裂解氣急冷水塔運行過程異常工況分析預(yù)防

賀宏偉 劉蓉蓉 師亞麗

(陜西延長石油延安能源化工有限責任公司輕油加工中心)

裂解氣急冷水塔運行過程異常工況分析預(yù)防

賀宏偉*劉蓉蓉 師亞麗

(陜西延長石油延安能源化工有限責任公司輕油加工中心)

急冷水塔運行時塔頂溫度偏高、汽油組分帶水等異常工況制約其正常運行，分析原因并根據(jù)結(jié)果對急冷系統(tǒng)進行操作調(diào)整預(yù)防，確保急冷水塔穩(wěn)定運行。

急冷水塔 塔頂溫度 汽油組分 帶水分析 預(yù)防調(diào)整

輕油裂解(ACO)工藝裝置急冷水塔一般選用的是填料塔，通過裂解氣和水在塔內(nèi)逆流接觸，起到降低裂解油氣溫度和洗滌裂解油氣中攜帶的雜物的作用，從而實現(xiàn)裂解油氣組分的分離。急冷水塔在運行過程中會出現(xiàn)塔頂溫偏高、汽油帶水等異常工況，這些異常工況導(dǎo)致急冷系統(tǒng)工藝操作波動大，運行穩(wěn)定性差，嚴重制約著急冷水塔滿負荷、長周期穩(wěn)定運行。某公司年產(chǎn)100萬噸的乙烯裝置急冷水塔在運行過程中一直被異常工況所困擾。為了避免日后ACO工藝裂解氣急冷水塔出現(xiàn)類似工況，筆者對裝置在運行中出現(xiàn)的異常工況(塔頂溫度偏高、汽油帶水現(xiàn)象)進行分析，找到引起這些異常工況的原因并進行處理。

1 急冷水塔塔頂溫度偏高

1.1異常工況出現(xiàn)

急冷水塔塔頂設(shè)計溫度為38±6℃、塔釜溫度為80±5℃，在滿負荷時急冷水塔頂部回流溫度為38℃，回流量為1 100t/h，中部回流溫度為57℃，回流量為1 200t/h，在接近85%負荷時，急冷水塔頂部回流溫度為31℃，回流量為900t/h，中部回流溫度為55℃，回流量為1 400t/h，基本能維持急冷水塔塔頂溫度為38℃、塔釜溫度為80℃。隨著負荷的增加，在超過85%負荷時，急冷水塔塔頂溫度隨著負荷增加開始不斷升高，且塔頂溫度波動加劇，操作調(diào)整頻繁、難度大、汽油開始帶水，最后導(dǎo)致急冷水塔停運。

隨著塔頂溫度稍微下降，急冷水塔塔釜溫度快速下降。在92%負荷時，調(diào)整前塔頂溫度在42～48℃之間波動，塔釜溫度為80℃，塔頂部回流溫度為31℃，中部回流溫度為55℃(急冷水中部回流冷卻器旁路已經(jīng)全開)，中部回流量為1 800t/h時，將裂解氣急冷水塔回流溫度、回流量向設(shè)計值靠近，將塔頂部回流溫度調(diào)整至33℃，回流量為980t/h，中部回流溫度為57℃(急冷水中部回流冷卻器旁路已經(jīng)全開，并關(guān)小急冷水中部回流冷卻器循環(huán)水量)，不斷增加回流量，至1 900t/h時，急冷水塔塔頂溫度在41～46℃之間波動、塔釜溫度已經(jīng)下降至78℃，此時急冷水溫度過低無法保證丙烯精餾塔正常操作，引起丙烯產(chǎn)品不合格。為了確保丙烯產(chǎn)品合格，不把中部回流調(diào)整至設(shè)計值。

1.2原因分析

在急冷水塔頂部回流量較小時，頂部回流溫度變化對塔頂溫度影響較小，此時，當中部回流增加至一定量時，中部回流的增加對急冷水塔塔頂溫度的影響較小，但對塔釜溫度的影響較大；頂部回流量對急冷水塔塔頂、塔釜溫度的影響都特別明顯；在整個調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)急冷水塔塔頂溫度一直波動很大。

