減壓塔填料結(jié)焦原因分析及應(yīng)對措施

(中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266555)

某煉油廠12 Mt/a常減壓蒸餾裝置采用KBC減壓深拔技術(shù)，減壓塔自上而下共設(shè)有5段填料，塔底汽提段采用浮閥塔盤。Ⅰ段至Ⅲ段填料材質(zhì)為0Cr18Ni9,Ⅳ,Ⅴ段為316L。在2015—2019年第三生產(chǎn)周期發(fā)生嚴(yán)重結(jié)焦的是第Ⅴ段，即洗滌段填料。該段采用的是組合填料形式，上部為波紋填料，底部為垂直格柵填料。在2011—2015年第二個(gè)生產(chǎn)周期，該段填料曾經(jīng)發(fā)生過結(jié)焦，但結(jié)焦程度較輕，為保證設(shè)備的長周期運(yùn)行，在2015年檢修時(shí)對該段填料進(jìn)行了整體更換。在2019年檢修期間，發(fā)現(xiàn)洗滌段填料結(jié)焦情況比上一生產(chǎn)周期更加嚴(yán)重。

1 減壓塔填料結(jié)焦情況

在檢修期間，通過減壓塔內(nèi)部檢查確認(rèn)，第Ⅳ段及以上部分填料基本沒有出現(xiàn)結(jié)焦情況，第Ⅴ段填料即洗滌段局部結(jié)焦比較嚴(yán)重，填料上部結(jié)焦形態(tài)為油泥狀，越接近填料中下部，結(jié)焦越嚴(yán)重，結(jié)焦產(chǎn)物呈硬質(zhì)焦塊狀(見圖1)。

圖1 減壓塔洗滌段填料結(jié)焦形貌

分別對減壓塔洗滌段填料中、下部焦?fàn)顦悠愤M(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 洗滌段填料焦?fàn)顦悠贩治?/p>

通過對樣品組成進(jìn)行分析，樣品中元素大部分為碳，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.32%和79.50%，判斷該樣品為結(jié)焦產(chǎn)物。樣品中金屬含量較低，這部分金屬一部分來自原油本身，另一部分為高溫硫腐蝕產(chǎn)物。洗滌段填料上部的油泥，是在停工期間柴油超級清洗過程中產(chǎn)生：柴油清洗時(shí)，洗滌油段流量僅為100 t/h左右，達(dá)不到填料最低噴淋密度要求，導(dǎo)致一些機(jī)械雜質(zhì)和黏油等附著在填料表層而形成表層油泥。而填料中、下部的硬質(zhì)焦塊，判斷是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生。

2 結(jié)焦原因分析

2.1 原料性質(zhì)

統(tǒng)計(jì)該煉油廠2011—2015第二生產(chǎn)周期和2015—2019第三生產(chǎn)周期加工原油品種及數(shù)量，結(jié)果見表2。

表2 第二、第三生產(chǎn)周期原料統(tǒng)計(jì)

通過對比第二周期和第三周期加工原料發(fā)現(xiàn)：總加工量以及主要加工原油品種變化不大，但第三周期加工伊重原油的比例明顯提高，伊重原油相比另外幾個(gè)油種殘?zhí)俊⒛z質(zhì)和瀝青質(zhì)含量更高，結(jié)焦傾向性更大[1]。另外，從第三生產(chǎn)周期開始回?zé)拑?chǔ)運(yùn)罐區(qū)重污油，其性質(zhì)較差，機(jī)械雜質(zhì)含量較高，容易在填料層內(nèi)形成垢物，加劇填料結(jié)焦。

2.2 操作參數(shù)

統(tǒng)計(jì)該煉油廠第二周期和第三周期減壓爐出口溫度、減壓塔洗滌油流量等與洗滌段填料結(jié)焦密切相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)(剔除異常工況條件下的極值)，并與設(shè)計(jì)值作比較，結(jié)果見表3。

由表3可以發(fā)現(xiàn)，第三周期減壓爐平均出口溫度為422 ℃，較上周期平均低2 ℃，較設(shè)計(jì)值低4 ℃，減壓塔閃蒸段平均溫度為397 ℃；洗滌油流量最低不小于180 t/h，高于設(shè)計(jì)值166.3 t/h。

第三生產(chǎn)周期操作參數(shù)波動(dòng)不大，均未超過設(shè)計(jì)控制要求，操作參數(shù)的變化并不是導(dǎo)致填料結(jié)焦的原因。另外，運(yùn)行末期，減壓塔各運(yùn)行參數(shù)、減壓深拔效果和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)等均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，因此判斷洗滌段填料屬于局部區(qū)域結(jié)焦，填料尚能滿足減壓塔分離要求，檢修時(shí)填料拆解過程中也證實(shí)了這一點(diǎn)。

