延遲焦化裝置放空瓦斯改入富氣壓縮機的工藝選擇及分析

王曉強，楊有文，李 良，張宏鋒，王學彬

(中國石油獨山子石化分公司，新疆 克拉瑪依 833699)

1 國內放空瓦斯工藝流程及現狀

國內目前絕大部分延遲焦化裝置焦炭塔離線塔的放空瓦斯先通過放空冷卻塔及塔頂冷凝系統，然后經過火炬分液罐排入低壓瓦斯系統，最終經過氣柜緩沖并通過氣柜壓縮機回收至燃料氣系統。大多數延遲焦化裝置設置了放空冷卻塔放空瓦斯改入富氣壓縮機的流程，但目前真正將放空瓦斯改入富氣壓縮機的裝置只有A公司4.2 Mta焦化裝置、B公司1.5 Mta焦化裝置和2.1 Mta焦化裝置、以及C公司1.2 Mta焦化裝置等。

2 國內放空瓦斯改入富氣壓縮機的工藝流程

目前，國內放空瓦斯改入富氣壓縮機主要有3種流程。

流程1：放空瓦斯自放空冷卻塔塔頂油氣分離罐罐頂進入分餾塔塔頂油氣分離罐罐頂富氣出口線，與分餾塔塔頂富氣一起直接進入富氣壓縮機，如獨山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置，流程示意見圖1。

圖1 獨山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯系統流程示意

流程2：放空瓦斯自放空冷卻塔塔頂油氣分離罐罐頂進入分餾塔塔頂油氣分離罐油氣入口線，經過分餾塔塔頂油氣分離罐緩沖后與分餾塔塔頂富氣一起直接進入富氣壓縮機，如A公司4.2 Mta焦化裝置及B公司1.5 Mta焦化裝置，流程示意見圖2。

圖2 A公司4.2 Mta和B公司1.5 Mta焦化裝置放空瓦斯系統流程示意

圖3 B公司2.1 Mta和C公司1.2 Mta焦化裝置放空瓦斯系統流程示意

第3種流程與第1、第2種流程相比具有以下特點：①放空瓦斯去分餾塔油氣線處增加單向閥，即使放空瓦斯壓力低于分餾塔塔頂油氣線壓力時，單向閥關閉，分餾塔油氣不會反串至放空系統；②放空瓦斯去分餾塔油氣線處增加蒸汽抽空器，可以保證在放空瓦斯壓力低于分餾塔塔頂油氣線壓力時，使用抽空器將放空系統和焦炭塔內殘存的瓦斯徹底抽干凈，避免焦炭塔放水時將瓦斯排入環境中使現場產生異味；③放空瓦斯去分餾塔油氣線處增加燃料氣線，可以保證放空系統的應急補充壓力；④放空冷卻塔塔頂壓力可通過調節閥控制。

3 放空瓦斯改入富氣壓縮機存在的風險及工藝選擇

3.1 存在的風險

(1)由于富氣壓縮機進口壓力要求大于0.08 MPa，冷焦結束后，焦炭塔內的壓力也將維持在0.08 MPa以上，在焦炭塔放水時，關閉高溫放空閥，打開呼吸閥，焦炭塔內殘存的瓦斯通過呼吸閥外排至儲焦池，造成裝置異味大。

(2)放空冷卻塔塔頂回流罐放空瓦斯流量不穩定，將造成富氣壓縮機入口流量及壓力波動大，富氣壓縮機防喘振調節為半自動控制，需要人為頻繁調節防喘振閥開度和富氣壓縮機轉速控制實際工作點，有可能因為調節不及時造成富氣壓縮機喘振，造成機組設備故障或損壞。

(3)放空冷卻塔塔頂回流罐放空瓦斯中攜帶焦粉，直接改入有可能造成富氣壓縮機進出口脫液線堵塞，造成富氣壓縮機帶液，進入機體內造成葉輪損壞。

(4)放空冷卻塔塔頂回流罐放空瓦斯中攜帶焦粉，直接改入富氣壓縮機有可能造成焦粉進入富氣壓縮機機體的干氣密封系統，影響干氣密封運行，嚴重時機組干氣密封損壞；還有可能造成壓縮機入口儀表引線堵塞，導致儀表無法顯示。

