加氫裂化裝置反應器飛溫原因分析及處理辦法

李響 閆福彬 袁紅林(中國石油大港石化公司，天津 300280)

0 引言

加氫裂化技術由精制反應和裂化反應共同組成，總的熱效應屬于強放熱反應，尤其在裂化催化劑所處的反應器或床層中，放熱量更高。在正常生產中，通過冷氫調節閥的控制，床層的溫升是處于動態平衡狀態的。如果由于某些原因導致反應產物與冷氫所攜帶出的熱量少于此床層反應的放出熱量時，熱量平衡就會被打破，最終導致事故的發生。飛溫現象存在損壞反應器內構件的危害，還會使得催化劑結焦、縮短使用壽命甚至直接報廢，更嚴重的還會導致反應器、高壓換熱器泄露著火等惡性事故事件的發生。為此，在加氫裂化裝置的設計過程中，采取了0.7MPa/min和2.1MPa/min兩種不同速度的泄壓方式，根據飛溫的嚴重性和事件具體情況進行選擇。因此，在加氫裂化裝置的運行中，分析反應器飛溫的原因以及如何處理飛溫事件就顯得尤為必要。

1 引起反應器飛溫的原因

1.1 循環氫流量減少或中斷

反應器床層內放出的熱量需要通過循環氫攜帶，如果循環氫流量減少或中斷，就失去了降低床層溫度的能力。循環氫中斷對于控制反應器溫度的影響是非常重要的，由于循氫機停運后很難向外攜帶出熱量，原料油與催化劑接觸的滯留時間過長，與氫氣在高溫的反應器中繼續反應并持續放熱，將會導致床層各處迅速超溫，需要第一時間采取最有效的泄壓方式。有時還會出現個別床層入口冷氫量增加，導致其它床層入口冷氫量被爭奪的情況發生。通常導致循環氫壓縮機停運的具體原因有冷高壓分離器液位高聯鎖、循環氫壓縮機油壓低聯鎖、干氣密封泄漏量高聯鎖、中壓蒸汽中斷以及循氫機運轉參數異常等。

1.2 床層徑向溫差過大

床層徑向溫差是指在床層同一水平面上，不同位置的熱電偶所測量的最高溫度與最低溫度之差。反映出由于催化劑裝填不均勻、進料分配不均勻或反應器內構件損壞等原因，導致的原料油在反應器橫截面流量分布不均，存在走“短路”這一情況。此情況會導致溝流的發生和熱點的形成，體現在測點溫度上就是床層徑向溫差大。這使得原料油在部分催化劑表面停留時間過長，局部反應過度，對控制反應溫度產生了不利的影響，加大了操作生產的難度。在催化劑裝填過程中，應該保證床層各個位置催化劑的堆密度一致，使原料油在反應器內部的流態接近于活塞流。

1.3 原料性質、新氫組分發生變化

原料油的性質各有不同，當原料油中的硫、氮含量增加或處理烯烴含量較多的原料時，精制催化劑所在的床層溫升會有上漲的趨勢，如果精制床層的冷氫量過大，還會存在裂化床層入口冷氫減少的風險。除了加工減壓蠟油外，在摻煉焦化蠟油或催化柴油時，還需要考慮混合原料油的性質變化。對于采取尾油循環工藝的裝置，循環油至反應系統的流量變化也會導致反應器進料性質變化。

新氫組份的發生變化也會引起床層溫度的波動，新氫中CO、CO2含量增加時會發生甲烷化反應同時放出大量熱量，造成床層溫升過高而引發超溫。在CO、CO2含量增加的情況下，可以降低反應器催化劑溫度以減少系統耗氫量，再通過排放氣控制閥保證循環氫純度。同時告知氫氣裝置和PSA裝置，直至CO和CO2的濃度脫除至正常范圍。

1.4 床層入口溫度變化

反應溫度是加氫裂化工藝的重要操作參數之一，裂化過程的深度對溫度的變化非常敏感，這在具有更高活性的分子篩催化劑(如HC-185)的工況條件下尤為明顯。反應進料溫度高于正常值，相當于加快反應放熱的速率，各床層溫升會以成倍的速率增長直至無法控制。在日常調整中，要嚴格遵循“先提量，再提溫”的原則。

1.5 進料流量減少或中斷

反應進料減少或中斷可能會導致反應爐出口溫度短時間內大幅升高，高溫原料油進入反應器與催化劑接觸加速了放熱過程，造成溫升難以控制。另一方面，原料油中斷會導致系統內的氨含量減少，即抑制催化劑活性的氨組分減少，變相的提升了催化劑的活性。

1.6 儀表故障導致失控造成超溫

儀表故障可能引起反應器床層入口溫度控制點測量值偏移，導致冷氫控制閥開度大幅變化，進而造成床層溫升升高或降低。另一方面，冷氫控制閥的故障也會引起冷氫流量減少或中斷，造成反應器飛溫。

