催化裝置穩定塔底重沸器內漏原因分析及對策

李敏花，郭 陽，馮蕾博

（陜西延長石油（集團）有限責任公司延安煉油廠，陜西延安 727406）

0 引言

陜西延長石油（集團）有限責任公司延安煉油廠100萬噸/年催化裂化裝置以延安混合原油的常壓渣油為原料，采用提升管反應和兩段再生高低并列式的技術路線，一再貧氧不完全再生，二再富氧完全再生，沉降器與提升管為同軸分布。自2017年5月開工后，100萬噸/年催化裂化裝置陸續出現設備、管線腐蝕泄漏，其中突出表現在穩定塔底重沸器E-303的內漏上。至今已出現了兩次內漏，其一，2017年12月24日，汽油顏色發綠，查找原因確認是穩定塔底重沸器E-303內漏，監護運行，至2018年10月1日，出現操作波動，致使汽油染色、下游裝置停工，造成嚴重經濟損失。于2020年3月檢修更換。其二，自2020年3月開工后，2023年1月4日再次經排查確認為E-303內漏。為消除安全隱患，我們分析E-303內漏原因，剖析內在架構并采取及時有效的應對措施，對保證裝置的長周期運行至關重要[1]。

1 E-303內漏原因分析

1.1 內漏的排查與確認

100萬t/a催化裂化裝置穩定塔重沸器E-303為浮頭式換熱器，型號為BJS1200-2.5-395-6/25-4。E-303以分餾塔第二中段回煉油為熱源，為穩定汽油提供熱量以實現穩定汽油與液化氣的分離，保證穩定汽油飽和蒸氣壓的合格。其中，回煉油走管程，穩定汽油走殼程。

因穩定汽油出現顏色輕微變綠的現象，技術和操作人員通過對粗汽油、脫乙烷油（穩定塔前）、穩定汽油（穩定塔后）取樣觀察。其中，粗汽油、脫乙烷油顏色正常，從穩定塔取出來的穩定汽油明顯顏色發深。通過上述取樣對比，初步判斷為穩定塔底重沸器E-303內漏。為確認判斷結果，聯系質量檢測中心對E-303殼程介質進行了采樣分析。分析結果顯示，穩定汽油終餾點比前期略高，說明重組分增多。

為進一步確認，在E-303管程（回煉油側）增加了壓力變送器。通過調整回煉油壓力，使管程壓力低于殼程（穩定汽油）壓力，汽油反向向回煉油系統滲漏，以此觀察汽油顏色的變化。若汽油顏色好轉，則充分說明E-303內漏。

1.2 內漏的原因分析

2020年3月，在催化裂化裝置檢修期間對E-303進行了更換。在更換時檢查發現E-303管束腐蝕嚴重，主要表現在分餾塔第二中段回流進口側管束斷裂、腐蝕穿孔多根，裂口周邊管束明顯變薄且二中段回流進口側管束表面比其他部位腐蝕嚴重[1]。經過查閱大量有關重沸器泄漏文獻，結合兩次泄漏進行對比分析，同時參考國內同類型裝置同類問題的分析處置過程，我們找到了E-303內漏的原因，高溫硫腐蝕引起的管束減薄泄漏。

2 高溫硫腐蝕的現狀分析及解決措施

2.1 含硫介質的來源及解決措施

2.1.1 含硫介質的來源

100萬t/a催化裂化裝置除以常壓渣油為裂解原料外，生產過程中，其裝置分餾單元粗汽油罐D-201會負責回收5處的污油，分別為：①D-204瓦斯管瓦斯凝液，一般在瓦斯帶液的情況下使用；②R-2火炬山下小罐，一般在火炬系統帶液情況下使用；③D-307裝置內火炬凝液罐，一般在火炬系統帶液情況下使用；④對污水汽提裝置原料水罐除油后產生的污油、污水進行回收；⑤負責回收聯合四車間裝置產生的C5、OG排放氣等。

2.1.2 可能采取的解決措施

（1）降低催化裂化汽油硫含量

降低催化裂化汽油中硫含量的措施大致分為3大類：裂化原料的預處理、裝置中的脫硫處理、催化汽油后處理。我們要解決的是催化裂化裝置中穩定塔底重沸器的內漏問題，催化汽油后處理脫硫技術暫不做探討。

裂解原料預處理，即對原料進行加氫處理。大量數據表明，原料硫≤0.2%時，催化汽油中硫含量可≤300。盡管催化原料進行加氫預處理有許多優點，但投資高，要消耗氫氣，操作費用高，不能降低汽油中的烯烴。

裝置中的脫硫處理，一是降低汽油終餾點。汽油較重組分含有很多硫及芳香烴，如果將催化汽油終餾點降低，可以實現硫含量的減少，但汽油收率也大打折扣、得不償失。二是使用減硫助劑脫硫。催化汽油中的硫化物主要以噻吩類化合物存在，這類硫化物在催化裂化條件下比較穩定，在不加氫條件下，噻吩必須經過氫轉移反應飽和后才能進行C—S鍵的斷裂。所以選用高氫轉移活性的催化劑和添加劑有利于降低汽油中的硫含量[6]。此類技術使用方便、不需額外投資，但脫硫效果不佳，并增加了氣體產品的凈化負擔。

（2）污油回煉進反應器

粗汽油罐回收的污油不直接進D-201罐，而是轉存至污油儲罐進行收集、脫水處理后，根據罐液位定期進反應部分回煉。利用MIP技術的優勢，發生二次反應，再輔以氫轉移活性實現C—S鍵斷裂，且降低了烯烴。但這一過程的實施，對產品分布、產品性質、能耗等均產生一定影響。

