提高粗苯乙烯塔真空系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力

贠瑞龍，熊 杰，馬永虎

(1 中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600；2 國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司煤制油分公司合成油廠，寧夏 寧東 750003)

某苯乙烯裝置生產(chǎn)規(guī)模為12萬噸/年設(shè)計(jì)，裝置年開工按8000小時(shí)設(shè)計(jì)。利用乙苯絕熱負(fù)壓脫氫生成脫氫液，再經(jīng)精餾單元將脫氫液中的苯乙烯、乙苯、甲苯、苯等組分分離出來，其中粗苯乙烯塔是苯乙烯裝置精餾單元最為關(guān)鍵的部分，其操作的穩(wěn)定性將直接影響塔釜粗苯乙烯的純度，最終影響產(chǎn)品苯乙烯的質(zhì)量[1]，粗苯乙烯塔設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是在負(fù)壓操作條件下進(jìn)行，以確保苯乙烯能在較低溫度下有效的分離，從而有效地避免了苯乙烯高溫聚合的風(fēng)險(xiǎn)，而提供負(fù)壓條件的設(shè)備由真空泵完成，因此真空泵的運(yùn)行是否正常直接影響粗苯乙烯塔的負(fù)壓操作。

1 背景介紹

粗苯乙烯塔是苯乙烯精餾過程中最重要的分離塔，而真空系統(tǒng)是否穩(wěn)定運(yùn)行直接影響粗苯乙烯塔的操作，而在2018年 1月?lián)Q劑后壓控閥閥位出現(xiàn)關(guān)小趨勢(shì)，進(jìn)行了多次切換泵運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)單泵依然滿足不了高負(fù)荷的運(yùn)行，嚴(yán)重制約了裝置生產(chǎn)負(fù)荷的提高，具體情況是粗苯乙烯塔進(jìn)料負(fù)荷21 t/h，塔壓22 kPaA，單泵運(yùn)行時(shí)，壓力返回閥閥位只有0.9%；同等負(fù)荷下，2018年裝置換劑之前真空泵返回閥開度可以達(dá)到52.7%。

圖1 2018年裝置換劑之后真空泵返回閥開度為0.9%

由此可見真空泵的調(diào)節(jié)余量不足嚴(yán)重影響了粗苯乙烯塔的操作負(fù)荷，單泵已經(jīng)滿足不了裝置提高生產(chǎn)負(fù)荷的需求，如果想進(jìn)一步提高裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，就必須保持兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，在此情況下操作：一是增加了裝置的生產(chǎn)能耗，二是當(dāng)其中一臺(tái)泵出現(xiàn)故障時(shí)粗苯乙烯塔會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，降低了粗苯乙烯塔平穩(wěn)運(yùn)行的能力[2]，對(duì)裝置高效平穩(wěn)生產(chǎn)帶來極大的威脅。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

在2018年1月?lián)Q劑開工后，粗苯乙烯塔進(jìn)料負(fù)荷提至 21 t/h時(shí)，生產(chǎn)負(fù)荷約為80%時(shí)，真空泵A泵單獨(dú)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)壓控返回閥閥位關(guān)小至0.5%，已沒有調(diào)節(jié)余量；隨即切換至B泵運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)壓控返回閥閥位仍然只有0.9%，為了保證粗苯乙烯塔能正常運(yùn)行，需要啟動(dòng)A、B雙泵運(yùn)行來維持生產(chǎn)，具體現(xiàn)象如下：

(1)粗苯乙烯塔進(jìn)料負(fù)荷21 t/h，A泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，壓力返回閥閥位只有0.5%。

圖2 2018年裝置換劑之后真空泵A運(yùn)行返回閥開度為0.5%

(2)粗苯乙烯塔進(jìn)料負(fù)荷21 t/h，B泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，壓力返回閥閥位只有0.9%。

圖3 2018年裝置換劑之后真空泵B運(yùn)行返回閥開度為0.9%

(3)粗苯乙烯塔進(jìn)料負(fù)荷21 t/h，A、B雙泵運(yùn)行時(shí)，壓力返回閥閥位開到了62.3%。

圖4 2018年裝置換劑之后真空泵A、B運(yùn)行返回閥開度為62.3%

3 原因分析

(1)為了找出單臺(tái)真空泵運(yùn)行能力下降、制約生產(chǎn)負(fù)荷的提高、沒有調(diào)節(jié)余量的原因，利用系統(tǒng)圖展開分析如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)圖從4個(gè)方面分析

(2)要因確認(rèn)

通過系統(tǒng)圖5收集末端因素，制定要因確認(rèn)為：真空系統(tǒng)串氣。工藝管線存在真空系統(tǒng)串氣的問題較難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檠b置已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行了3年，均未出現(xiàn)工藝管線的串氣問題，并且已經(jīng)對(duì)可能漏氣的法蘭進(jìn)行了涂抹黃油密封處理。經(jīng)過發(fā)散思維，收集所有可能的原因，并一一驗(yàn)證，最終確定是真空泵出口尾氣突破冷卻器E4003液封，進(jìn)入到粗苯乙烯塔真空系統(tǒng)[3]，導(dǎo)致真空泵X4001入口壓力調(diào)節(jié)閥閥位開度偏小。

