常壓塔頂部產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)原因分析

張科峰(煉油第一作業(yè)部1#常壓焦化裝置，新疆 庫(kù)車 842000)

0 引言

塔河煉化1#延遲焦化裝置為常壓-焦化聯(lián)合裝置，加工原料為塔河劣質(zhì)稠油。工藝設(shè)計(jì)原油經(jīng)閃蒸罐(V1103)閃蒸后的閃底油進(jìn)常壓加熱爐升溫到360℃后進(jìn)常壓塔，閃頂氣至焦化分餾塔(T1102)。常頂油氣(125℃)經(jīng)常頂油氣空冷器(A1001A～D)，常壓塔頂后冷器(E1005A/B)過(guò)冷到40℃進(jìn)入常頂回流罐(V1001)進(jìn)行油、氣、水分離，常頂油由常頂回流泵(P1001A/B)抽出后分為兩路：一路作為返回常壓塔，另一路作為石腦油產(chǎn)品出裝置。常一線油從第13塊或第15塊塔盤抽出，常二線從第31塊或第33塊塔盤抽出，兩路側(cè)線分別經(jīng)汽提塔汽提后生產(chǎn)普通柴油。常壓塔設(shè)置了一個(gè)中段回流，從第19 塊塔盤抽出，返回第16塊塔盤。常底油作為焦化的原料送至焦化部分。

1 常壓塔原則流程及現(xiàn)有操作參數(shù)

1.1 常壓塔設(shè)備概況

常壓塔設(shè)備參數(shù)參見(jiàn)表1。

表1 常壓塔設(shè)備表

1.2 常壓塔物料平衡

常壓塔物料平衡參數(shù)參見(jiàn)表2。

表2 常壓塔物料平衡表

2 原因分析

2.1 塔頂產(chǎn)品合格率分析

根據(jù)生產(chǎn)安排，常一線生產(chǎn)航煤原料終餾點(diǎn)控制在255℃以下、閃點(diǎn)33℃～45℃之間，且常頂石腦油作為重整裝置原料干點(diǎn)控制需在178℃以下。從近三個(gè)月產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果來(lái)看，常頂及常一線產(chǎn)品質(zhì)量合格率呈下降趨勢(shì)。常壓塔差評(píng)合格率及流程分析參見(jiàn)表3、表4。

表3 常壓塔產(chǎn)品合格率

表4 常壓塔產(chǎn)品餾程分析表

從餾程來(lái)看，當(dāng)常一線閃點(diǎn)合格時(shí)，常頂干點(diǎn)出現(xiàn)超178℃現(xiàn)象，當(dāng)常頂干點(diǎn)合格則常一線閃點(diǎn)出現(xiàn)低于33℃現(xiàn)象。主要反映在常頂油干點(diǎn)及常一線油閃點(diǎn)之間的平衡問(wèn)題。由于1#常壓焦化常壓塔塔頂產(chǎn)品主要有塔頂冷回流提供回流比來(lái)保證其精餾效果，出現(xiàn)此現(xiàn)象表明常壓塔頂分離精度不夠，常頂組分出現(xiàn)在常一線組分中造成常一線閃點(diǎn)降低。

2.2 常壓塔操作數(shù)據(jù)對(duì)比分析

常壓塔操作參數(shù)變化參見(jiàn)表5。從常壓塔操作數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，常壓塔頂溫度呈下降趨勢(shì)，常壓塔頂壓力上升，常壓塔頂回流量上升，在保證各側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，需要更大的內(nèi)回流保證常壓塔頂產(chǎn)品的精餾效果。

