噴氣燃料加氫裝置開工和運行問題分析及解決措施

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(中國石油工程建設公司吉林設計分公司，吉林 吉林 132022)

某石化公司250 kt/a噴氣燃料加氫精制裝置于2014年4月建成投產。該裝置采用某公司開發的噴氣燃料臨氫脫硫醇RHSS技術及專用催化劑RSS-2，以煉油廠常減壓裝置的常一線餾分油為原料,生產滿足GB 6537—2006《3號噴氣燃料》標準要求的噴氣燃料。

該裝置設計規模為250 kt/a，設計操作彈性為60%～110%。裝置主要由反應(包括循環氫壓縮機)、分餾和公用工程部分組成，設計年開工時數為8 400 h，運轉周期按“三年一修”考慮。

1 裝置主要生產問題及分析

反應部分工藝流程見圖1。

圖1 反應部分工藝流程示意

該裝置實施兩個階段的改造，第一階段主要對加氫進料換熱器及反應進料加熱爐進行改造，第二階段主要對加氫進料換熱器及反應產物空冷器入口增設注水設施。

第一階段，裝置在開工硫化及正常操作過程中顯示出加氫進料換熱器殼程換熱終溫低、反應進料加熱爐升溫速度慢及提負荷困難等問題。裝置只能維持24 t/h的進料量，為正常生產負荷的80%。

1.1 加氫進料換熱器換熱終溫低

原設計的3臺DN700加氫進料換熱器為雙殼程換熱器，殼程冷物流為加氫進料，管程熱物流為反應產物，3臺加氫進料換熱器串聯，總面積為540 m2，折流板切口47%，折流板間距400 mm。殼程出口設計換熱終溫為220 ℃(初期)，而實際運行數據為：進料量20 t/h時，換熱終溫為209 ℃；進料量24 t/h時，換熱終溫為204 ℃。經HTRI7.0軟件模擬計算，不同折流板切口對傳熱系數的影響對比見表1。

表1 折流板切口對傳熱系數的影響

注：進料溫度25 ℃是考慮冬季工況。

從表1可以看出，當折流板切口由47%改為25%，折流板間距由400 mm改為250 mm時，總傳熱系數及面積裕量均提高了10%左右，但總面積仍然不足。

按照控制室DCS顯示數據列表計算其傳熱系數見表2。由表2可以看出,換熱器的實際傳熱系數只有設計值的55%左右，初步推斷是殼程隔板的密封泄漏造成殼程介質返混或者是換熱器局部堵塞造成的。

表2 加氫進料換熱器傳熱系數標定數據

注：傳熱系數打折率=總傳熱系數標定值/設計傳熱系數。

1.2 反應進料加熱爐升溫速度慢

原設計反應進料加熱爐和分餾塔底重沸爐為二合一輻射-對流型立式圓筒爐。反應進料加熱爐原設計溫差為20 ℃(初期為220 ℃升溫到240 ℃，末期為260 ℃升溫到280 ℃)，開工硫化時反應進料加熱爐升溫速度慢，爐膛溫度一直升至720 ℃左右，爐膛設計溫度660 ℃。分析認為主要是加熱爐一直處于超設計溫度狀態，致使加熱爐超負荷運行。

經核算：當溫差不小于35 ℃時，加熱爐的處理量在初期只能達到24 t/h。當溫差不大于20 ℃時，開工初期和生產中期加熱爐完全可以正常操作，末期輻射室的煙氣溫度較高(740～760 ℃)，輻射室負壓較低，不利于加熱爐的安全操作，主要原因是由于反應進料加熱爐到分餾塔底重沸爐對流室的煙道截面積較小造成的。

針對上述問題，第一階段提出對加氫進料換熱器及反應進料加熱爐進行改造。

1.3 加氫進料換熱器銨鹽結晶堵塞

第二階段問題是在第一階段改造完成并運行1 a以后，再次出現加氫進料換熱器殼程換熱終溫不斷降低、加熱爐熱負荷不斷增大的情況，反應器出口至加氫產物分離罐之間壓力降(設計初期為0.25 MPa,末期0.35 MPa)達到0.73 MPa，反應器壓力2.24 MPa，加氫產物分離罐壓力1.51 MPa，但反應器本體壓力差不大(23.27 kPa)，且換熱器殼程終溫由220 ℃逐漸降至210 ℃并最終降至 202 ℃，經分析判定換熱器管程堵塞。

