苯乙烯裝置汽提塔異常技術分析及處理

宋滔(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

苯乙烯是一種重要的有機化工原料，主要用于生產聚苯乙烯樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物等，此外，還廣泛應用于制藥及選礦等行業，用途十分廣泛[1]。

某苯乙烯裝置采用乙苯負壓脫氫制苯乙烯技術[2]，通過剖析第一運行周期汽提塔出現的問題，有針對性地實施技術改造，為裝置安穩長滿優運行提供保障。

1 汽提塔作用及流程介紹

苯乙烯裝置汽提塔T-301主要作用是對工藝凝液進行處理，通過水蒸汽的汽提作用，脫除自塔頂流下的工藝凝液中的烴類物質，烴類混合物從塔頂采出進入汽提塔冷凝器E-307殼程被冷凝后返回到油水分離器V-305罐，不凝氣則排放至后冷器E-306前隨脫氫尾氣出裝置。

脫除烴類后的冷凝液由塔釜排出，經過工藝水處理系統除去凝液中含有的催化劑粉末及聚合物顆粒雜質，以達到鍋爐給水的標準。

2 汽提塔原設計概況

該塔為高效塔盤結構，共設有13層塔盤，塔徑為DN2000，單溢流結構，板間距為500 mm，篩板塔孔徑12 mm。

具體結構如表1所示。

表1 T-301結構數據表

流體力學計算結果如表2所示。

表2 T-301流體力學計算結果

流體力學計算表明，該塔盤完全滿足設計要求，操作彈性可在60%～125%或更大范圍內正常操作，并且全塔壓降＜10 kPa。

3 運行中存在的問題及原因分析

3.1 主要出現的問題

T-301操作的關鍵在于保證塔釜工藝凝液油相合格的前提下，防止汽提塔板聚合。然而目前該塔的主要問題是塔盤堵塞，壓差變大，操作彈性變小，若受前系統影響導致進塔溫度降低，會使烴類物質未能在上部塔盤有效汽提出塔，則加重了下部塔盤的分離負荷，為保證工藝凝液中的油相合格，需要加大汽提蒸汽，汽提蒸汽加大由于受塔盤堵塞分離效率變低影響，汽提蒸汽并不能及時攜帶油相從塔頂排出，導致塔的壓差升高，并伴隨有液泛現象發生，導致整個塔操作紊亂，系統波動較大。

從表3中可以看出，T-301塔壓差目前運行值明顯高于設計值，并且在運行過程中，塔壓差和液位均波動較大，壓差在8～38 kPa間波動，液位在25%～100%之間波動，系統運行穩定性差。

表3 T301設計參數和實際運行參數對比表

3.2 主要問題原因分析

(1)由于大量催化劑粉塵及少量苯乙烯聚合物在塔盤上積聚，堵塞塔盤篩孔，塔板效率變低，為滿足裝置生產負荷，同時要保證工藝凝液外送質量合格，有時需要加大汽提蒸汽，就形成了降液管液泛甚至淹塔[3]。若氣體流量一定而液體流量加大，液體通過降液管的阻力增加，以及板上液層加厚，使板上下的壓力差加大，都會使降液管內液面升高，也會導致液泛，塔板堵塞降低了塔的操作彈性，不能滿足高負荷液相進料下的正常操作。

(2)塔板開孔率設計偏小，降液管底隙偏低，液體在降液管和塔板上的停留時間長，一定程度上能加重凝液中攜帶的催化劑粉塵和聚合物顆粒在塔板上的積聚，從而導致該塔的操作異常。

(3)由于該塔進料溫度受前系統空冷和循環水換熱器共同控制，空冷受環境溫度影響較大，尤其是在暴雨或大風天氣，循環水換熱器也受循環水管網溫度變化影響，進料溫度波動容易造成該塔分離異常。

4 問題解決措施

(1)根據運行值經驗摸索，控制空冷冷后溫度在57 ℃，控制E-306冷后溫度在36 ℃，若出現環境溫度變化或管網循環水溫度波動較大，及時通知外操啟停空冷風機或聯系公用工程適當提高循環水溫度，以穩定進塔溫度。異常波動大時，通過減少塔釜蒸汽，通過工藝凝液大流量在線洗塔，將塔板上的積聚物沖入泵入口過濾器，以此方式減少塔板上的積聚物對塔的穩定運行有一定改善作用。另外，在第一個運行周期內，兩次將工藝凝液切出T-301系統，進塔清理塔板上的積聚物，以保證塔的正常運行。

(2)結合前系統油水分離器V-305內擋板高度，高控V-305罐水室以及V-312聚結器界位，增加油水分離時間，減少苯乙烯帶入汽提塔形成聚合物的可能。

(3)對該塔進行技術改造，增加該塔開孔率，提高降液管底隙高度，擴大底部5層塔盤孔徑，減小液相在降液管及塔板上的停留時間，在滿足負荷提升分離效率的同時減少催化劑粉塵、聚合物等雜物在塔板上積聚。

5 技術改造方案及運行效果

為滿足裝置負荷提升需求，同時解決該塔出現的異常問題，對該塔進行技術改造，將塔板開孔率由6.51%提高到11.04%，降液管底隙由60 mm提高至90 mm，底部5層塔盤孔徑由φ12 mm擴大至φ20 mm，操作彈性由原設計的60%～125%提高至70%～140%或更大范圍內正常操作，將操作彈性放大，減小在高負荷下運行塔發生液泛的可能。流體力學計算結果改造前后對比如表4所示。

表4 塔板改造前后流體力學計算結果對比

從表4可知，改造后塔板和降液管泛點率均在設計要求范圍之內，塔的壓降在10 kPa以內，液體在降液管和塔板上的停留時間減小。從實際運行效果看，該塔在110%負荷進料的情況下，塔壓差基本穩定在10 kPa以內，塔釜凝液中烴類分析結果＜1 mg/kg，并且塔的進料溫度較改造前降低5 ℃，塔的分離效果變好，操作彈性變大，液位和塔壓差均很穩定，滿足生產需求。

6 結語

(1)催化劑粉塵和苯乙烯聚合物堵塞塔板篩孔，導致塔的分離效率降低，在高負荷下塔發生液泛造成異常波動大。

(2)良好的塔板設計對特殊工況下保障塔的分離效果及正常運行起著至關重要的作用。

(3)改造后的塔板在110%負荷下運行穩定，塔的差壓在10 kPa以內，工藝凝液中的烴類＜1 mg/kg，滿足生產需求。