(5)放空瓦斯直接改入富氣壓縮機后，焦炭塔與分餾塔氣相線聯通，焦炭塔使用水進行冷焦，焦炭塔壓力會波動，分餾塔塔頂壓力將隨著焦炭塔的操作波動。

3.2 工藝選擇

通過對工藝流程進行分析以及風險識別，獨山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置將放空瓦斯改入富氣壓縮機，按照第3種流程的基本思路進行流程改造。

4 獨山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置改造前后工藝流程簡述

4.1 改造前工藝流程

焦炭塔放空時，放空瓦斯首先進入放空冷卻塔，經冷卻洗滌后，依次進入塔頂空氣冷卻器和水冷卻器冷卻，然后再進入塔頂氣液分離器，最后去火炬系統。

4.2 改造后工藝流程

焦化裝置放空冷卻塔塔頂回流罐出口增加去分餾塔塔頂空氣冷卻器入口管線，并增加單向閥。放空冷卻塔頂塔回流罐罐頂放空瓦斯由排火炬改為去分餾塔塔頂空氣冷卻器入口。改造后的流程如圖4所示。

圖4 放空瓦斯改入壓縮機流程示意

5 獨山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯改入富氣壓縮機的操作要求

5.1 放空瓦斯改入富氣壓縮機操作

放空瓦斯改入富氣壓縮機前，要關閉放空冷卻塔塔頂油氣分離罐排火炬閥，打開放空冷卻塔塔頂油氣分離罐去分餾塔塔頂空氣冷卻器頭道閥。

放空流程為：高溫放空線→放空冷卻塔→放空冷卻塔塔頂空氣冷卻器→放空冷卻后冷卻器→放空油氣分液罐→分餾塔塔頂空氣冷卻器→富氣壓縮機。

焦炭塔改為放空流程時，富氣壓縮機入口流量不穩定，操作人員要及時在SIS系統調節防喘振閥開度，防止富氣壓縮機喘振，同時控制富氣壓縮機進口壓力在0.08～0.16 MPa。

5.2 放空瓦斯改入火炬操作

小量給水后期，隨著焦炭溫度的下降，產生的放空瓦斯量也逐漸減少，焦炭塔壓力也會下降，當壓力降至與分餾塔壓力相同時，焦炭塔內的瓦斯將無法繼續進入富氣壓縮機，且冷焦后期瓦斯排放速率及焦粉攜帶量也會減少，對火炬系統沖擊較小，可以聯系調度將放空瓦斯改去火炬。具體操作如下：首先關小放空冷卻塔油氣分離罐去分餾塔塔頂空氣冷卻器頭道閥，等放空冷卻塔油氣分離罐罐頂壓力開始升高時，稍開放空冷卻塔油氣分離罐改排火炬閥，確認放空冷卻塔油氣分離罐罐頂壓力穩定且無繼續上升趨勢時，關閉放空冷卻塔油氣分離罐去分餾塔塔頂空氣冷卻器頭道閥并全開放空冷卻塔油氣分離罐排火炬閥。

6 獨山子石化1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯改富氣壓縮機后的影響分析

6.1 對分餾塔塔頂空氣冷卻器和水冷卻器的影響

焦粉進入換熱器時易使換熱器結垢堵塞，影響傳熱效果，甚至需停工清洗[3]。由于焦化裝置本身的特性，焦炭塔吹氣放空時氣速較高，攜帶至放空系統的焦粉較多。放空冷卻塔塔頂尾氣有可能攜帶較多的焦粉進入后面的換熱器、塔罐，甚至富氣壓縮機，對設備造成不良影響。為此，要對空氣冷卻器和換熱器的換熱效果進行跟蹤，及時判斷相關設備的結焦情況。為了減少焦粉進入換熱器、塔罐及富氣壓縮機，造成設備腐蝕、堵塞及損壞，可以在進入分餾塔大油氣線之前增加兩組過濾面積較大的過濾器[4]，過濾器前后安裝壓力表進行監測，發現壓差增大時及時切換并清理過濾器。

