60萬噸/年氣體分餾裝置運行問題及應對策略分析

＊楊 凱

（陜西延長石油（集團）有限責任公司延安石油化工廠 陜西 727406）

引言

延安石油化工廠60萬噸/年氣體分餾裝置為聚丙烯裝置提供高純度丙烯原料，為MTBE（甲基叔丁基醚）裝置提供優質碳四原料，為混合脫氫裝置提供丙烷原料，同時分離出的戊烷餾分送入汽油精致裝置。該裝置自2009年首次開工以來，裝置餾出口產品質量合格。但運行中出現的空冷器管道泵易抽空、凝結水總管水擊嚴重、裝置靜置時壓縮機干氣密封竄入系統、壓縮機并機困難、丙烯塔內部壓差大、脫乙烷塔頂冷凝器操作不便、脫戊烷塔結焦等問題，經常造成裝置局部停工，嚴重影響氣體分餾裝置的正常運行，因此分析氣體分餾裝置運行中存在的問題，并根據問題制定應對措施，解決影響氣體分餾裝運行問題，對下游裝置的正常運行及全廠物料平衡具有重要意義。

1.氣體分餾裝置原料及產品組成

60萬噸/年氣體分餾裝置原料液化氣來自延安煉油廠、永坪煉油廠和榆林煉油廠的混合液化氣，經脫硫、脫硫醇后的精制液化氣作為本裝置的原料。設計原料組分數據見表1[1]。

表1 原料組分及產品組成數據

依據設計加工量每年60萬噸計算，每年可生產丙烯產品19.29萬噸，生產丙烷產品4.27萬噸，生產碳四產品34.24萬噸，生產戊烷產品1.56萬噸，排至高瓦燃料氣約0.64萬噸。

2.氣體分餾裝置工藝流程簡介

脫除硫化氫和硫醇的液化氣進入本裝置進入裝置原料罐，原料通過脫丙烷塔進料泵進入脫丙烷塔，脫丙烷塔為69層ADV（Advanced Micro-dispersion Valve）高效浮閥塔板，塔頂餾出物（C2/C3）經脫丙烷塔頂空冷器冷凝后進入回流罐，回流罐冷凝液部分用作塔頂回流，一部分送入脫乙烷塔作為進料。脫乙烷塔頂蒸出的C2/C3餾分經脫乙烷塔塔頂冷凝器部分冷凝冷卻后進入脫乙烷塔頂回流罐，不凝氣主要是乙烷和粗丙烯，經罐頂壓力控制閥排放至高壓瓦斯管網，冷凝液全回流至塔頂。

脫乙烷塔塔底的粗丙烯自壓進入丙烯塔（1）作為進料。由于丙烯塔的高度較高（188層塔板），故分為丙烯塔（1）和丙烯塔（2）串聯運行。丙烯塔（2）頂蒸出的氣相丙烯進入丙烷蒸發器管程，與殼程蒸發的丙烷進行換熱，冷凝的丙烯依靠壓差進入回流罐，大部分作為丙烯塔（2）回流，一部分送出裝置去丙烯貯罐或直接進聚丙烯裝置。丙烯塔（1）塔底的丙烷，少部分送至罐區；大部分經降壓后進入丙烷蒸發罐。在蒸發罐中液體丙烷吸收丙烯冷凝的熱持續蒸發，蒸發的氣相經入口分液罐進入透平帶動的離心壓縮機。經壓縮后的丙烷氣體升溫升壓，一部分由丙烷冷卻器降溫后進入丙烯1塔底部，絕大部分氣相丙烷經熱返塔線為丙烯1塔提供熱源。

脫丙烷塔底碳四、碳五餾分自壓進入脫戊烷塔，塔頂的碳四經空冷器冷凝，然后進入塔頂回流罐，碳四冷凝液部分作塔頂回流，部分送至甲基叔丁基醚裝置或罐區。塔底戊烷餾分則送至罐區或汽油精制裝置。裝置工藝流程圖如圖1所示。

