與原乙烯產品脫過冷換熱器E-441A并聯，徹底解決了由于丙烯制冷壓縮機回收冷量不足而導致的丙烯制冷壓縮機負荷高的問題。

(3)在循環水溫度較高，丙烯制冷壓縮機負荷較高的夏季，授予值班長及時調整裝置負荷的權利，根據丙烯制冷壓縮機的適時負荷調整乙烯裝置的負荷。避免了因為丙烯制冷壓縮機負荷高導致的乙烯制冷壓縮機超負荷的問題。

(4)對丙烯制冷壓縮機出口循環水冷凝器E-501A-D內管束內漏的情況，增加了技術改造，從循環水側彎頭頂點新增一條管線至地漏，用以觀察這四臺換熱器管束的內漏情況。發現內漏時，及時切出堵管修復，避免了泄漏的擴大化。既能有效降低丙烯制冷壓縮機的負荷，也避免了丙烯制冷壓縮機因為復水器冷凝能力下降導致丙烯制冷壓縮機停車。

3 結束語

通過大量實踐操作，總結上述調整措施，氫氣中斷事故大幅度下降，這說明各項措施具有很強針對性。氫氣屬于高附加值產品，且與下游裝置生產息息相關，減少氫氣事故，為企業增加經濟效益并為110萬t/a脫瓶頸改造打下了良好的基礎。