6.2 對富氣壓縮機運行的影響

6.2.1 對富氣壓縮機操作的影響焦炭塔換塔1 h后，老塔開始放空，此時，老塔內產生的油氣量并不穩定，無論放空瓦斯改入富氣壓縮機與否，均會造成富氣壓縮機入口流量及壓力波動大。由于富氣壓縮機防喘振調節為半自動控制，為了保證分餾塔塔頂壓力正常，同時防止富氣壓縮機喘振，需要人為頻繁調節防喘振閥開度和富氣壓縮機轉速控制實際工作點。實際操作中，針對放空瓦斯改入富氣壓縮機前后兩種情況，剛開始放空流程時，調節富氣壓縮機防喘振閥頻次較高，主要原因是新塔內渣油反應生成的油氣量較小，老塔雖然已經停止了進料，但是焦炭塔內裂解和縮合反應仍在進行。當老塔進入分餾塔的閥門切斷后，造成焦炭塔進入分餾塔內的油氣量下降，分餾塔壓力會快速下降，富氣壓縮機入口流量也會下降。因此，必須開大富氣壓縮機防喘振閥以保證分餾塔壓力和壓縮機入口流量。與放空瓦斯未改入富氣壓縮機時相比，放空瓦斯改入富氣壓縮機后不同之處在于富氣壓縮機入口流量的減少量相對較低，但總的來說，富氣壓縮機的入口流量還是會下降，富氣壓縮機的防喘振閥還是需要不斷調節。總體上，富氣壓縮機的操作沒有太大的變動。

6.2.2 對富氣壓縮機振動的影響2019年對干氣單元進行的勘察分析結果表明，在干氣單元，與干氣和火炬氣相連的系統均存在大量的油泥和焦粉，并存在一定的垢下腐蝕情況，前期干氣壓縮機的級間冷卻器與出口冷卻器管束頻繁泄漏，也與油泥和焦粉等雜質的存在密不可分。因此，將放空瓦斯改入焦化富氣壓縮機后，不可避免會增加介質中的焦粉攜帶量。

有資料證明，由于富氣中含有少量焦質，機組運轉過程中焦質在隔板氣封和葉輪流道內沉積或結焦，每次機組開停機時都可能產生氣流或離心力的變化，造成焦質等黏附物脫落，打破了原有的動平衡，振動增大又導致焦質等黏附物進一步脫落，從而振動值進一步上漲，形成惡性循環，最終導致振動值超過連鎖停機值[5]。因此，在壓縮機運行過程中，要重點關注壓縮機軸承振動情況。

表1為放空瓦斯改入富氣壓縮機前后壓縮機振動值的對比。由表1可見，放空瓦斯改入富氣壓縮機后，壓縮機VX9024和VX9025的振動值略有上升，VX9026和VX9027的振動值沒有上升趨勢，總體上，振動值均遠低于連鎖值89 μm。在富氣壓縮機運行過程中，要對各振動值的變化趨勢進行統計分析，以便更好地保證壓縮機的平穩運行。

表1 放空瓦斯改入富氣壓縮機前后的振動值對比 μm

6.2.3 對富氣壓縮機干氣密封的影響某延遲焦化裝置富氣壓縮機在運行周期后期主密封氣流量逐漸增大，并且間斷出現主密封氣流量大于2 m3h的情況，停車檢修期間發現高壓端干氣密封處結焦最為嚴重。經廠家和技術人員聯合診斷后，分析認為介質的焦粉已經進入干氣密封封裝部分[6]。可以判斷瓦斯中攜帶的焦粉量會影響干氣密封端面的結焦程度，尤其是放空瓦斯中攜帶的焦粉多時更容易造成干氣密封端面的結焦傾向。因此，高壓端和低壓端干氣密封流量的變化應當引起操作人員和管理人員的高度重視。

表2為放空瓦斯改入富氣壓縮機前后高壓端和低壓端主密封氣流量的對比。由表2可見：在放空瓦斯改入富氣壓縮機后，低壓端主密封氣流量最大值升至0.200 m3h；在放空瓦斯未改入富氣壓縮機期間，高壓端主密封氣流量最大值為0.190 m3h，但放空瓦斯改入富氣壓縮機后，最大值升至0.425 m3h，最低值也升至0.270 m3h。因此，必須對富氣壓縮機主密封氣流量嚴格監測，并對富氣壓縮機主密封氣流量的變化趨勢做出預判。

