Zorb裝置E101結焦現狀與改進措施

莊偉國(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

某石化公司煉油項目2.4 Mt/a催化汽油脫硫裝置，是我國現階段規模最大的生產裝置，主要采用中石化的S Zorb吸附脫硫工藝，并且在2017年9月正式投產。隨著時間的推移，該裝置的反應進料換熱器E101運行狀況出現異常，結焦情況越來越嚴重，尤其是在較低的生產負荷下，會出現較為嚴重的偏流現象[1]。

1 E101運行問題

1.1 E101的流程描述

E101主要用于反應產物和混氫原料油進行換熱，充分利用反應生成油的熱量預熱原料，達到降低反應進料加熱爐負荷的目的。兩列并聯運行，A列共有5臺換熱器A～E串聯，B列共有5臺換熱器F～J串聯，均采用U型管換熱器，混氫原料油走管程，吸附產物走殼程。其中一列結焦嚴重，裝置需要降至60%負荷，可以將其切除，在線吹掃、清洗，另一列單列運行。E101設計性能數據如表1所示。

表1 E101設計性能參數

1.2 E-101管程結焦情況越發嚴重

隨著裝置的運行，E-101結焦趨勢越發嚴重，截至2020年3月，原料的換熱終溫較開工時下降了8～10 ℃,相同反應進料量下，E101管程壓差增加60～70 kPa，特別是2020年3月，在月初月末處理量相差不大的情況下，E101壓差上漲10 kPa，上漲速度明顯加快。管程、殼程分別用A列出口溫度減B列出口溫度，進行作圖，如圖1、圖2所示。熱端溫差、管程出口溫差、殼程出口溫差均呈現增加趨勢。換熱效果變差造成加熱爐負荷增大、能耗增大，同時也限制了處理量的提高；E101管程壓差增大造成壓縮機負荷增大，氣缸排氣溫度升高，對裝置的長周期運行不利[2]。

根據管程出口溫差、殼程出口溫差，可以判斷E101A列管程結焦情況比較嚴重。根據表1相關數據可知，E101殼程介質壓力較低，設計的計算壓降比管程大，線速較管程低，在殼程副線有開度的情況下，線速更低，因此殼程更容易偏流。因此E101管程結焦、殼程偏流這兩方面原因導致殼程出口溫差比管程出口溫差大的多。

2 換熱終溫偏低原因分析與處理方法

2.1 換熱器換熱溫度異常原因分析

換熱器換熱終溫偏低的主要原因是傳熱速率下降，主要有四個方面的原因：

(1)熱源側介質流量不足，導致熱源側溫差大，壓降小；

(2)冷源側溫度低，并且冷、熱末端溫度低；

(3)并聯運行的多臺換熱器管程或者殼程流量分配不均；

(4)換熱器管程內部嚴重結垢，導致換熱效率下降[3]。

2.2 強化換熱器中傳熱過程的方法

現階段技術人員重視對設備異常的原因分析，并且針對這些造成換熱器溫度異常的因素，制定了四點有效的處理方式：

(1)對于管程出口溫度偏低的一列換熱器，技術人員選擇增加熱源的流量，降低冷源的流量，有效實現熱量平衡，這種處理方法的可操作性較高。在換熱器設計制造階段，需要加大傳熱面積，避免在生產階段出現溫度異常等不良現象；

(2)原料盡量采用熱進料，提高其進料溫度，提高換熱器換熱終溫，降低加熱爐負荷；

(3)現階段技術人員應該重視對兩列換熱器管程、殼程流量的控制，確保并聯的不同設備能夠穩定運行，有效降低換熱器的流量異常現象；

(4)針對設備使用階段出現的內部結垢現象，拆開換熱器，有效清理表面結垢，消除該設備使用階段存在的異常，便于熱量能夠有效傳遞，延長設備的使用壽命[4]。

2.3 具體案例

2020年3月，技術人員多次調整E101出入口閥門開度，從而減小兩列并聯換熱器的偏流傾向。技術人員在3月26日，將E101A列殼程入口關至一半開度零2扣，發現該設備管程出口溫差由25 ℃降至1 ℃，殼程出口溫差由26 ℃降至13 ℃，整體效果顯著，并且技術人員在裝置進一步降低負荷至250 t/h后，發現偏流又明顯加重，進一步通過關小E101A列殼程入口進行調整。原料溫度升高以后，手動減小E101殼程跨線閥開度，也有利于減輕E101殼程的偏流傾向。

