加氫裂化裝置反應系統壓力降增大及處理措施

(中國石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300271)

加氫裂化是重質餾分油深度加工的主要工藝之一，是油品輕質化的重要手段。

加氫裂化反應器的床層壓力降，不僅是重要的設計參數，而且有時會成為裝置長周期運行的制約因素。隨著裝置運行時間的延長，床層壓力降逐漸增大，當達到一定時間后將以指數方式迅速增大，最終達到或超過設計值而被迫降低處理量，甚至停工。這不僅增加了能耗，限定了處理能力，而且增加了維修費用，縮短了開工周期，從而制約經濟效益。

1 裝置概況

1.8 Mt/a加氫裂化裝置(以下簡稱2號加氫裂化裝置)是某公司1 Mt/a乙烯-煉油一體化項目新建裝置之一，采用中石化B研究院開發的加氫精制和加氫裂化催化劑，流程屬于單段串聯和一次通過的加氫裂化工藝。主要為乙烯和催化重整提供加工原料，分為反應(包括循環氫脫硫系統)、分餾和吸收穩定三部分。加工原料為3號常減壓裝置提供的直餾蠟油，產品主要包括液化石油氣、輕質石腦油、重質石腦油、航煤、柴油和尾油。

2 壓力降增大過程

2.1 循環氫流量下降

2號加氫裂化裝置自2015年2月份開始，反應系統壓力降(循氫機出、入口壓力降)出現快速增大的情況，通過對反應系統進行分段壓力降計算可以看出，反應系統壓力降增高主要出現在循環氫壓縮機K102出口至反應加熱爐F101之間(見圖1)，此段管路壓力降自2月份開始，平均每月增加0.15 MPa左右，未發生該事件前該段壓力降為0.2 MPa左右，而后壓力降驟增至0.7 MPa。高壓換熱器E104(管程：熱高分氣；殼程：循環氫)殼程出入口溫差由80 ℃降至65 ℃，說明換熱效果明顯變差，可以基本確定E104前后出現堵塞現象。循環氫總量由30×104m3/h下降至24.5×104m3/h；反應器入口循環氫流量也由21×104m3/h下降至16×104m3/h，精制反應器入口氫油比亦隨之下降，最低降至550，過低的氫油比已嚴重威脅裝置的安全運行。

2.2 循氫機防喘振調節閥問題

在2015年5月份，由于循氫量持續下降，裝置調整操作，在調整防喘振控制閥后，即出現了該調節閥無法關嚴的現象,經分析有雜質堵塞導致調節閥無法關嚴。

3 原因分析

E104殼程介質為混氫，介質較為干凈，雜質堵塞的可能性小。考慮是新氫中的Cl-與循環氫中的氨氮結合，長時間積累，形成銨鹽堵塞換熱器或閥門部位，遂對相關原料及中間品進行采樣分析如下。

3.1 原料性質

原料油分析數據見表1。由表1可以看出，原料油中Cl含量長期超標，不合格率達到68.87%，最大值3.5 μg/g。

循環氫分析數據見表2,新氫分析數據見表3。

圖1 循氫機出口至反應進料加熱爐流程

統計w(S),%w(殘炭),%初餾點/℃10%餾出溫度/℃50%餾出溫度/℃終餾點/℃w(N)/(μg·g-1)w(Cl)/(μg·g-1)密度(20℃)/(kg·m-3)分析次數15415515515515515515415151不合格次數00000011040最大值3.1650.180297.00368.0435.00508.002446.703.50921.20最小值2.0380.030186.00342.0395.00483.00133.100.50899.40平均值2.5300.066237.25351.4413.68496.21617.861.39913.79

表2 循環氫數據 w,%

表3 新氫數據

注：裝置的氫氣來自制氫裝置和重整抽提裝置。

3.2 逐段分析壓力降

2014-05-25—2015-05-25反應系統各部位壓力降變化情況見圖2。由圖2可以看出，壓力降增加主要出現在循環氫壓縮機K102出口至反應加熱爐F101之間，可以肯定設備或者設備間管路、閥門存在堵塞情況。

圖2 各部位壓力降變化情況

3.3 循環氫純度分析

循環氫和新氫中烴類物質含量較高，由于裝置日常不對氫氣進行Cl-分析；發生該情況后，特意取樣分析循環氫和新氫中的Cl-，分析結果雖小于0.5 μL/L，但本裝置自首次開工運轉至今，始終未排放過廢氫，一方面循氫純度相對較低(平均值87.15%)導致烴類(包括加氫裂化反應生產的氨氮)聚集，另一方面循環氫中的這部分Cl-長期積累，與循環氫中的氨氮結合，亦會形成氯化銨結晶堵塞換熱器及閥門等部位。

