蠟油加氫裂化裝置高壓換熱器換熱效率降低的研究及對策

季立宇

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315800）

0 引言

中海石油寧波大榭石化有限公司擁有一套210 萬t/a 原料油加氫裝置，其進料主要是減壓蠟油與少量焦化蠟油，主要生產加氫尾油為催化裂化裝置提供部分原料，其他產品包括重柴油、輕柴油、航煤以及石腦油與液化氣。整套裝置由反應與分餾部分組成：反應部分設置兩個反應器，即一精制一裂化，采用單段串聯的加氫裂化工藝；分餾部分主要利用汽提與分餾對輕重產品進行分離，分餾部分同步配備四套脫硫塔，對本裝置及部分外來液化氣、干氣、低分氣進行脫硫處理，保證后續產品硫含量合格。

210 萬t/a 蠟油加氫裂化裝置精制反應器內分為三個床層，底部床層裝有部分裂化催化劑，裂化反應器為四個床層，底部床層裝有精制劑。裝置采用爐前混氫的工藝流程，經過第二周期和第三周期的運行情況可知，現高壓換熱器換熱系數下降，反應加熱爐負荷加大，其與原料的組分、族組成密不可分。

1 工藝流程

如圖1 所示，原料油進入裝置后，由反沖洗過濾器（S101）過濾后，進入原料油緩沖罐（V101）中穩定物料、完成切水，自緩沖罐底進入加氫進料泵入口，原料于進料泵出口與爐前混氫匯合，經過一系列高壓換熱器，充分回收多余熱能后進入反應加熱爐，升溫至精制反應要求溫度。隨后通過兩段反應器發生脫硫、脫氮、脫雜質及加氫裂化反應。加氫裂化反應器（R102）出口的反應流出物依次經反應流出物/熱混合進料換熱器（E101）、反應流出物/主汽提塔底液換熱器（E102）、換熱后進入熱高壓分離器（V102）進行氣液分離。熱高分頂部氣體經過兩臺高壓換熱器后，利用高壓空冷（A101）降溫至50 ℃以下進入冷高壓分離器進行切水與氣液相分離，冷高分頂部氣相組分基本為氫氣，脫液后進入循環氫壓縮機（C101）升壓，用作急冷氫及反應氫。由于加氫裝置熱高分氣冷卻后易出現銨鹽結晶現象，嚴重時造成高壓空冷及高壓換熱器管束堵塞，故利用注水泵（P103A/B）將除氧水與部分回用汽提凈化水升壓后注入高壓空冷入口管線及各高壓換熱器入口以沖洗銨鹽。

圖1 反應系統反應油經過高壓換熱器的簡易流程圖

2 高壓換熱器運行數據對比分析

2.1 E101 相關數據變化

E101 自消缺開工后冷熱端溫差變化趨勢如圖2所示。

圖2 E101 自消缺開工后冷熱端溫差變化

由圖2 可以看出，2022 年3 月5 日—4 月4 日，熱端溫差由37.9 ℃下降至35.4 ℃，下降2.5 ℃；冷端溫差由63.5 ℃下降至60.7 ℃，下降2.8 ℃；冷熱端溫差均有小幅下降。從總體趨勢看，自消缺結束由阻垢劑更換為阻聚劑后，冷熱端溫差由明顯上升轉為平穩狀態。

E101 自消缺后的換熱系數（K值）總體趨勢如圖3所示。

圖3 E101 自消缺后的換熱系數（K 值）變化（2022 年1 月13 日—4 月4 日）

由圖3 可以看出，E101 在阻垢劑更換前后，換熱效率變化不明顯，基本處于平穩狀態，有小幅下降。2 月3 日E101K值 為92.33，3 月5 日E101K值為56.65；4 月4 日E101K值為53.43，阻垢劑加注前E101K值下降速率為1.189/d，阻垢劑加注后E101K值下降速率為0.107/d，加注后的下降速率為加注前的9.0%。

鎮海建安對E101 的K值計算如表1 所示，2 月8 日—3 月4 日，下降速率為0.67/d，阻垢劑加注后，3 月4 日—3 月20 日，下降速率為0.23/d。

表1 鎮海建安出具E101 K 值變化表

2.2 E106 相關數據變化

E106自消缺開工后冷熱端溫差變化趨勢如圖4 所示。

圖4 E106 自消缺開工后冷熱端溫差變化

由圖4 可以看出，2022 年3 月5 日—4 月4 日，熱端溫差由45.25 ℃升高至49.14 ℃，上升3.89 ℃；冷端溫差由43.56 ℃升高至46.21 ℃，上升2.65 ℃。從總體趨勢看，自消缺結束由阻垢劑更換為阻聚劑后，均呈明顯上升趨勢。

