加氫裂化裝置自動反沖洗過濾器故障分析及實施對策

周健

（中國石油天然氣股份有限公司錦西石化分公司，遼寧 葫蘆島 125001）

1 簡述

150萬噸/年加氫裂化裝置2012年11月開始建設，2014年5月30日工程中交，由中油一建承建。其基礎設計部分由洛陽設計院完成。2020年7月開始對加氫裂化裝置進行全面改造，基礎設計部分由中石油華東設計院完成，中油一建承建，2020年12月改造后一次開車成功。該裝置設計處理南常減壓裝置的常三線、減一和減二線油；北常減壓裝置的常三線和減三線油；以及焦化蠟油、催化柴油的混合油。加氫裂化裝置具有高溫高壓臨氫特點，配置加氫反應器、循環氫壓縮機、新氫壓縮機、加氫進料泵等關鍵設備。

在固定床催化劑反應器中，如二氧化硅、金屬氧化物、有機物、無機物等顆粒沉積在反應器和催化物上。這些雜質會引起堵塞并導致反應器催化劑床層壓差升高，降低了催化劑的活性，這會導致反應器的非正常停工，影響裝置長周期運行。加氫裂化裝置的原料過濾器為自動反沖洗過濾器，采用了圓筒式設計，原料油過濾器工藝編號為FI-102，過濾器設計為4組，每組6套過濾單元，承擔150萬噸/年的蠟油加氫裂化裝置原料油的過濾，以保證加氫裂化裝置的進料質量。

2 自動反沖洗過濾器的組成、工藝參數、工作原理

2.1 自動反沖洗過濾器的組成

圓通式反沖洗式原料過濾器采用機械分離原理，使用進口的金屬鍥形纏繞絲網濾芯將原料油中雜質分離出來。通過反沖洗將產生的污油儲存在污油罐中，達到一定容積后由污油泵排出。該系統主要由原料油過濾器、污油罐、污油泵、冷卻器及管路、儀表和控制系統等組成。其中原料油過濾器由4組共24套并聯的過濾單元組成，當其中任意1組在反沖洗時，其余3組過濾單元均處于正常過濾狀態，可實現全天無間隙運行。

圖1 自動反沖洗過濾器示意圖

2.2 自動反沖洗過濾器的工藝參數

表1

2.3 自動反沖洗過濾器的工作原理

在正常過濾過程中，未經過濾的原料進入進料口總管，并均勻地分布到每個過濾站。進料從每個過濾管的外面過濾到里面。清潔油通過出口歧管流出并被輸送至下游工序。在過濾周期中，微粒會聚集在濾芯面，從而導致過濾器的壓差增大。當壓差達到大約10-15psi時，就形成了一個約400微米厚的微粒濾餅。

反沖洗時，分流器彎頭旋轉至站1，同時從工藝進口流出將其關閉。接下來，將反沖洗出口閥門打開約5秒。打開此閥門會在工藝出口和反沖洗出口之間的濾芯上產生一個壓降。清潔的工藝流體從濾芯內部流出，從而清除濾網外部的污染物，并將其從反沖洗出口連接處沖洗出去。隨后，反沖洗出口閥門關閉，分流器彎頭旋轉至站2，對剩余的5個站重復反沖洗流程。該組過濾單元反洗完成，自動投入正常運行狀態，下組過濾單元開始進行反沖洗，直到4組全部沖洗完畢，過濾器進入正常運行狀態，等待下一次反沖洗信號的到來。

該過濾器設有定時清潔、手動激活清潔、系統壓差達到不可接受水平后清潔三種清潔方式，自動化程度高，設備的進出口壓差變化等參數可以在DCS控制系統內直接顯示。

3 運行中出現的故障分析

3.1 運行中出現的故障

加氫裂化裝置自2014年12月開工以來，生產原料組成為處理南常減壓裝置的常三線、減一和減二線油；北常減壓裝置的常三線和減三線油；以及焦化蠟油、催化柴油的混合油。由于生產方案調整相對頻繁，原料組成頻繁變化，運行中由于進料量變化、冷柴油量加大或原料性質變化等誘因，使過濾器設計組數偏低問題暴露較為突出，導致過濾器沖洗頻繁，污油量過大，經常出現由于過濾器更換濾芯而切除一組過濾器的工況，如果打開過濾器副線，會將大分子雜質帶進高壓換熱器，而加氫裂化裝置高壓換熱器采用纏繞管式，無法進行檢修，因此，為避免大分子雜質進入高壓換熱器甚至反應器，確保自動反沖洗過濾器安全運行顯得特別重要。

在實際生產過程中，由于過濾器經常發生轉閥卡澀、濾芯堵塞等故障，造成過濾器進行切除檢修，特別是在裝置處理量加大、原料性質變化的情況下，過濾器沖洗周期明顯縮短，曾經發生沖洗時間長達三個小時不停的狀況，過濾效果不佳，嚴重影響了正常生產。

3.2 故障分析

3.2.1 原料性質變化的影響

原設計進料為減壓蠟油、焦化蠟油、催化柴油的混合油。在實際加工過程中經常會摻煉其他原料，特別是冷柴油較多時，原料中大分子顆粒增多，在檢修濾芯中多次發現濾芯表面黑色油污多為重油混合物、油泥等，只能將濾芯拆除后運至專業清洗公司進行化學清洗，清洗后進行回裝，過濾器壓差明顯降低，建議原料性質進行優化，降低冷柴油處理量，改變后情況明顯好轉。