表2 改造前后富氣壓縮機主密封氣流量 m3h

表2 改造前后富氣壓縮機主密封氣流量 m3h

項 目低壓端主密封氣流量高壓端主密封氣流量最大值最小值最大值最小值放空瓦斯未改入壓縮機000.1900放空瓦斯改入壓縮機 0.20000.4250.270

6.3 對放空和冷焦操作的影響

放空瓦斯改入富氣壓縮機后，對焦炭塔系統最主要的影響就是放空和冷焦速率，如果放空和冷焦速率降低，則焦炭塔的除焦以及新塔準備時間均推后，最終影響焦炭塔生焦周期。圖5為放空瓦斯改入富氣壓縮機前后放空及冷焦壓力隨時間的變化。

圖5 放空瓦斯改入富氣壓縮機前后焦炭塔壓力隨時間的變化 —放空瓦斯未改入壓縮機； —放空瓦斯改入壓縮機

由圖5可見，從放空流程開始直到冷焦結束，即焦炭塔壓力回零，所需時間約為480 min，未造成放空和冷焦速率降低的情況。另外發現，在放空瓦斯改入富氣壓縮機后330～350 min的時間內，焦炭塔壓力基本保持在0.98 MPa左右，主要原因是放空瓦斯壓力已經開始接近分餾塔塔頂餾出線壓力。在放空瓦斯去分餾塔塔頂餾出線前裝有一個單向閥，因此，為了保證冷焦過程正常進行，必須及時將放空瓦斯改入低壓火炬系統。

6.4 放空瓦斯改入富氣壓縮機后對加氫聯合車間的影響

6.4.1 對加氫聯合車間轉化爐的影響焦化裝置放空瓦斯進入低壓火炬系統時，低壓火炬氣柜至加氫聯合車間火炬氣組成變輕，干氣單元可以實現大負荷生產(目前干氣加工量為5 700 m3h)，干氣單元粗氫至制氫裝置(變壓吸附，PSA)夾帶的C3+組分含量降低，制氫PSA解吸氣熱值降低。焦化放空瓦斯改入低壓火炬系統前后制氫解吸氣熱值對比如表3所示。由表3可見，焦化瓦斯改入低壓火炬系統后解吸氣熱值降低222 kJm3。在目前PSA進料情況下，解吸氣可通過轉化爐完全消耗。

表3 焦化放空瓦斯改入低壓火炬系統前后制氫解吸氣組成及熱值對比(52%負荷下)

6.4.2 對干氣壓縮機冷卻器的影響將1.2 Mta延遲焦化裝置放空瓦斯改入富氣壓縮機前，干氣低分氣單元干氣壓縮機冷卻器平均每月要清理一次，嚴重影響干氣壓縮機的長周期運行。焦化放空瓦斯改入焦化富氣壓縮機后，到目前為止，干氣低分氣單元的干氣壓縮機冷卻器已經平穩運行了4個月。

7 結 論

通過對國內放空瓦斯進富氣壓縮機流程進行對比，選擇了放空瓦斯改入分餾塔大油氣線并最終進入富氣壓縮機的工藝流程。該技術措施投用后的結果表明：放空瓦斯改入富氣壓縮機后，對富氣壓縮機的操作基本沒有影響，只是防喘振閥門開度減少了4個閥位，但富氣壓縮機的振動和主密封氣流量有上升趨勢，需要密切監控；對放空和冷焦操作影響不大，不影響焦炭塔系統操作；放空瓦斯中攜帶的焦粉對分餾塔塔頂空氣冷卻器、水冷卻器以及分餾塔塔頂油水分離罐會產生影響，放空冷卻系統需要加大對焦粉的洗滌；加氫聯合車間解吸氣可以通過轉化爐完全消耗，同時，干氣低分氣單元壓縮機冷卻器的露點腐蝕和焦粉堵塞問題得到明顯改善。為了保證富氣壓縮機的長周期運行，建議在放空瓦斯進入壓縮機前增加一套過濾器設備，將瓦斯中的焦粉控制在可接受的水平。