常減壓裝置減壓塔中段回流冷卻效果降低的原因分析

張萌

摘要：常減壓裝置作為煉廠中處理原油的第一道工序，其操作平穩與否直接影響整個煉油廠的正常生產，而筆者所在的千萬噸級煉廠曾經發生過因減壓塔中段回流冷卻效果降低而不得不采取降低處理量的方式來控制減壓塔塔頂溫度，影響了煉廠的經濟效益。本文將從事故的發生到原因層層分析，并根據最后檢修結果反映的真實情況來闡述冷卻效果降低的原因。

關鍵詞：常減壓;換熱;填料

常減壓裝置作為煉廠中處理原油的第一道工序，其操作平穩與否直接影響整個煉油廠的正常生產，常被稱之為“龍頭”裝置。常減壓是常壓蒸餾和減壓蒸餾的簡稱，是通過常壓塔和減壓塔進行操作的。裝置內還含有電脫鹽、閃蒸塔（或初餾塔）、常壓加熱爐、減壓加熱爐、汽提塔等設備。一般來說，常壓塔的蒸餾效果越好，減壓塔的處理壓力就越小。減壓塔則是通過真空泵和蒸汽噴射器（氣抽子）來保持塔內負壓，從重油里拔出輕質油餾分。在筆者作為某千萬噸級煉廠常減壓裝置內操期間，曾經發生過一起減壓塔頂溫度突然升高的事故，具體如下：

1.事故發生經過

常減壓裝置含有較多動設備，其中泵的數量較多且大多數為一開一備狀態。為保證裝置長周期運轉，需要定期對在用泵和備用泵進行切換。在某次切換過程中，在切換減二線回流泵后不久，減壓塔頂溫度突然飆升至高報警設定值，并且有進一步升高的趨勢。為控制減壓塔頂溫度，裝置臨時決定降低處理量。在降低處理量后，塔頂溫度逐步穩定在高報警設定值附近。為保證下游裝置正常供料，且經過長時間監測發現溫度趨于穩定，裝置決定不再降低處理量，維持該溫度，提醒各當班內操時刻監控。

2.初步原因分析^[1-2]

筆者所在常減壓裝置的減壓塔是通過塔頂的液環真空泵和多級蒸汽噴射器來保持塔內負壓。由于煉廠為新建煉廠且設備維護情況較好，減壓塔頂壓力基本可以控制在1kpa左右。進料（常壓塔底油）通過減壓爐加熱至365℃左右，通過負壓操作使塔底油里的蠟油組分（含重柴）蒸餾出來，通過減壓塔層層分餾而出減一線、減二線、減三線產品。也就是說，三段回流需要逐次冷卻、分離高溫油氣，最終從塔頂而出的溫度控制在設定值范圍內。

在緊急控制住塔頂溫度后，筆者第一時間就懷疑中段回流出現問題。經過調查歷史曲線，發現在減二線回流泵切換后，減二線回流對應的填料段（III段）上方氣相溫度升高，下方集液箱抽出溫度降低。對比以往數據，在裝置處理量在110%、100%、90%、60%的工況下，氣體經過III段填料后，溫度一般由260～270℃降低至180～190℃，溫降約為80℃，事故發生后，此處溫降僅為42.6℃。液體經過III段填料后，溫度一般由170～180℃升高至240～250℃，溫升約為70℃，事故發生后，此處溫升僅為39.5℃。據此，筆者判斷是III段填料出現了某些問題，影響了氣液接觸，減少了換熱效率，導致上升氣體溫度未充分冷卻引起溫度升高，冷卻回流未吸收氣體熱量導致未達到預定溫度。相對來說，液體溫度低對后續影響不大，而氣體溫度升高則十分影響減壓塔操作。

3.控制措施^[3-4]

在事故發生后，裝置采用了多種方式控制減壓塔塔頂溫度，但效果極其有限。

3.1增大減二線冷卻回流流量

此舉的原理是希望通過增大冷卻回流來增強氣液接觸，強化換熱效果。但是在逐步增大回流后，氣、液溫度并沒有明顯的變化。其原因可能是該段填料出現了問題，導致氣液并不是以常態進行接觸，故而增大流量后，實際氣液接觸量并未增加。由于減二線冷卻是通過換熱器與電脫鹽后原油換熱，不易調整冷卻溫度，且根據流量增大并未產生效果的現狀，故而實際操作中未調整冷卻溫度。