對以上現(xiàn)象進行分析，發(fā)現(xiàn)裂解氣急冷水塔塔頂部和塔中部設(shè)計結(jié)構(gòu)是等徑塔，填料床層厚度相同，在設(shè)計溫度下，設(shè)計中部回流量和頂部回流量比為2∶1，如果頂部回流急冷水噴淋密度不夠，就無法使裂解氣全部冷卻，從而使裂解油氣溫度變得很不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致急冷水塔塔頂溫度偏高，而且溫度波動較大。通過增加頂部回流，增加急冷水噴淋密度，使裂解氣得到一定的冷卻，急冷水塔塔頂溫度得到一定的冷卻降溫控制，同時也使整個急冷水回流量增加，使與急冷水交換熱量的循環(huán)冷卻水帶走過多的熱量，直接導(dǎo)致塔釜溫度快速下降至一個過低的溫度。這就是引起急冷水塔塔頂溫度偏高、塔釜溫度偏低的主要原因。

1.3預(yù)防調(diào)整措施

在無法改變急冷水塔填料厚度的情況下，只有通過增加急冷水塔頂部回流量來調(diào)整急冷水的噴淋密度，但在增加頂部回流量的同時還必須控制好循環(huán)冷卻水帶走的熱量。在上述條件限制下，只要控制好塔頂部和中部急冷水回流量，調(diào)整急冷水兩股進料回流配比，從而使頂部回流急冷水噴淋密度增加、中部急冷水噴淋密度減小，就能調(diào)整急冷水塔塔頂和塔釜的溫度。

在92%負荷時，維持回流溫度不變，將頂部回流量由900t/h增加至1 200t/h，同時將中部回流量由1 750t/h降低至1 550t/h，經(jīng)過調(diào)整后，急冷水塔塔頂溫度下降至39～41℃之間，波動頻率減少，塔釜溫度基本維持至80℃以上，使急冷水塔塔頂溫度偏高、塔釜溫度偏低的異常工況得到緩解。

2 汽油帶水

2.1問題出現(xiàn)

在汽油液位正常、急冷油水界位正常時，裂解氣急冷油塔塔頂溫度驟降，當塔頂溫度由103℃迅速下降至98℃時，在汽油回流低點倒淋采樣可發(fā)現(xiàn)汽油中含30%以上的水。分析判斷認為油水界位不準，導(dǎo)致汽油外采量過大、整個急冷水系統(tǒng)汽油量偏低，汽油中含水量偏高，水隨著汽油進入汽油槽，在汽油槽中靜止后引起相對的分層，從而使汽油帶水。

經(jīng)過上述判斷后，為減少汽油外采量，在減少急冷水塔汽油外采量的同時通過汽油回流泵入口引入開工汽油，并打開汽油槽火炬排放線對汽油進行置換。在置換過程中，通過急冷油塔塔頂溫度低于99℃后全關(guān)汽油回流來防止塔頂溫度偏低，使盤油帶水、急冷油塔塔頂溫度高于107℃后恢復(fù)汽油回流防止重組分進入急冷水塔，避免急冷油塔和急冷水塔運行情況的進一步惡化。

2.2原因分析

經(jīng)過分析操作調(diào)整過程，發(fā)現(xiàn)汽油、水液位下降至85%后，汽油開始恢復(fù)正常，分析急冷水塔的結(jié)構(gòu)圖發(fā)現(xiàn)汽油槽頂布有一個排氣管，排氣管最高點在水液位85%處，當水超過85%液位時，油水混合物就會從排氣管排氣口進入汽油槽，導(dǎo)致汽油帶水。