4 處理過程

4.1 增加注水頻次及延長注水時間

將E104管程注水頻次由1次/月改為1次/周，同時管程注水時間長度由E104前后各10 min增加至各30 min。更改注水頻次及增加時長后，冷熱高分之間的壓力降有所降低,對總壓力降沒有明顯影響。

4.2 提高循環氫機轉速

循環氫機轉速由7 800 r/min逐步提至8 500 r/min，同時，由于循環氫機工況多次接近喘振曲線，將E104殼程副線閥開度由5%提高至20%，循環氫量變化不大。

4.3 減少銨鹽堵塞

(1)對E104殼程入口手閥和循氫副線閥進行1.0 MPa蒸汽吹擋，以便提高溫度減少堵塞，同時對副線閥及上下游部分管線進行敲擊，促使結晶銨鹽剝離。

(2)對E104副線閥(控制閥)進行反復開關，閥位控制在5%至45%，通過提高副線循環氫量，增加結晶銨鹽剝離效果。

通過此項措施，循環氫流量得以保持，不再繼續下降，效果較好。

4.4 在線注水

4.4.1 注 水

經過以上原因分析，采用注入除鹽水的方式溶解形成的銨鹽，由于本裝置E104殼程管線未設計注水點，增加臨時注水線溶解銨鹽。

4.4.2 注水效果

注水后循氫(混合氫)流量增加6 000 m3/h左右，K102出口至F101入口壓差無明顯變化，具體參數見表4。

表4 注水前后參數變化情況

(1)循環氫流量

經過上述調整，循環氫流量在每次注水后上漲較明顯，但無法長期保持，基本一個月左右循氫量又降至無法滿足操作需要，只能繼續注水，如此反復。

(2)系統壓力降

出現該現象的關鍵就是系統壓力降的升高，注水后循氫量上漲只是表象，無法從根本上解決裝置隱患。由于反應系統壓力降包括循氫機出口至反應爐入口之間壓力降沒有下降，仍處于逐漸上漲的趨勢，因此循氫量也無法長期保持。

5 換熱器檢修情況

2號加氫裂化裝置高壓換熱器E104在2016年2月設備筒體焊道發現裂紋，高溫高壓混氫自裂紋處泄漏。為避免事態進一步擴大，因此停工處理對該換熱器進行檢修。

停工交檢修打開換熱器殼程，內表面附著黑色垢物，有刺鼻的氨味，清洗后內壁腐蝕較為嚴重，腐蝕坑密布，環焊縫熱影響區位置腐蝕呈溝槽狀，腐蝕形貌見圖3。

取E104換熱器副線黑色垢物，通過離子色譜和水質測定儀分析，樣品中的氨氮質量分數為20.5%，Cl-質量分數為10.12%，說明樣品中含有NH4Cl等銨鹽。

6 結論與建議

該公司2號加氫裂化裝置反應系統壓力降(循氫機出、入口)升高，原因是由于加氫裂化過程中產生氨，與氫氣中的Cl-結合形成銨鹽堵塞相關閥門，針對原因分析車間采取了對高壓換熱器出入口閥門進行蒸汽吹掃、副線控制閥反復開關、在線注水等處理措施，取得了一定的效果，但只能維持裝置正常運行，最終通過停工檢修，清理換熱器徹底消除了隱患。另提高新氫純度、定期切換注水溶解銨鹽是消除該隱患的根本。

(1)繼續加強對循氫流量和K102出口至F101入口壓差的監控，當循氫流量下降至影響裝置正常生產時，繼續實施E104殼程入口注水作業。

(2)由于游離水進入反應系統對催化劑影響極大[1]，因此未敢大量注水，這也是系統壓力降未能下降的主要原因。再次注水時準備稍提高注水量，觀察壓力降變化。

(3)規范原料性質，保持較高的循環氫純度，監控新氫中的Cl-含量，一旦發現Cl-超標，則上游連續重整裝置及時更換脫氯劑。

(4)根據該公司1號加氫裂化裝置曾經亦出現過同類問題，且結鹽堵塞部位一致，車間建議聯系設計院可否取消此高換入口閥門，或設置其他類型閥門(調節閥等)。

[1] 金德浩，劉建暉，申濤.加氫裂化裝置技術問答[M].北京:中國石化出版社，2006:27.