3.2增大減一線回流冷卻量

此方案擬合了兩種手段，一是增大減一線冷回流流量，二是降低減一線冷回流溫度，兩種手段皆是為了增大減一線回流冷卻量。但是，由于要最大程度的拔出更多的組分，減壓塔內要嚴格控制壓降，而常壓塔常用的浮閥壓降較大，不適用于減壓塔，所以減壓塔常用填料作為氣液接觸設備，僅塔底采用塔盤結構，且層數極少。減壓塔上部由于氣液相負荷都比較小，故而相應的塔徑也小。減壓塔底由于溫度較高，塔底產品停留時間太長容易發生高溫裂解、縮合結焦等化學反應，影響產品質量且對長周期安全運行不利，為了減少塔底產品的停留時間，塔的汽提段也采用較小的塔徑。減壓塔的負荷從下至上依次減小，就造成了除塔底外，減壓塔直徑從下至上依次減小，所以減一線冷卻回流對應的填料段（I段）處的塔徑較事故發生的III段處塔徑縮小很多。在實際操作中，通過增大減一線回流冷卻量確實可以降低減壓塔頂溫度，但是效果有限，通過多個班的監控跟蹤，此方案對塔頂溫降不超過2℃。

3.3降低裝置處理量

減壓塔的操作機理主要是針對350～500℃餾分的蠟油，在常壓下，由于油品在高溫條件下容易受熱分解，一般加熱爐出口溫度不超過370℃（目前有通過向加熱爐注入蒸汽的可以超過該溫度），而在該溫度下，重組分的蠟油難以蒸出。因為油品的蒸汽壓隨著溫度降低而降低，或者說沸點隨著系統壓力降低而降低，所以減壓塔采用降低系統壓力的方法進行蒸餾，這些重組分就可以在1kpa、365℃的條件下蒸出。降低裝置處理量，相應的減壓塔減料減少，蒸出的重組分油氣就少，在冷卻量不變的情況下，油氣溫降就會變大，溫度會降低，從而控制塔頂溫度。但是受下游裝置處理量制約，不宜將處理量降低過多影響經濟效益，所以該方法雖然有效，但是最好要卡邊操作，確保經濟效益。

3.4提高常壓塔拔出率

提高常壓塔拔出率，就可以使常壓塔底油中渣油含量變多，相應的，在減壓塔進料、負壓、溫度不變的情況下，拔出的重組分就變少，塔負荷變低，塔頂溫度就更容易控制。但是此方法僅為理論上可行，實際中，常壓塔的拔出率在設計時已經確定。在實際操作中，很難通過常規手段來提高常壓塔拔出率，所以此方案僅存在理論可能，實際中不適用。

4.檢修查找原因

由于減壓塔一直存在該隱患，在煉廠一個周期結束，進入停工檢修期間，筆者特意關注減二線填料段的問題。在打開減壓塔后，真實原因與筆者判斷類似但是有所出入。原因確實是填料段氣液接觸出現問題，但是問題根源不是在填料段或者分布器，而是在管線：減二線冷回流管線進塔后的一道焊口撕開，導致大量冷回流沒有引導至分布器，而是直接流至下一段填料。經過進一步調查分析，通過查閱曲線，發現在事故發生當日，在切泵時由于外操配合不到位，致使減二線回流流量曾上升約15%，但是該流量仍在設計流量范圍內，目前猜測可能是流量的突然增大引起管線震動而導致焊口的撕裂。而原油的性質較設計時更為劣質、含硫量更高造成的嚴重腐蝕，可能是本次焊口撕裂的次要原因。

目前，由于已經發現了根源，在停工檢修期間已經對焊口進行了處理，在開工后，減壓塔已經恢復正常運行，證明減壓塔中段回流冷卻效果降低的原因分析是正確的。

參考文獻

[1]樊麗秋，真空設備設計[M]，上海：上海科學技術出版社，1990

[2]王樹楹，現代填料塔技術[M]，北京：中國石化出版社，1998

[3]何潮洪，馮霄，化工原理（下）[M]，北京：科學出版社，2007

[4]陳新志，化工熱力學[M]，北京：化學工業出版社，2005