2.2 高溫環境的現狀分析及解決措施

2.2.1 高溫環境的現狀分析

在100萬t/a催化裝置中，吸收穩定部分的物料來自分餾部分粗汽油罐。粗汽油罐的氣相部分經壓縮機壓縮后進入凝縮油罐，粗汽油罐的液相部分經吸收塔與氣相接觸后進入凝縮油罐。凝縮油又經脫乙烷塔后進入穩定塔分離出穩定汽油和液化氣。穩定塔要實現穩定汽油和液化氣完全分離，且要保證穩定汽油的飽和蒸氣壓合格，必須有足夠的熱源滿足精餾過程產品分離需要。

2.2.2 可能采取的解決措施

（1）降低熱源溫度

原有的熱源介質不做改變，在與穩定汽油換熱前增加一冷卻器，將分餾塔第二中段回流溫度降至240 ℃以下再進行換熱。因為穩定塔底有大量循環的穩定汽油，這樣一來，會造成穩定汽油達不到既定的溫度，須在穩定塔底增加另一熱源重沸器，保證穩定塔的取熱。這一措施打破了高溫環境，但增加了能耗，延長了流程，未合理利用高溫熱。

（2）熱源替代方案

分餾塔第二中段回流不做穩定塔的熱源，將高溫位余熱發汽利用。穩定汽油的熱源改為1.0 MPa的低壓蒸汽。蒸汽重沸器在運行過程中，如果蒸汽量超過換熱器設計參數，極有可能產生振動，導致換熱器泄漏。尤其是冬季蒸汽管網壓力低時，所需蒸汽量增大，流速增大，會進一步加劇換熱器振動。如果發生泄漏，會使汽油進入蒸汽及凝結水系統。

2.3 管束材質的現狀分析及解決措施

2.3.1 管束材質的現狀分析

目前，穩定塔底重沸器在運行期間使用的是10#鋼。它的硬度大，質量大，塑性較低，比較容易生銹，耐腐蝕一般。

2.3.2 10#鋼升級為304L不銹鋼

不銹鋼換熱器是目前市面上比較常見的耐腐蝕換熱器，不銹鋼因含有不銹元素鉻，使其表面形成一層氧化薄膜。其304L不銹鋼最大的特征就是改善晶間腐蝕敏感性，在焊接部位不產生熱敏化問題。但直接將E-303的現用管束材質直接換成304L會存在膨脹伸縮量的問題，要計算伸縮量來確定304L管束的尺寸或者直接將E-303換熱器殼體一并更換。

3 重沸器更換

通過上述分析，只要打破硫-高溫-材質三者之間任意一環即可解決這一問題。

3.1 重沸器的基本情況

本套裝置的穩定塔重沸器采用虹吸式原理，重沸器殼程（汽油側）出入口間設有閥門進行隔斷。目前，雖然E-303管程配有DN100開工用蒸汽線，壓力1.0 MPa。但是穩定塔塔底壓力約為1.3 MPa，在管束內漏的狀態下，隔離換熱器投用蒸汽，會使汽油進入蒸汽以及凝結水系統。所以在此基礎上，更換換熱器管束只能將穩定塔整塔停用。在隔離吹掃合格后，進行E-303的檢修更換工作。

3.2 更換重沸器可采取的方案

3.2.1 應急措施

在等待換熱器備件的過程中，技術人員制定了一系列防止E-303介質相互泄漏的處置措施：①每小時取樣觀察穩定汽油顏色，若發現顏色有變重的趨勢及時停用補充吸收劑，防止污染擴大；②通過入口節流的方式，關小回煉油到E-303現場手閥，開大回煉油出E-303調節閥，降低管程壓力，使汽油向回煉油系統泄漏；③通過觀察粗汽油干點變化及粗汽油至吸收量的變化，估算泄漏量大小。

3.2.2 不停工更換重沸器

（1）停用吸收-穩定系統

在重沸器更換過程中，反應部分、分餾部分維持低負荷運行，吸收穩定系統停止運行；直接粗汽油從分餾部分出裝置，進罐區不合格罐儲存；干氣、液化氣等輕組分要放空，燃燒會增加環境污染壓力。這一過程必須嚴格控制檢修時長，防止儲罐儲存的次品汽油給罐區的安全工作增加難度。裝置恢復正常運行后，大量的不合格汽油要經催化裝置回煉，無形中增加了操作難度和經濟損失。

（2）停用穩定塔系統。

在重沸器更換過程中，反應部分、分餾部分保持低負荷運行，盡可能地保證產品質量合格；吸收穩定部分停用穩定塔，其他塔維持正常運行，將脫乙烷油送至200萬t/a催化裂化裝置的吸收穩定系統，可處理一定量的脫乙烷油。為更換重沸器贏得時間，減少次品汽油的儲存量，200萬t/a催化裂化裝置也必須降至最低負荷運行。這一過程的實現需要加配至200萬t/a催化裂化裝置的管線或送至罐區并經罐區泵輸送脫乙烷油。

4 結論

1）加工原料的現狀和所選用的生產工藝不可避免地形成了S-H2S-RSH型高溫硫腐蝕環境。高溫條件下，硫腐蝕是穩定塔底重沸器數次內漏的直接原因。

2）分析背后的原因實質問題，提出相應的解決對策；從材質著手，對換熱器進行材質升級改造，采用304L耐腐蝕材料；提出方案，解決不停工期間實現換熱器更換。

3）在今后的技術改造和下個周期檢修時，必須考慮原料中硫含量和裂解產品中硫分布的情況，對換熱器管束選用耐高溫腐蝕的材料；及時優化工藝流程，減少開停工次數，改善長周期運轉水平。