表3 減壓系統(tǒng)相關(guān)操作參數(shù)

2.3 異常工況

在第三生產(chǎn)周期，由于外部電網(wǎng)線路故障，導(dǎo)致該煉油廠現(xiàn)場設(shè)備供電中斷，裝置被迫緊急停工。減壓塔各中段回流突然中斷，特別是洗滌段，其溫度在390 ℃左右。洗滌油中斷后，填料層內(nèi)局部過熱，加快了重質(zhì)油品裂化和縮合反應(yīng)，從而導(dǎo)致結(jié)焦[2]。這些焦塊停留在填料層內(nèi)，導(dǎo)致填料層潤濕不均勻，局部潤濕不足，進(jìn)一步加劇結(jié)焦[3]。洗滌油的突然中斷是洗滌段填料結(jié)焦的重要原因。

2.4 設(shè)備問題

通常情況下，比表面積在125～200 m2/m3的規(guī)整填料，推薦最小洗滌油的噴淋密度在0.5 m3/(m2·h)左右。噴淋密度與洗滌油的流量、性質(zhì)和洗滌段壓力等操作參數(shù)有關(guān)[4]，利用HYSYS流程模擬軟件建立仿真模型，以設(shè)計(jì)加工量12 Mt/a為基準(zhǔn)，洗滌段殘壓3.8 kPa條件下，得到不同洗滌油量對應(yīng)的氣液相負(fù)荷數(shù)據(jù)[5]，并計(jì)算出噴淋密度(見表4)。

表4 不同條件下洗滌段填料噴淋密度

由表4可知，為滿足最小噴淋密度要求，洗滌油流量應(yīng)控制在160 t/h以上，最小不得低于150 t/h。按照2015—2019年第三生產(chǎn)周期的洗滌油流量為180～200 t/h，在正常生產(chǎn)的條件下，理論上完全滿足噴淋要求，但在檢修過程中，發(fā)現(xiàn)洗滌油個(gè)別噴頭出現(xiàn)了堵塞的情況。噴頭堵塞導(dǎo)致洗滌段填料局部區(qū)域得不到充分潤濕，是洗滌段填料結(jié)焦的另一個(gè)重要原因。

2.5 加工負(fù)荷

該煉油廠于2015年第二次大檢修時(shí)進(jìn)行了擴(kuò)能改造，加工量由10 Mt/a擴(kuò)大至12 Mt/a，但減壓系統(tǒng)未進(jìn)行同步改造，通過優(yōu)化操作參數(shù)，按最初設(shè)計(jì)負(fù)荷的110%操作。另外，自2017年底起，為改善下游柴油加氫裝置原料性質(zhì)而降低常三線95%餾出點(diǎn)，常三線柴油拔出量降低，導(dǎo)致減壓塔實(shí)際操作負(fù)荷進(jìn)一步上升。減壓塔負(fù)荷的增大，對洗滌段填料結(jié)焦有一定促進(jìn)作用。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)焦原因

(1)全廠停電和緊急停工，導(dǎo)致洗滌油突然中斷，致使填料層局部過熱；

(2)洗滌油個(gè)別噴頭堵塞，導(dǎo)致局部填料潤濕不均勻；

(3)劣質(zhì)原油及重污油摻煉比例提高和減壓塔加工負(fù)荷的增大，一定程度上加劇了洗滌段結(jié)焦。

3.2 建議措施

(1)控制劣質(zhì)原油的加工比例，控制重污油摻煉比例，每次摻煉不超過150 t/h。

(2)操作參數(shù)嚴(yán)格按照減壓塔設(shè)計(jì)要求，并保證一定的安全裕量。日常操作中，嚴(yán)格監(jiān)控洗滌段填料壓力降，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)調(diào)整。

(3)做好異常工況應(yīng)急響應(yīng)，嚴(yán)格控制減三線集油箱液位不低于40%，防止減三線泵抽空導(dǎo)致洗滌油突然中斷。建議在減二線泵出口和洗滌油管道增加一條跨線，在洗滌油突然中斷時(shí)，可由減二線臨時(shí)代替洗滌油，防止洗滌段填料局部過熱。

(4)對減壓塔洗滌油噴頭全部疏通、清洗，堵塞嚴(yán)重的噴頭進(jìn)行更換，避免因設(shè)備原因?qū)е绿盍辖Y(jié)焦。

(5)進(jìn)行工藝技術(shù)改造，常壓塔增加常四線以便蠟油直接送至下游裝置,從而降低減壓塔負(fù)荷。