工藝凝液汽提塔聚堵的原因分析及應對措施

孫慶虎

(海南實華嘉盛化工有限公司，海南 洋浦 578001)

海南實華嘉盛化工有限公司(下稱“實華嘉盛”)8萬t/a苯乙烯裝置采用中國石化乙苯絕熱負壓脫氫與傳統苯乙烯分離技術，工藝流程包括乙苯脫氫、油水分離、工藝凝液處理、脫氫尾氣壓縮和吸收以及苯乙烯精餾五個部分。在乙苯脫氫過程中，需要配比適量的210KPa蒸汽，主要目的是為乙苯脫氫吸熱反應提供熱量，同時可以有效地降低烴分壓，提高乙苯轉化率，降低催化劑表面積碳，保持催化劑活性。該部分蒸汽冷凝后變成水，再加上乙苯脫氫產物的急冷水以及壓縮機體注入的急冷水，這三部分水最終匯集在油水分離器形成了工藝凝液。這些凝液成分復雜，不僅含有少量的鐵離子，還含有苯、乙苯、甲苯、苯乙烯等有機成分，由于在油水分離器沒有足夠長的停留時間，很難在油水分離器中完全分離，加上苯乙烯本身容易聚合，因此乙苯脫氫單元工藝凝液必須經過汽提塔將凝液中的有機物進行回收，并經過進一步凈化處理，使工藝凝液達到回用的要求。

1 工藝凝液汽提系統流程簡介

圖1 工藝凝液汽提系統流程示意圖

如圖1所示(不含虛線部分)。乙苯脫氫單元的乙苯脫氫產物通過主冷凝器A301冷卻，液相進入油水分離器D305，氣相去脫氫尾氣壓縮機。油水分離器D305的油相通過脫氫液泵P301送至界外，水相通過工藝凝液泵P302送入聚結器D312，聚結器D312分離的油相部分返回油水分離器D305，水相經過工藝凝液過濾器SR301再通過汽提塔冷凝器E307管程進入汽提塔C301。汽提塔塔底采用40KPaG蒸汽加熱，塔頂氣相經過汽提塔冷凝器E307殼程返回油水分離器D305。汽提塔C301塔底凝液經過汽提塔凝液泵P303送入工藝水處理系統PA31，最后處理完畢送至海南煉化凝液管網。

2 工藝凝液汽提系統存在的問題

2.1 聚結器D312出現大量苯乙烯聚合物

油水分離器D305水相室工藝凝液中存在一定量的脫氫液，脫氫液中含有60%左右的苯乙烯。聚結器作用就是將工藝凝液中的油相小液滴通過物理吸附作用，聚集成大的油相液滴，從而達到進一步分離的作用。聚結器D312分離的油相部分返回油水分離器D305。由于聚結器D312出口調節閥處管線變徑，管線內的聚合物掛壁，長時間積累易造成堵塞，導致聚結器D312內苯乙烯等有機物無法回收，進一步造成內部聚合。

2.2 工藝凝液過濾器SR301堵塞

工藝凝液過濾器SR301有A、B兩臺，一開一備。由于工藝凝液中帶油，同時D312出料中攜帶了大量聚合物，導致工藝凝液過濾器SR301經常堵塞， SR301A/B兩臺頻繁切換。SR301使用棉芯過濾，更換濾芯后效果不明顯，再加上濾芯價格較高且無法重復利用，造成極大的浪費。

2.3 汽提塔冷凝器 E307頻繁切換

脫氫裝置汽提塔冷凝器 E307分為A、B兩臺，一開一備，定期切換防止聚合物積累。汽提塔C301塔頂壓力控制在40KPaA，氣相溫度控制在80℃，從汽提塔塔頂出來的含有苯乙烯的熱氣流在汽提塔冷凝器 E307內與含有苯乙烯等有機物的工藝凝液換熱，在換熱器的管程和殼程內形成苯乙烯聚合物，隨著運行時間的推移，苯乙烯聚合物不斷積累。當聚合物的量增加達到一定程度時，換熱器的流通量受到影響，換熱面積減小，凝液流量降低，導致汽提塔冷凝器 E307頻繁切換。

2.4 工藝凝液汽提塔堵塞

2018年8月10日，汽提塔C301塔釜壓力PI3093突然升高，塔頂壓力未有較大改變，如圖2所示。塔釜液位快速降低，進出料不平衡。經分析判斷為汽提塔C301中下部塔盤堵塞，導致氣液兩相在塔盤上無法正常分離。經過降低脫氫負荷，減少C301凝液進料量后逐步恢復正常。

圖2 C301塔底壓力變化趨勢圖

2018年8月18日，脫氫系統工藝凝液量達不到工藝需求量，造成D305油水分離器界位持續上漲，油水分離不完全，脫氫液內水含量過多。班組對工藝凝液泵P302A/B和工藝凝液過濾器SR301A/B切換并清理濾網和濾芯后，工藝凝液量仍未增加，隨后將P302A/B和SR301A/B 雙臺投用，雖然工藝凝液量有所提高，但始終無法達到正常量。后經分析判斷為汽提塔C301進料分布器堵塞所致。

2018年8月28日2時，汽提塔C301再次出現堵塞現象，經過關閉塔釜汽提蒸汽操作，使塔內聚合物落至塔釜，多次淸理汽提塔凝液泵P303入口過濾網后恢復正常。后經分析判斷為汽提塔C301塔盤堵塞所致。