2 反應器飛溫的處理辦法

在日常生產中，如果發生反應器床層飛溫的情況，循環氫壓縮機能否正常運轉是處理床層溫度的重中之重。因此，處理飛溫的方法可以分為以下兩類。

2.1 循環氫壓縮機正常運轉

在循環氫壓縮機正常運轉的條件下，要充分利用可支配的冷氫流量，攜帶飛溫床層的反應熱量。此種情況只要發現及時，處理得當，通常不會造成嚴重的飛溫事件。

增加床層入口冷氫流量的供給。針對飛溫的床層，開大床層入口冷氫控制閥，降低床層入口溫度。除此之外，還要注意降低下一個床層的入口溫度，以免造成大量熱源攜帶至下一床層引起二次飛溫。需要注意的是，各個床層入口的冷氫可能會存在相互爭奪流量的情況發生，此時建議提高循環氫壓縮機的轉速，進一步增加可支配的冷氫流量。

降低加熱爐出口溫度。立即手動降低燃料氣流量，迅速降低反應加熱爐的出口溫度，同時還建議開打原料換熱器的旁路，降低反應加熱爐的入口溫度，最大程度上減少進入反應器的熱量。需要注意的是，在加氫裂化常見工藝流程中存在原料油與反應產物換熱器，超溫后的反應產物會通過換熱器進一步提高原料油至反應爐入口溫度，有可能造成二次飛溫。

2.2 循氫機聯鎖停機

在循環氫壓縮機無法運轉的情況下，0.7MPa/min和2.1MPa/min兩種泄壓方式是最為有效且最為重要的處理手段。值得注意的是，啟動緊急泄壓的時間越早越能夠有效的抑制最高點溫度。反應飛溫處理期間切忌盲目恢復進料，避免“火上澆油”。在床層溫度沒有降至足夠低時，引入原料油、氫氣以及停止泄壓的行為都有可能造成二次飛溫。

啟動2.1MPa/min聯鎖后必須堅持一泄到底，直至反應系統達到微正壓才可停止泄壓，嚴禁中途停止泄壓，此時反應熱即使在較低壓力，在催化劑床層溫度高時也可能很大。在高溫低氫壓下，等于熱裂化，會造成催化劑結焦。

裝置泄壓到末期后要及時引入事故氮氣置換反應系統中的氫氣和油氣。處理所用的事故氮氣濃度需要達到99.9%，一旦純度不夠，氧氣就有可能被帶入反應器，與硫化態的催化劑發生氧化反應，進一步發生放熱。另一方面，氧氣會與反應器內的氫氣混合，從控制爆炸極限的角度考慮也是不利的。

3 反應器飛溫的案例

3.1 裝置介紹

大港石化公司100萬噸/年加氫裂化裝置采用單反應器雙劑串聯、尾油全循環的加工工藝。2020年加氫裂化裝置加工負荷為78%，循環比為1.65，混合原料的UOPK值介于芳香烴K值(10.5)和石蠟烷烴K值(12)之間。裝置自2017年檢修改造后采用石腦油增產方案，裂化床層裝填的催化劑更換為活性較高的HC-185LT型和再生的HC-115LTr型。反應器各床層的入口溫度見表1。

3.2 反應器飛溫案例

2018年12月，加氫裂化裝置由于冷高分液位較高，觸發循環氫壓縮機聯鎖停機，同時0.7MPa/min低速泄壓聯鎖啟動。當時活性較高的裂化床層溫度先降后漲，4分鐘后發現床層溫度上漲速度較快，于是當班班組手動啟動2.1MPa/min泄壓放空。最終裂化床層有較多測點溫度由正常操作的395℃超溫至600℃。

表1 加氫裂化反應器各床層溫度

2019年8月，由于上游電網波動裝置發生晃電，導致循環氫壓縮機聯鎖停機，同時0.7MPa/min低速泄壓聯鎖啟動，當班班組立即啟動2.1MPa/min泄壓放空，裂化床層最高溫度僅達到495℃。

由此可見，在循環氫壓縮機無法運轉的情況下，緊急泄壓聯鎖是最為重要的降溫手段。針對作者本單位所處的加氫裂化裝置，僅憑借低速泄壓聯鎖并不能很好的抑制飛溫這一過程，及時啟動高速泄壓不僅可以降低超溫后床層的最高溫度，還可以大大縮短開工恢復時間，降低泄露著火的風險，減少非計劃停工帶來的經濟損失。

3.3 處理飛溫過程的發現

大港石化公司具備提供6000Nm3/h高壓事故氮氣的條件，在事故處理中發現，高壓氮氣被引入到反應器后，會引起床層溫度的上升，在2019年8月的案例中，裂化床層的最高溫度由495℃上漲至512℃，這一現象可能是由于高壓氮氣的流動使得反應器內殘存的原料油與氫氣發生了混合所造成的。因此得出一個經驗，對于飛溫溫度比較高的床層，為了避免引入事故氮氣后高溫熱油向下方床層傳遞熱量，可以優先將事故氮氣通至反應器最后一個床層，待溫度無明顯上漲后再逐步由上吹掃，其他床層處理方式以此類推，此方法可以降低二次飛溫的風險。

4 結語

加氫裂化工藝的熱效應是強放熱反應，床層入口溫度是加氫裂化生產中的重要參數，循環氫壓縮機的正常運轉是控制反應器溫度的重要保障，一旦循環氫壓縮機停運，必須第一時間采取可靠的泄壓方式，攜帶出反應器內大量的熱量。本文分析了引起反應器飛溫的諸多因素，通過分享工作中的真實案例，總結了有效應對飛溫事件的處理辦法，保障了裝置安全生產和長周期運行。