乙烯裝置急冷油除焦系統的設備改造應用

常 亮

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

急冷系統位于乙烯裝置的咽喉部位，吸收裂解爐通過裂解原料而產生的高溫裂解氣，依次經過油冷、水冷工序降溫，分離出裂解氣中的汽油、輕/重燃料油、水份等，回收其低品位熱量，產生裂解爐所需的稀釋蒸汽（DS），并保證油、水系統的運行溫度。

1 急冷油系統的特殊性

急冷油主要成分是芳香族物質，其中芳烴含量約80%。急冷油的成分也是一種動態組成過程，裂解氣源源不斷的將急冷油中的重、輕燃料油置換分離出來。這種動態平衡的組成可以有多種狀態，同時受著油塔釜溫和急冷油循環量的影響。其中最特殊的存在便是急冷油系統中焦粒，他的成因是來自于裂解反應。因原料裂解時的二次反應產生的焦粒隨裂解氣進入急冷油系統，并進行攜帶循環。此外芳烴和不飽和烴，在較高的溫度下也能自身聚合成為瀝青質，一般來講，急冷油中的瀝青質含量應保持接近5%～6%（w.t.）范圍內，當瀝青質含量達到15%～20 %（w.t.），油系統將會有部分焦質開始析出，和裂解氣中的焦粒統稱為焦粉顆粒。

由于焦粉這種物質特殊的存在，會給生產裝置的工藝流程以及設備帶來影響和危害。焦粉的存在也影響著裝置的穩定運行，并會在運行末期，成倍的加劇，造成惡性循環，大大縮短裝置周期。

2 焦粉對各設備運行狀態的影響及除焦手段

2.1 急冷油過濾器

急冷油是通過急冷油泵的升壓，用來保證系統內的循環量，在每臺急冷油泵的出入口管線上分別設置急冷油過濾器。型式屬于籃式過濾器，筒體內設置濾框，濾框內表面通過中心軸安裝固定2 套刮刷刮板。外部電機通過齒輪箱帶動內部撥叉旋轉，進而轉動整根軸，刮刷刮板隨軸的運動清理濾框上的焦質，最終焦質通過過濾器排放線排出系統。

2.1.1 影響

系統內的焦粉量較大時，會大大降低過濾器的使用壽命。主要有以下兩點：①液下軸承磨損。投用后過濾器濾框中的下側軸承由于與急冷油中焦質、焦粒長期接觸，致使軸承容易出現磨損。當推力軸承出現初期磨損后，持續運轉的軸會出現下方支撐力減少，導致整根軸存在向下位移，進而加劇推力軸承的磨損，惡性循環，最終推力軸承徹底損壞后，整根軸脫離原位置，輕則導致過濾器失效，重則使撥叉受力過大出現彎曲或裂紋，齒輪箱受力不均磨損，外部對輪出現應力裂紋，電機超載等情況；②過濾器填料密封磨損。填料密封通過使用特定形式的多層盤根進行壓緊密封，填料主要由銅環、浸澤四氟的膨脹石墨環構成。由于日常轉動，盤根會形成初期磨損，急冷油中焦粉在過濾器攪拌轉動時，會竄入到盤根間隙內，造成中期磨損。這樣，盤根密封會被一層層耗損穿透，最終介質直接泄漏到外界。

2.1.2 日常的除焦手段及措施

各臺急冷油泵的前后過濾器始終保證全部正常投用，起到最初期的除焦目的。增加過濾器本體的排放頻次，通過急冷油排放，除去油系統中的焦質。經一些裝置的實際經驗得出，這確實是一個任重道遠的過程，在整個運行周期下，通過一些機泵濾網、地罐的清理狀態來評判，其效果是顯著的。但即使是長期這樣調整，其余設備的損耗仍會出現，如急冷油排放泵等。

2.1.3 除焦的技術應用及設備改造

（1）旋液分離器。旋液分離器的設置就是把急冷油進一步過濾，除去其中更細小的焦粒，得到較為潔凈的急冷油進行循環。分離原理是：急冷油從旋液分離器上側面快速進入設備，急冷油夾雜著焦質在設備內快速旋轉，焦質在離心力的作用下貼近設備內壁螺旋下降至分離器底部，而較為潔凈的急冷油從頂部出口排出，實現了脫焦工序。通過一些裝置實際應用的調研，旋液分離器會加裝在急冷油過濾器流程的前面，用以提高除焦效果及效率。

（2）增設并聯籃式過濾器。急冷油過濾器的下側排放線上增設并聯的籃式過濾器，這樣的改造有利于減輕急冷油排放罐內焦粉的集聚，分擔了罐內各排放點的脫焦壓力，同時也防止排放量過大造成排放線堵塞的情況。脫焦工序變為日常清理，會起到滴水穿石的效用。

（3）急冷油過濾器改造。急冷油過濾器最容損壞的兩個位置，一個是液下軸承，另一個是密封盤根。要想讓過濾器始終處于正常的除焦狀態，長周期運行必不可少。①液下推力軸承的改造。延長軸承的使用壽命，尤其是推力側軸承。通過在推力側軸承下方增設一處滑動支撐，介質進行潤滑，來保證整根軸的垂直方向受力。即使當推力軸承出現初期磨損時，也持續保持向上的支撐力，不會造成后續的問題發生，延長軸承的使用壽命，同時調整軸承的間隙配合，減輕焦質的滲入磨損；②斜角固定改造。對整根軸和刮刷刮板增設斜角固定，保證軸在旋轉時，減輕側向剪應力或受力偏差情況，保證整根軸良性運行，延長徑向軸承使用壽命；③刮刷刮板改造。經過長期的運轉及檢修，濾框原始的橢圓度會發生改變，造成濾框部分位置無法被刮刷刮板清理及刮渣，甚至也會出現濾框過盈擠壓，造成轉動過程中扭矩過大，便會出現電機超載甚至濾網撕裂情況發生。故刮刷刮板可改造為伸縮結構，自適應補償或收縮，這樣可有效的進行刮渣作業，同時也減少由于刮刷刮板損耗后的檢修、調整甚至整體更換工作；④密封改造。將填料密封升級為機械密封，并配置外部沖洗。這是由于機械密封屬于非接觸式密封，密封性及穩定性高。通過機封處的持續沖洗，阻止急冷油夾帶焦粉進入密封副，保證運轉中的磨損降低至最小，會最大程度的延長過濾器的使用壽命，做到除焦效用最大化。