圖1 2020年3月E101溫差變化情況

2020年11月裝置反應進料量平均210.71 t/h。E101兩列管程出口溫差比較穩定。11月5日以后，管程溫差有下降趨勢，主要原因是1#催化原料從裝置徹底切除，混合原料烯烴含量降低，有利于減緩E101結焦，降低溫差。

圖2 2020年11月E101溫差變化情況

3 減緩E101結焦的技術措施

3.1 加強原料管理

一般認為，原料越重，終餾點越高，膠質含量越高，越容易導致換熱器管程結焦。有效降低原料的終餾點，從而降低當前設備使用階段出現結焦的可能性。在含硫汽油脫硫生產中，由于催化汽油原料中含有的烯烴含量較多，通過降低原料中的烯烴含量，優化現階段原料，減少設備使用階段出現的結焦現象。S Zorb工藝對于原料的要求較高，技術人員應該重視對原料的優化，從而降低設備使用階段出現的結焦現象。

催化汽油在中間罐區長期儲存，容易出現部分原料氧化生成膠質，嚴重影響原料的質量，不利于脫硫工序正常進行，還會出現一定的結焦現象。現階段技術人員在日常工作中，應該關注原料的變質現象，做好對于罐區原料的氮封工作。如果中間罐區不使用氮封，將會造成原料中的二烯烴氧化生成膠質等雜質，在E101管程側發生結焦，整體設備的換熱效果大幅度降低，影響設備的正常使用。因此，技術人員重視對中間罐區原料儲存的管理，確保符合當前煉油生產的需求。

在日常生產階段，技術人員還應該重視對中間罐區原料油的控制，盡可能采取小流量摻煉中間罐區原料油，確保整體流量≤20 t/h。通過對流量的控制，能夠顯著降低摻煉罐區原料油對裝置的影響，有效脫去原料中的硫元素。

3.2 操作調整

在當前設備使用階段，技術人員還應該關小B列管程的入口手閥，還關小A列的殼程入口，將兩列換熱器管程出口的溫差控制在20 ℃范圍內，避免其中的一列溫度嚴重偏高，導致管程結焦進一步加劇，出現大量結焦現象，嚴重影響當前生產效率的提升。前者提高了換熱器管程差壓、相同線速度下需要提高反應器頂壓力、提高了反應進料泵及氫氣壓縮機出口壓力；后者可以降低管程差壓，降低氫氣壓縮機及反應進料泵出口壓力、降低能耗；總之、都會影響到反應氫系統壓力的調節靈敏度，提高了系統壓力，易產生泄漏。

裝置低負荷下運行，管殼程介質線速較低，E101結焦速度加快趨勢明顯。技術人員結合生產工藝，盡量保持較高的反應進料量，適當提高循環氫的流量，以提高流速，強化換熱，減緩結焦。技術人員在操作中，一是通過精制汽油產品少量打循環、適當提高E-101負荷，以達到提高E-101線速的目的；二是通過在目前低負荷下，適當提高氫油比，達到減緩結焦的目的。但這兩種措施均會增加裝置能耗，增大精制汽油產品的辛烷值損失。

3.3 加注阻垢劑和清焦處理

借鑒加氫工藝過程，從反應進料泵入口處注入一定量的阻垢劑，能夠減緩換熱器使用階段出現的結焦現象，延長設備的使用壽命。技術人員還應該重視對E101關鍵運行參數的監控，利用大數據等信息手段，建立有效工作臺賬，定期對于E101運行狀況進行檢查，結焦嚴重時，對于E101設備內部結焦進行清理，便于換熱器能夠恢復正常使用，有效降低設備使用階段出現的異常。目前E101進一步結焦趨勢不明顯，未注阻垢劑和進行清焦處理。

4 結語

目前技術人員對于E101運行條件進行有效改進，在接下來生產階段，發現E101運行正常，進一步結焦趨勢不明顯，避免了裝置大幅度降量，E101單列切除清洗，減少了設備維修費用，有利于裝置長期安全穩定運行。