停車檢查，4臺串聯的加氫進料換熱器(反應產物依次經過 ABCD)管程均發現堵塞物，換熱器堵塞情況見圖2。由圖2可以看出,中間2臺(BC)堵塞最嚴重且疏通的難度最大，堵塞物為溶于水的白色晶體，經分析加氫產物分離罐水包中的酸性水氨氮質量濃度為4 570 mg/L，充分說明硫氫化銨(NH4HS)和氯化銨(NH4Cl)結晶是堵塞的主要原因。

NH4HS結晶溫度150 ℃左右，NH4Cl結晶溫度180 ℃以上[1]。換熱器C/D堵塞物應為NH4HS結晶。換熱器A/B堵塞物有兩種:一是NH4Cl結晶;二是由于換熱器C/D堵塞后，導致換熱器A/B的溫度降低，造成NH4HS結晶在此析出。

2 解決措施

2.1 改造反應進料加熱爐

將原二合一結構形式的加熱爐改造為2臺獨立的加熱爐：反應進料加熱爐由純輻射圓筒爐改造為輻射-對流型圓筒爐，即在原輻射爐頂新增對流室、空氣預熱器及煙囪等；分餾塔底重沸爐可以滿足裝置生產的需求，利用原來的煙囪，不需要改造。

新增對流排管:輻射排管全部利舊，并新增4根輻射爐管，爐管材質為TP321H。改造后工藝介質從對流室頂部進入加熱爐，經對流-輻射加熱后出爐。新增對流爐管為2管程，共12排，每排5根，合計60根。其中最下面兩排為遮蔽光管，其余均為翅片管。輻射爐管為1管程，原輻射24根規格為φ127 mm×8 mm×5 000 mm爐管全部利舊，并利用輻射室現有空間，分別在輻射進出口位置共新增4根規格為φ127 mm×8 mm×5 000 mm，材質為TP321H的爐管。

圖2 換熱器堵塞情況

反應進料加熱爐運行初期和末期的負荷變化較大，加熱爐熱負荷設計余量考慮了加氫進料換熱器組總體熱負荷的20%，當加氫進料換熱器殼程終溫達不到設計值時，通過加熱爐確保加氫進料加熱到反應所需溫度。

2.2 加氫進料換熱器改造

更換原3臺換熱器的管束，將折流板切口由47%改為25%，折流板間距由400 mm改為250 mm，同時增加1臺同規格的換熱器，4臺同規格的換熱器串聯后的模擬計算結果見表3。

表3 加氫進料換熱器模擬計算結果

從表3可以看出，換熱器改造后達到了預期效果，幾個主要指標達到要求即傳熱系數達到了設計值，能夠滿足滿負荷250 kt/a的進料工況，面積富裕量基本符合要求。

2.3 增設注水設施

注水是抑制換熱器銨鹽結晶堵塞的有效措施[2-3]。國內大部分噴氣燃料加氫裝置設有注水點和注水設施，通常根據壓力降上升情況間斷注水，該裝置在換熱器B/C之間與反應產物空冷器入口增設了2處注水口，2處注水點共用1臺注水泵，注水為除鹽水，注水量控制在原料處理量的8%，滿負荷運行時注水量控制在2.4 t/h，管線采用熱水伴熱，間斷操作洗凈銨鹽，減少反應系統壓力降。

3 結 語

通過第一階段對反應進料加熱爐及加氫進料換熱器進行改造，同時，第二階段對加氫進料換熱器及反應產物空冷器入口增設了注水設施。改造后加熱爐爐膛溫度620 ℃,加氫進料換熱器殼程換熱終溫221 ℃,反應系統壓力降0.3 MPa均達到了設計值，噴氣燃料加氫裝置實現了安全、平穩、長周期和滿負荷運行。