圖6 串氣示意圖

4 制定對(duì)策

對(duì)真空泵出口氣體突破液封返竄回入口進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，在E4022殼程凝液出口加裝不同規(guī)格的限流孔板。

4.1 在E4022殼程冷凝側(cè)加盲板

經(jīng)過調(diào)研，國內(nèi)部分同類裝置有的并沒有設(shè)計(jì)E4022冷卻器，在此基礎(chǔ)上考慮增加盲板，摸索將E4022切除系統(tǒng)，加裝盲板期間加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，觀察系統(tǒng)的不良反應(yīng)。加裝盲板后，X4001真空泵壓控閥閥位開度達(dá)到50%左右，但經(jīng)過48 h運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)E4003出口溫度異常上漲。經(jīng)過充分的分析，確定原因是E4022內(nèi)部積液，導(dǎo)致真空泵排氣壓力上升，導(dǎo)致E4003殼程內(nèi)部積液，影響了E4003換熱效果，導(dǎo)致E4003殼程出口溫度上漲從而增加X4001真空泵入口的氣液夾帶量，影響真空泵的正常運(yùn)行因此需進(jìn)一步改進(jìn)[4]。

4.2 在E4022殼程冷凝側(cè)加孔板直徑為10 mm的限流孔板

根據(jù)增加盲板后，真空泵返回閥開度為50%，嘗試將盲板換位內(nèi)徑10 mm的限流孔板。加孔板直徑為10 mm的限流孔板后，真空泵返回閥開度2.7%，閥位開度偏小。

4.3 E4022殼程冷凝側(cè)加孔板直徑為8 mm的限流孔板

加孔板直徑為8 mm的限流孔板后，真空泵返回閥開度6%，閥位開度不能滿足要求。

4.4 E4022殼程冷凝側(cè)加孔板直徑為5 mm的限流孔板

加孔板直徑為5 mm的限流孔板后，真空泵返回閥開度23.7%，閥位開度滿足要求。

圖7 加裝Ф5 mm孔板后返回閥閥位開度為23.7%

圖8 Ф5 mm孔板

5 鞏固措施

5.1 加強(qiáng)對(duì)操作人員培訓(xùn)

(1)粗苯乙烯塔靈敏板溫度控制，保證塔頂氣相負(fù)荷穩(wěn)定；

(2)真空系統(tǒng)液環(huán)液置換嚴(yán)格按操作銷項(xiàng)卡執(zhí)行，保證液環(huán)液的工作效果；

(3)真空泵密封罐D(zhuǎn)4004油相、水相液位嚴(yán)格按操作銷項(xiàng)卡執(zhí)行，控制65%～70%，保證真空系統(tǒng)背壓穩(wěn)定；

(4)精苯乙烯塔真空系統(tǒng)的平穩(wěn)操作，減少對(duì)粗苯乙烯塔真空系統(tǒng)的影響。

5.2 精細(xì)化管理

為了鞏固所取得的成果，保持真空系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，將以下鞏固措施納入到苯乙烯裝置的日常操作管理制度中。

(1)要進(jìn)一步提高粗苯乙烯塔操作的穩(wěn)定性，控制粗苯乙烯塔進(jìn)料組分變化，嚴(yán)密監(jiān)控壓力返回閥閥位在20%～30%；

(2)監(jiān)控E4003出口溫度不超15 ℃，超過15 ℃需要對(duì)E4022進(jìn)行排液。

(3)真空泵密封罐D(zhuǎn)4004液位控制在65%～75%，確保真空泵背壓穩(wěn)定。

(4)定期置換液環(huán)液，保持液環(huán)液流量穩(wěn)定，保證真空泵抽氣能力穩(wěn)定。

6 結(jié) 論

依據(jù)改進(jìn)的方案，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)在E4022殼程冷凝側(cè)加直徑為5 mm的限流孔板對(duì)粗苯乙烯塔的操作最有利，并與目標(biāo)設(shè)定最接近，在之后運(yùn)行過程中，密切關(guān)注粗苯乙烯塔塔壓壓控閥的開度變化以及系統(tǒng)其它相關(guān)參數(shù)變化趨勢(shì)[5]，實(shí)際效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，主要體現(xiàn)有以下幾點(diǎn)：

(1)在E4022殼程冷凝側(cè)加直徑為5 mm的限流孔板后，經(jīng)過連續(xù)四個(gè)月的監(jiān)控觀察及評(píng)估，在系統(tǒng)其它操作參數(shù)均未發(fā)生改變的情況下，任意單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)塔壓壓控返回閥閥位都能保持開度在20%～30%之間，滿足了粗苯乙烯塔的正常運(yùn)行。

(2)經(jīng)濟(jì)效益

改進(jìn)之前粗苯乙烯塔最大負(fù)荷是21 t/h，改進(jìn)后可提高至25.8 t/h，按脫氫液進(jìn)料苯乙烯濃度60%，年開工8000 h，苯乙烯噸利潤2000元計(jì)算，一年可增加收入(25.8-21)×60%×2000×8000=4608萬元；改進(jìn)的費(fèi)用，按每塊限流孔板的制作、安裝成本100元來算，總費(fèi)用100×4=400元；因此這一問題的解決，每年可帶來4600萬左右的經(jīng)濟(jì)效益。