為保證裝置平穩運行，2018年9月7日對汽提塔C301進行停工吹掃，對汽提塔C301進料分布器、塔盤及降液槽進行檢查、清理。在拆檢過程中發現汽提塔C301進料管線、進料分布器、塔盤均堵塞嚴重(如圖3、圖4、圖5所示)。塔內聚合物清理完畢后，汽提塔C301重新開工后運行正常。但不排除今后會繼續出現塔內聚合的可能。

圖3 汽提塔C301進料管線堵塞

圖4 汽提塔C301進料分布器堵塞

圖5 汽提塔C301塔盤堵塞

3 原因分析

3.1 苯乙烯易自聚

苯乙烯性質很活潑，因其分子中的乙烯基和苯環之間處于共軛關系，電子云在乙烯基上的流動性較大，所以它能以多種機理進行聚合，再無引發劑存在時受熱也能發生熱聚合反應，反應機理[1]如下：

苯乙烯+熱量→聚苯乙烯(線)+2.8MJ/kg

苯乙烯+助催化劑→聚苯乙烯(交聯)+苯基乙烯

苯乙烯+氧氣→苯乙烯-氧共聚物

苯乙烯在環境溫度下就可以發生緩慢的熱激發的聚合反應，但由于聚合過程是一個放熱反應，如果反應熱不能及時移走，反應速度將會隨溫度升高而加快，溫度升高到65℃左右時苯乙烯聚合反應急劇進行，形成爆聚[2]。工藝凝液汽提塔C301內聚合物過多主要原因是工藝凝液攜帶的苯乙烯進入C301，由于C301操作溫度80℃左右，正好處于苯乙烯爆聚范圍內，導致C301進料分布器及塔盤、降液管內苯乙烯聚合物過多，進而影響C301的正常操作。

3.2 油水分離不徹底

由于油水分離器D305內存在聚合物，聚合物在進入液位計后導致油水分離器D305水相界位顯示不準確，以至于D305水相嚴重帶油，從而將苯乙烯帶到工藝凝液汽提系統。

3.3 聚結器油相回收管路不暢

聚結器D312至油水分離器D305返回線管徑較小，當管線堵塞時未及時發現并疏通，就會導致凝液中的苯乙烯無法返回至D305重新分離，從而導致苯乙烯在工藝凝液汽提系統聚合。

3.4 操作原因

在工藝凝液泵P302流量降低的情況下，未及時清理P302泵濾網和凝液過濾器SR303濾芯，只是通過打開SR303旁路來增加凝液量。為不增加系統壓降，凝液過濾器SR301只有一臺有濾芯，導致工藝凝液未經過過濾直接進入汽提塔C301。凝液進入汽提塔C301前使用350kPa蒸汽加熱至75℃左右，在此溫度下凝液中的苯乙烯會快速聚合，導致進料管線、分布器堵塞。

4 改進措施

4.1 油水分離器D305界位的控制

油水分離器D305水相界位按照工藝指標嚴格控制在80%～85%，例行巡檢中操作人員應及時觀察現場界位計中有無乳化物存在(顏色是否乳白)，與遠傳液位計校對，是否一致，并且定期清理界位計浮筒，調校儀表，確保D305水相室界位的準確性。

4.2 工藝凝液過濾器改造

在凝液過濾器SR301前再加裝一臺金屬燒結網過濾器SR303(如圖6、圖7所示)，讓工藝凝液先進入SR303，等到SR303堵塞時，將SR303切換至旁路并清理濾芯。由于SR303使用的是金屬燒結網濾芯，可以重復使用，這種濾芯可及時清理再投入使用，從而有效地減少了SR301棉濾芯更換，不僅增強了過濾效果，而且降低了運行成本。

圖6 改造前流程圖

圖7 改造后流程圖

4.3 聚結器出口調節閥改造

將聚結器D312出口調節閥拆除，改為短管連接，消除管線變徑。經過改造后，管線不再堵塞，保持很好的暢通，油相順利返回油水分離器D305，從而降低了苯乙烯及聚合物進入汽提凝液系統的可能性。

4.4 嚴格過濾器切換操作規程

制定嚴格的過濾器切換操作流程，加強現場巡查，在凝液過濾器SR303更換清理濾芯時， SR303開旁路，SR301切至有濾芯的過濾器，保證凝液始終經過過濾再進入汽提塔C301。加大班組考核力度，發現班組違反操作紀律或不及時發現問題，及時予以考核。

4.5 嚴格控制汽提塔C301操作參數

維持汽提塔C301合適的操作溫度、壓力，并控制好液位，控制好凝液進料溫度，防止產生聚合物。

5 改造效果

實華嘉盛積極落實改造聚結器D312油回收管線、增加工藝凝液過濾器SR303，同時嚴格執行工藝指令，2018年9月8日，工藝凝液汽提塔C301重新開工，目前已平穩運行8個月，汽提塔壓差穩定在17～20kPa之間(如圖8所示)，沒有明顯的上升趨勢，充分說明進入汽提塔C301內的苯乙烯聚合物減少，改造效果明顯。

圖8 改造后汽提塔C301塔壓差變化趨勢圖

6 結論

通過增加一臺金屬燒結網濾芯、聚結器出口調節閥改造和嚴格控制油水分離器界位等措施，工藝凝液汽提塔C301的處理能力和汽提效果以及平穩運行得到大幅提升，尤其是增加一臺凝液過濾器等手段，減少了苯乙烯進入凝液汽提系統的可能，從根本上改善了汽提塔C301內堵塞的問題。