圖1 氣分裝置流程簡圖

3.氣體分餾裝置運行過程中存在的問題及應對策略

（1）空冷器管道泵易抽空，塔頂冷后溫度高。氣體分餾裝置脫丙烷塔、脫戊烷塔采用管道泵噴淋的濕式空冷器冷卻，運行過程中注水槽內部的水位震蕩幅度較大，水槽內部容易將水從溢滿口流出。管道泵入口位置的過濾器安裝位置較高，不僅增加了除鹽水的損耗，還導致管道泵容易被抽空，造成塔頂冷后溫度較高，影響塔頂底產品純度。

為了妥善解決此類問題，將空冷器水槽補水線浮球閥向下微調，使水槽水位低于溢流口，并將補水壓力調小，不僅解決了注水槽液位震動幅度較大問題，還節約了除鹽水。此外，將管道泵入口的過濾器進行改造，泵入口與過濾器保持一定的向下傾斜角度，降低了吸入口位置，解決了管道泵易抽空的問題。

（2）凝結水總管水擊嚴重。裝置凝結水總管在開工后發現了管線水擊嚴重。總管線長時間的水擊導致管線彎頭附近出現了多處裂縫，造成凝結水滲漏，影響了裝置的安全運行。

為了解決此類問題，經過現場調查，發現凝結水總管水擊問題多出現在再沸器之后，特別是脫乙烷塔再沸器凝結水與凝結水總管的溫差較大，在進入凝結水總管時速度減緩。因此，在再沸器產生的凝結水添加氣動泵裝置，給凝結水增加動力，將冷凝水與熱凝水分開，進入到凝結水系統中，有效解決凝結水總管水擊問題。

（3）丙烷壓縮機停運期間，氮氣竄入丙烯塔系統中，增加了系統內部壓力。在丙烷壓縮機停運期間，干氣密封氣被替換成了氮氣，導致大量氮氣進入到丙烯塔系統中，增加了丙烯塔系統內部的壓力，造成丙烯塔開工時不凝氣多。

為了解決此問題，在壓縮機停運時關閉丙烷壓縮機進出口的切斷閥門，關閉防喘振閥，打開壓縮機機體泄壓閥，排盡機體氮氣，將進入機體的氮氣從丙烷壓縮機中排出。

（4）丙烯塔系統頂部與底部的壓力差過大，處理能力較差。在丙烯塔系統開工之后，塔頂、低壓力差會逐漸增加，最大可達到0.23MPa，降低了丙烯塔系統的有效處理能力，使得氣體分離系統的加工量達到最大可處理能力的上限。在處理能力＞75t/h之后，丙烯塔的分離效果降低，塔底丙烷與塔頂丙烯的產品純度明顯下降。

為了解決此問題，根據裝置運行狀況，在檢修時對每一層塔板浮閥進行檢查，發現浮閥卡澀及時進行更換。通過修整，可以使得丙烯塔系統的壓力差接近設計值，增強氣體分餾裝置的最大工作負荷，有效改善丙烯塔系統的分離效果，提高系統工作效率與產品的純度。

（5）脫乙烷塔頂冷凝器冷后溫度波動大，操作不便。脫乙烷塔的平穩運行和樣品合格直接影響丙烯塔系統及產品的合格，而脫乙烷塔的平穩決定于壓力的穩定，影響壓力的因素主要是由于蒸汽量和塔頂回流溫度，由于氣溫的變化、循環水自身溫度的變化操作工需頻繁的調節循環水閥門的開度，由于現場操作室和冷凝器的距離較遠，操作工不能及時、準確的調節，造成塔壓力波動，影響了整個系統的穩定。

針對此問題，在冷凝器出口循環水線增加調節閥，將控制系統引入主控室DCS系統，內操崗位可以根據冷后溫度的需要，隨時準確的調節循環水量來滿足冷后溫度工藝要求，確保系統壓力穩定。