2.2 急冷油排放泵

急冷油排放泵屬于立式長軸液下泵，用于外送地罐內污油。設備隨排隨啟，間斷性運轉，但由于他的特殊工況，檢修頻次并不低。

2.2.1 影響

焦粉顆粒對該泵的最大影響就是使用壽命減短，檢修頻次增加。

（1）葉輪磨損。由于該泵的吸入口處于液下狀態，硬質焦粒會伴隨急冷油一起被吸入葉輪，并持續摩擦葉輪流道。時間一久，流道處出現減薄漏點，造成機泵外送能力下降。減薄過程又破壞葉輪的原動平衡狀態，會使得轉子在高速旋轉中出現輕微晃動，而轉子的晃動便又促使轉子和液下軸承之間的磨損。

（2）液下軸承磨損。長時間的運轉，造成泵殼盤根出現磨損，且間隙增大，較細的焦粉竄入支撐管內，與液下軸承和對應位置的軸套發生摩擦，造成磨損，液下軸承與軸套間隙增大，導致后續運轉過程中軸在軸承內發生晃動，加速磨損。葉輪和液下軸承的磨損會相互影響，相互干擾。

2.2.2 日常的改善手段及措施

使用過程中，急冷油排放前后均要保證機泵液下軸承的沖洗流程暢通，并要根據實際工況提升沖洗油壓力，保證沖洗效果。檢修安裝時，要控制液下滑動軸承和軸套之間的間隙，防止出現間隙大造成振動超標，間隙小造成抱軸等情況。同時葉輪口環間隙也要調整到適合位置，并將口環焊接固定，防止由于個別焦粉卡澀，將口環研磨脫落，引發次生事件。

2.2.3 設備技術改造

（1）軸承數量：減少滑動軸承的跨距，增加滑動軸承的數量，提高抗徑向力的沖擊。

（2）材質升級：選擇正確的滑動軸承和軸承材質，滑動軸承和軸套的材料要耐介質的腐蝕，還需要有足夠的抗磨性和硬度，兩者之間有一定的硬度差，最好要有一定的自潤滑性，比如選擇銅基合金作為軸襯或液下滑動軸承的材料。這樣的軸承在日常運轉中會有較好的耐磨性和導熱性。可以較大程度的改觀機泵現有運行狀態，從而延長機泵使用壽命，減少由于焦粉磨損而造成的故障檢修。

2.3 急冷油系統

2.3.1 影響

焦粉會隨著急冷油系統運轉的時間持續增多。那么過濾器前后的壓差必然會持續高，尤其到裝置運行末期時，急冷油壓力降低，循環量降低，換熱效率下降，塔釜溫度升高，急冷油中的瀝青質析出更加嚴重，惡性循環。

2.3.2 日常除焦手段及措施

（1）增設急冷油塔和減粘塔的塔釜排放線，通過對兩個塔的定期排放，來緩解急冷油系統中焦粉的夾帶量。同樣以防當系統突發波動等情況出現時，塔釜的焦粉經過擾動紛紛混入急冷油內，造成急冷油壓差驟升，壓力波動較大，甚至會引起局部管線堵塞的情況出現。

（2）裂解爐燒焦期間，單位時間內提高通風量，延長燒焦時間，并保證燒焦質量，控制焦粉產生的源頭。

（3）重質裂解爐SLE 一急冷內管定期水力清焦，同樣也可以降低裂解氣將焦粉帶入急冷系統的量。根據裝置運行實際情況，每年清焦1～2 次。

2.3.3 除焦的技術應用及設備改造

對裂解氣大閥及閥前短管增設吹焦蒸汽線。裂解爐下線燒焦過程中，裂解氣大閥始終處于關閉狀態，吹掃燒出的一部分焦粉會在裂解氣大閥前短管處堆積，直到裂解爐再次上線后，裂解氣大閥打開，該部分焦粉會被直接帶入急冷后系統，造成急冷油中的焦渣激增。故為了直接從源頭減少焦粉進入急冷系統，在裂解氣大閥本體及閥前短管處配出兩條中壓蒸汽線，在燒焦時，吹焦線投用，將爐管內壁燒焦出的焦粉直接送入燒焦罐。該項改造通過多家同類裝置試驗，均獲得極好的成效。也可以更直觀的對比，在乙烷爐配線改造后，減粘塔的重燃料油產品泵清網頻次近乎為零，清網檢查干凈基本無焦粉。事實證明吹焦線是急冷油除焦工作最源頭的一步，也是至關重要、不可或缺的一步，為急冷系統長周期運轉奠定扎實的基礎。

3 結束語

急冷系統的脫焦工作不會是朝發夕至，需要日常做好扎實基礎，在裝置設備的實際應用上，還需要更前沿的技術支持，達到最佳及最有效的除焦目的。