3.2.2 原料過濾器過濾能力不足

在裝置大負荷長周期生產過程，當一組過濾器需要檢修時，其他三組按正常設計只能承擔75%的過濾要求，處于嚴重超負荷狀況；再加之自身濾芯表面的堵塞，使很大一部分粒徑原設計可通過濾芯的微細顆粒，由于濾芯表面雜質的堵塞而不能通過，使過濾器差壓上升，反沖洗間隔時間持續縮短，而為解決此問題，需要將過濾器切除更換濾芯，切除過濾器后，壓差會持續增高，形成惡性循環。

3.2.3 在線處理不及時

在運行過程中，當發生過濾器卡澀等影響過濾器正常運行的故障時，由于處理不及時，從而使其運行工況進一步惡化，造成過濾器壓差升高，特別是夜班期間較為普遍。另外，過濾器部分儀表元件故障頻繁，特別是轉閥填料泄漏、球閥密封面磨損等故障發生時，需要在線將該組過濾器隔離吹掃后處理，時間較長，會造成過濾器壓差升高。

4 實施對策

4.1 增上兩組原料油過濾器

在2020年7月裝置大檢修期間，為解決過濾器過濾能力不足的問題，增加了兩組同類型原料油過濾器與現有的四組原料油過濾器并聯工作，共同承擔150萬噸/年加氫裂化裝置原料油的處理，從而延長了過濾器的反沖洗周期。新增兩組原料油過濾器與現有的原料油過濾器組合后，就相當于一套6組過濾單元組成的過濾系統，即當其中1組在反沖洗時，另5組過濾單元在正常過濾，原料過濾器的過濾能力得到保障，即使需要一組過濾器切除檢修時，其他5組過濾器也能保證裝置平穩運行。

4.2 及時清洗濾芯、適時更換濾芯

濾芯是過濾器的關鍵部件，只有保持濾芯的清潔，才能提供最佳的過濾器去除效率，故必須加強濾芯清洗。特別在原料性質變重、處理雜質含量較高的原料等不良工況下，更須加強清洗。當過濾器反沖洗周期太短，反沖洗也無法解決時，可切除停運其中1組過濾器進行清洗，如表面油污難以清洗，可更換1組濾芯備件。更換濾芯備件后，將該組過濾器并入系統，待投運正常后，可將其他幾組過濾器濾芯進行更換，維持過濾器壓差達到較好狀態。

4.3 及時維護儀表元件

自動反沖洗過濾器的儀表配件較多，轉閥、變送器、球閥等元件故障率較高，加氫裂化裝置曾發生過兩次轉閥填料泄漏，切除過濾器后對其填料密封進行更換，同時對易泄漏的排污球閥進行檢查，發現密封面磨損后，及時進行更換球閥。根據廠家給出的儀表各元件的使用壽命，制定合理的檢修更換周期，防止因配件損壞造成設備故障檢修，保證裝置長周期平穩運行。

4.4 改造控制系統

利用裝置大檢修的機會，對自動反沖洗過濾器儀表控制系統進行了改造：將PLC控制改為DCS控制。由于PLC控制器只能放在現場進行控制，不方便操作員工進行操作，且PLC控制系統故障率偏高，經常需要儀表維護班進行維護。在2020年大檢修期間，將PLC控制改為DCS控制后，系統故障率明顯降低，員工可在操作室對過濾器進行沖洗操作，極大地提高了員工的工作效率。

圖2 自動反沖洗過濾器操作畫面

4.5 加強原料性質控制

由于過濾器濾芯的過濾精度為23μm，冷柴油含有較多的油泥顆粒，容易堵塞過濾器濾芯，建議加強控制冷柴油進料量，防止含雜質較高的油品進入裝置。在此基礎上，操作人員須加強原料質量及工藝參數的監控，對原料的各項指標具有高度的敏感性，及時進行采樣分析、操作調整等優化作業。

4.6 優化在線控制

為確保裝置長周期運行，在線控制是關鍵。在線控制應把握四個方面：（1）保持原料罐液位穩定，控制在60%～80%；（2）保持反沖洗差壓的穩定；（3）加強原料過濾器的維護，確保各組件運行良好；（4）做好易損元件和濾芯備件儲備，及時更換各類元件。

5 結語

（1）經過上述優化措施，投用后實現了一年無檢修的穩定運行，大顆粒分子過濾較徹底，有效減少了后路換熱器雜質堆積和結垢，保證了換熱效率，提高了換熱器使用壽命；使循環氫壓縮機、原料泵、新氫壓縮機的出口壓力在相對較低的情況下運行；同時拆除的濾芯及儀表組件作為正常配件使用，大大減少了重新采購新配件的成本，提高了裝置的安全系數，延長了蠟油加氫裂化裝置安全平穩運行周期。

（2）自動反沖洗過濾器，根據在運行中過濾器暴露出的各類問題，通過仔細查找原因、認真分析，找到了問題所在，經過合理化的改造及優化，通過一年多的生產運行，證明上述實施對策是成功的，保證了裝置的穩定生產。