E106 自消缺后的換熱系數（K值）總體趨勢如圖5所示。

圖5 E106 自消缺后的換熱系數（K 值）變化（2022 年1 月13 日—4 月4 日）

由圖5 可以看出，E106 在阻垢劑更換前后，換熱效率趨勢逐漸減小，處于連續下降狀態。2 月3 日E106K值 為22.39，3 月5 日E106K值 為18.32，4 月4 日E106K值為16.05，阻垢劑加注前E106K值下降速率為0.136/d，阻垢劑加注后E106K值下降速率為0.076/d，加注后的下降速率為加注前的55.88%。

鎮海建安對E106 的K值計算如表2 所示，2 月8 日—3 月4 日，下降速率為0.29/d，阻垢劑加注后，3 月4 日—3 月20 日，下降速率為0.23/d。

表2 鎮海建安出具E106 K 值變化表

2.3 高壓換熱器管程總溫升

高壓換熱器管程總溫升變化趨勢如圖6 所示。

圖6 高壓換熱器總溫升變化（2022 年3 月5 日—4 月4 日）

高壓換熱器管程總溫升為E104 入口溫度TI10602 與F101 入口溫度TI10401A/B/C/D 平均值之差，3 月5 日高壓換熱器管程總溫升224.57 ℃，4 月4 日高壓換熱器管程總溫升217.59 ℃。從總體趨勢看呈下降趨勢，其主要原因是常減壓裝置減一線油改至蠟油加氫原料中，同時自3 月25 日起，裝置總加工量下調10 t/h，加氫精制反應器（R101）出口溫度由404.2 ℃降低至402.2 ℃，R102 出口溫度由390.2 ℃下降至383.7 ℃，以維持產品收率穩定。

3 高壓換熱器與原料性質分析

反應進料密度與E104 出口溫度的變化趨勢如圖7 所示。

圖7 反應進料密度與E104 出口溫度的變化

原料性質的變化可以用原料密度的變化來判斷，查閱技術資料《加氫裂化技術問答》可知，原料密度越大，原料中所含帶的硫、氮、氧、金屬等離子以及膠質與殘碳等比重越大[1]。

長期以來，E104 管束緩慢積垢，垢物主要成分為稠環芳烴，此物質結垢后無法被帶走。因此由圖7 可知，在反應進料量不變的工況下，高壓換熱器E104 的出口溫度隨原料密度的降低而升高。

4 高壓換熱器的換熱效率下降的原因分析

蠟油加氫裂化裝置高壓換熱器 E104、E103、E101、E106 冷熱兩端的換熱效率同步降低，其中由圖1 可知，E104、E103 尤其明顯，E104 為熱高分氣/混合進料換熱器，E-103 為反應流出物/冷混合進料換熱器。反應進料在進入反應系統后依次經過E104、E103 的管程，因此造成高壓換熱器換熱效率降低的主要原因應為管程原料油結垢[2]。

5 本裝置采取的措施及對策

通過以上數據分析，對本裝置采取以下措施及對策：

（1）變更設計工藝，由原加注的阻垢劑更換為阻聚劑，并嚴格按照助劑變更要求加注。根據以上換熱器的數據跟蹤可以看出，E104、E103、E101、E106 高壓換熱器的冷、熱端溫差在裝置處理量負荷不變的情況下，換熱效率都有明顯的上升或平穩。

（2）嚴格控制加工原料的組分和族組成，嚴格按照要求檢驗加工原料的餾程、密度、金屬組成、鐵、氯、殘碳等，以保持加工原料組分穩定，并做好記錄。

（3）對加工原料做好隔離，嚴禁接觸空氣中的氧，在上游儲罐和裝置原料緩沖罐以及運輸罐內進行惰性氣體保護，同時保證惰性氣體濃度符合要求。

（4）E104 前的工藝注水嚴格按照工藝指令，關注E104 出口溫度，由原先的下降5～10 ℃更改為10～15 ℃，強化高壓換熱器的沖洗效果，并做好換熱器每次沖洗前后的溫度記錄。

（5）加強設備管理，在檢修時對高壓換熱器逐一進行管束疏通清洗，并制定方案，準確記錄。

（6）加強員工培訓，減少誤操作引起的非計劃停工，避免反應進料中斷引起溫度驟降，造成高壓換熱器內結焦而堵塞管束。

6 結語

蠟油加氫裂化裝置高壓換熱器換熱效率降低的主要原因應是管程原料油結垢，因此采取以下措施進行處理：

（1）2024 年大檢修時拆開清洗高壓換熱器，同時對垢物進行收集分析，確定垢物成分，以便在下周期對原料進行針對性監控。

（2）嚴格控制原料油性質，主要控制原料油膠質、瀝青質、P、Fe 等的含量。

（3）在控制好原料油性質的同時，采用加注阻聚劑，以有效減緩高壓換熱器換熱效率下降。

（4）減少誤操作，嚴格按照阻聚劑的加注方案執行，并認真做好記錄。

（5）對加氫裝置注水點的注水量控制，定期執行注水沖洗，并做好沖洗前后的換熱溫度記錄。