現(xiàn)場水界位、汽油液位指示和中控室汽油液位指示不準，顯示油水界位(假界位和液位)仍維持在正常范圍內(nèi)，但系統(tǒng)內(nèi)汽油、水量都已過量，汽油槽已經(jīng)滿液位，汽油、水量過大使水液位不斷上升，在水位高于85%時，水液位高于汽油槽頂上排氣管，油水混合物就從排氣管入口進入汽油槽，使汽油帶水，隨著水位的增加，通過排氣管進入汽油槽的量就越多，汽油帶水就越嚴重，這說明早期發(fā)現(xiàn)汽油帶水后，馬上就減少了汽油外采，同時引入汽油，在水外采量沒有很大改變時，系統(tǒng)內(nèi)的汽油越來越多，水位也不斷上升，直接導(dǎo)致進入汽油槽的水越來越多，加上汽油外采量減少，汽油槽內(nèi)相對波動較小，使水慢慢分層，汽油槽底部水含量越來越高，采出汽油水含量也越來越高。在重新校對水液位時，發(fā)現(xiàn)水液位已經(jīng)全滿，加大水外采量和油外采量使水位下降至85%后，終止水通過汽油槽頂上排氣管進入汽油槽，隨著汽油槽內(nèi)水置換完、汽油中水含量下降至正常指標后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

2.3預(yù)防調(diào)整措施

引起油液位、油水界位和水液位波動的幾種情況：

a. 圖1中A1線、C1線最低位置是正常情況，汽油采出可以根據(jù)汽油外送調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)整汽油外送流量，而汽油進入汽油槽的速度取決于水液位，汽油進入汽油槽的前提是水液位必須高于汽油槽入口低點，在油水界位不高于100%時，隨著水高度的增加，汽油進入汽油槽的速度不斷增加，在汽油進入汽油槽的速度和采出汽油速度相等時，油液位就維持穩(wěn)定；如果汽油的采出速度小于進入汽油槽的速度，汽油液位不斷升高直至將整個汽油槽充滿，出現(xiàn)圖1中A1線、C1線處于中間位置，即異常工況；如果水的補入和采出量維持平衡，在汽油槽充滿后，油水中油越來越多，使水位不斷升高，最終升高至圖1中A1線的最高位置時，油水混合物就從排氣管入口進入汽油槽，使汽油帶水。

b. 油水液位維持在0%～100%之間、水的補入和采出量維持平衡時，如果汽油外采量大于汽油補入量，汽油液位不斷變低，最終將使汽油液位低于安全液位以下，但是油水界位、水的液位基本維持正常。

c. 如果水外采量低于油水分離后水的補充量，將使水液位不斷增加同時油水界位也不斷升高，汽油進入汽油槽的速度不斷增加，如果維持汽油正常采出，汽油液位不斷變高直至將汽油槽充滿，如果增加汽油采出量，維持汽油液位，最終油水分離后補入的汽油不足以維持汽油采出，將使水通過汽油槽入口進入汽油槽。水外采量低于油水分離后水的補充量時，不管汽油采出多、平衡或少，油水界位都是不斷上升至油水界位大于100%，最終水進入油槽。

d. 如果水外采量高于油水分離后水的補充量，油水界位不斷下降，水位也不斷下降，汽油進入汽油槽的速度不斷下降，不管汽油采出多、平衡或少，最終水位和油水界位都將下降至0%，導(dǎo)致汽油最高點也無法達到汽油槽入口最低點，最后汽油無法進入汽油槽，汽油液位最終降至0%。

圖1 油液位、油水界位和水液位的波動示意圖

3 結(jié)束語

從急冷塔異常工況分析中可知，只有對生產(chǎn)中存在的問題不斷深入地分析，并根據(jù)分析結(jié)果進行適當?shù)恼{(diào)整，才能有效解決生產(chǎn)中存在的問題。從對急冷水塔幾次的處理過程中發(fā)現(xiàn)，對新工藝流程、新設(shè)備的理解還存在很多不足，需要在今后的工作和學習中不斷提高。

*賀宏偉，男，1968年10月生，工程師，副經(jīng)理。陜西省延安市，727500。

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