（6）脫戊烷塔系統結焦，清焦難度大。在氣體分餾裝置運行中，脫戊烷塔結焦問題嚴重，造成產品質量不合格，需要將脫戊烷塔系統切出，蒸汽吹掃、打水降溫，然后進行清焦處理，期間影響全廠物料平衡和MTBE裝置原料質量。

為了解決結焦問題，采取了增設阻聚劑系統的辦法，在脫戊烷塔返塔線增設阻聚劑管線、阻聚劑罐、隔膜泵，使用隔膜泵把阻聚劑從罐內抽出經返塔線進入塔內，阻聚劑的量根據加工量來調節大小，目前結焦問題得到了改善。

（7）丙烯塔系統丙烷壓縮機并機影響因素多，并機難度大。氣體分餾裝置已經經歷了較長的運行時間，經歷多次檢修、循環的工作狀況，如壓縮機改閉路循環丙烯塔靜置系統等。在不同工況下，丙烯塔系統的并機操作過程大致相同。并機過程中容易出現壓縮機入口氣體量不足、機組帶液、循環系統中的蒸汽壓力較低等問題，使得壓縮機系統難以完全閉合，導致機組不能順利并入丙烯塔系統中。

①丙烷壓縮機入口處氣相量相對不足的原因分析。首先，液相丙烷中C4組分含量較高會導致丙烷壓縮機入口處氣相量相對不足。在相同條件下，C4組分的揮發性較弱。若液相丙烷物質中含有較高含量的C4組分，將會導致丙烷蒸發罐中的氣體難以與液體丙烷同時蒸發出去，且積聚的C4物質會逐漸增加，對丙烯塔頂冷凝蒸發器的丙烷蒸發效率產生影響，從而導致丙烷蒸發氣量較少，壓縮機入口位置處的氣相量相對不足。在并機操作過程中，脫丙烷塔底再沸器調節閥門出現故障，操作不規范將會影響丙烷塔頂產品的質量，影響丙烯塔的并機操作過程。

②中壓蒸汽壓力較低。在氣體分餾裝置中，汽輪機可以將產生蒸汽的熱能轉化成為供給汽輪機旋轉的機械能，在聯軸器的帶動作用之下加快離心壓縮機的旋轉過程，旋轉過程會給丙烷氣體離心力作用，給擴壓通道中的氣體擴壓作用，增加了氣體物質的壓力及溫度。在并機過程中，氣體分餾裝置的蒸汽流量會迅速增加，由壓縮機循環前的每小時30噸上漲到每小時60噸左右，迫使蒸汽系統重新調整蒸汽管網系統壓力，使得蒸汽壓力急速降低。若中壓蒸汽壓力＜2.8MPa，并機操作過程會受到較大的影響。

③丙烷壓縮機機組帶液原因分析。首先，壓縮機入口分液罐液位較高可能會導致丙烷壓縮機機組帶液。當壓縮機入口分液罐的液位高度較高或大于15%時，將會導致氣相丙烷攜帶一些液體，主要成分液體丙烷。壓縮機入口分液罐高度較高將會減少分離罐內的氣液的分離空間，導致其難以完全分離開，使得壓縮機入口位置帶有液體，可能會影響之后的并機操作過程。其次，壓縮機入口位置分液罐的液位上漲速度較快可能會導致丙烷壓縮機機組帶液。在丙烯1塔底位置揮發出的丙烷氣體會與丙烯2塔底揮發出的丙烯于塔頂冷凝蒸發器上部進行換熱，使得塔頂冷凝蒸發器中的氣液混合物返回到丙烷蒸發罐體中，以便將氣體與液體分離開來。丙烷蒸發罐提供了氣體與液體相互分離的空間，使得丙烷能夠迅速汽化，脫離罐體。若蒸發罐的液位較高，將會減少氣體與液體分離空間，使得液相丙烷夾雜在氣相丙烷物質中，帶液現象嚴重。若丙烷氣體中含有較多的液相丙烷進入分液罐入口，液相丙烷與氣相丙烷的分離難度較高，液相丙烷含量較高會使得液位迅速上漲，短時間之內即可上漲超過總罐體的15%，影響了氣相丙烷與液相丙烷的分離進程，增加了壓縮機并機的難度。

④丙烯2塔頂與回流罐壓差不足。丙烯塔頂氣相丙烯循環速度較低，丙烯冷凝過程中產生的熱量相對較少，將會導致丙烷壓縮機入口處氣相量不足，造成壓縮機熱返塔量不足。主要是由丙烯2塔頂與丙烯塔回流罐之間的壓力差較小引起的，導致丙烯循環推動能力較弱。

⑤壓縮機并機問題應對策略分析。第一，若大量的C4物質進入到丙烯塔系統中，將會影響丙烯壓縮機的正常使用性能。為了解決此問題，需要將氣體原料、脫丙烷塔、脫乙烷塔及脫戊烷塔切斷開來，丙烯塔系統進行停工退料，確保其質量合格之后重新進入到丙烯塔系統中。

第二，建立液相回流系統之后，需要根據回流罐液位高度調整回流量大小，根據丙烯1塔底液位高度調整丙烷冷卻器循環水量大小，避免丙烯1塔底液位蒸發過快，造成壓縮機入口處的氣相量過低。

第三，通過分析并機操作數據，得知在確保其他各種操作參數相對穩定的狀況下，為了提高壓縮機入口處的氣相量，可以增加丙烯塔與丙烯塔回流罐之間的壓力。

第四，需要嚴格控制壓縮機分液罐液位高度，確保其在15%以下。若液位高度高于15%，需要將分液罐物料退回到丙烷所在罐區。在啟動退料工藝流程之前需要反復檢查退料流程，避免進料順序出現錯誤的狀況，造成丙烯1塔底丙烷竄入分液罐中，造成分液罐液位異常上漲。

第五，在蒸發罐的液位較高時，氣相丙烷夾帶液相多，需要控制丙烷蒸發罐內部的液位，使其維持在30%左右。在遇到緊急停工之后，立即關閉丙烷蒸發罐液位控制閥，避免丙烯1塔底丙烷進入低壓丙烷蒸發區域中。

第六，壓縮機并機時需要提前匯報給生產調度，確認熱動力車間等相關部門做好準備工作，做好中壓蒸汽供應工作，確保順利完成并機任務。

4.優化后的效果評價

經上述改造及優化操作，氣體分餾裝置脫丙烷塔及脫戊烷塔頂冷后溫度控制平穩，未出現管道泵抽空現象；脫乙烷塔頂冷后溫度實現內操遠程調節，在滿足工藝要求的同時操作更加便利，塔底再沸器凝結水增加氣動泵，并直接輸送至凝結水罐，凝結水總管水擊現象得到改善；通過嚴格控制粗丙烯質量、穩定丙烯塔與回流罐壓差等措施，自2020年檢修開工至今丙烯塔系統并機成功率100%；阻聚劑的添加降低了脫戊烷塔清焦頻次，清焦頻次由1次/年降低至2次/3年，節約了物力人力，達到了預期效果。

5.結論

綜上所述，氣體分餾裝置經歷長時間運行，影響裝置日常操作的問題較多，如空冷管道泵易抽空引起冷后溫度波動大，脫乙烷塔頂冷凝器操作不便造成的系統溫度及壓力波動大，凝結水總管水擊引起焊縫裂水滲漏，丙烯塔系統壓縮機因多種原因并機困難等，對裝置操作中存在的問題進行分析，并提出對應的應對策略，通過部分改造及優化操作，成功解決了影響氣體分餾裝置平穩運行的問題，為下游裝置的運行及全廠物料平衡打下堅實的基礎。