表5 常壓塔操作參數(shù)對(duì)比

2.3 常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量操作波動(dòng)分析

以2019年10月27日當(dāng)時(shí)操作數(shù)據(jù)為例，常壓塔反映的溫度梯度變化為例，常壓塔頂溫度106℃，冷回流溫度83℃，常壓塔頂回流量16t/h，常頂壓力0.09MPa，常一線抽出溫度164℃，常一線流量10t/h，常一線汽提塔液位43%，常一中流量116t/h?，F(xiàn)保證常頂石腦油干點(diǎn)控制需在178℃以下，需將常頂溫度控制在100℃至102℃之間。此時(shí)將常頂回流量緩慢從16t/h提高到17t/h，此時(shí)常頂溫度沒(méi)有變化，但常一線抽出溫度下降至160℃，常一線出裝置量增加0.5t/h，當(dāng)常頂回流量提高至19t/h時(shí)，常頂溫度才開(kāi)始出現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。從現(xiàn)象分析，常頂回流量由16t/h提高到17t/h，常頂溫度無(wú)變化，常一線抽出溫度下降流量上升，分析常頂回流量卻有增加，常一線抽出溫度下降，但常頂回流入塔后，常壓塔頂部?jī)?nèi)回流沒(méi)有與塔頂上升的氣相充分接觸，塔頂溫度沒(méi)有下降。當(dāng)常頂回流量提高到19t/h，

此時(shí)常頂溫度開(kāi)始緩慢下降，表明常頂回流入塔后，常壓塔頂部?jī)?nèi)回流與塔頂上升的氣相接觸換熱。判斷原因如下：(1)常壓塔頂部塔盤腐蝕，塔盤浮閥缺失，塔盤存在漏液現(xiàn)象。(2)塔內(nèi)氣液相負(fù)荷問(wèn)題，常壓塔頂部氣相負(fù)荷不足，造成塔頂塔盤漏液。

2.4 上一周期停工檢修入塔檢查后分析

在2016年1#裝置檢修時(shí)，裝置技術(shù)人員趁常壓塔人孔打開(kāi)之際，進(jìn)入常壓塔內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)常壓塔頂部的腐蝕情況嚴(yán)重，塔頂部分塔盤出現(xiàn)腐蝕脫落，塔盤浮閥腐蝕脫落。

此時(shí)常壓塔長(zhǎng)周期生產(chǎn)處于末期，計(jì)劃2020年初進(jìn)行檢修，不排除塔盤腐蝕情況。常壓塔塔盤腐蝕情況參加圖1。

圖1 常壓塔塔盤

2.5 常壓塔數(shù)據(jù)計(jì)算

常壓塔目前期運(yùn)行工況，對(duì)現(xiàn)有工況進(jìn)行核算。核算過(guò)程中，保持常壓塔的操作條件、各側(cè)線產(chǎn)品產(chǎn)率與實(shí)際運(yùn)行情況保持一致。常壓塔部分塔盤氣液相負(fù)荷參見(jiàn)表6。

表6 常壓塔塔盤氣液相負(fù)荷表

現(xiàn)有常壓塔第1 層到第6 層塔盤采用固閥塔盤，第7層至46層塔盤采用了條形浮閥。分別取其中氣液相負(fù)荷最大的第6層和第22 層塔盤進(jìn)行核算，核算結(jié)果參見(jiàn)表7。

表7 常壓塔塔盤水力學(xué)計(jì)算表

從目前工況下，特別在每個(gè)檢修周期的運(yùn)行后期，常頂石腦油干點(diǎn)經(jīng)常超過(guò)178℃。這是因?yàn)槌核蠈铀P未達(dá)到分離要求，較多的重組分未有效分離被帶到塔頂。為了控制常頂石腦油干點(diǎn)，操作上采取了降低塔頂拔出率，增大回流比，增大中段回流抽出量等操作。

當(dāng)中段回流量為100～150t/h(設(shè)計(jì)值為55t/h)時(shí)，第6層塔盤的液相負(fù)荷約為17635.7kg/h，氣相負(fù)荷約為29452.6kg/h，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值35682～40362kg/h及50787～55467kg/h。從表7中可以得出，第6層塔盤在目前運(yùn)行工況下塔盤漏液嚴(yán)重，從而可以推斷出第1 層到第5層固閥塔盤也存在漏液情況，導(dǎo)致上層塔盤分離效率低。

2.6 常壓塔操作優(yōu)化調(diào)整

為解決塔內(nèi)氣液相負(fù)荷問(wèn)題，常壓塔頂部氣相負(fù)荷不足，造成塔頂塔盤漏液。對(duì)常壓塔進(jìn)行操作調(diào)整，參見(jiàn)表8。

通過(guò)降低常壓塔頂部壓力至0.06MPa，提高塔底汽提至0.9t/h等手段來(lái)提高塔頂氣相負(fù)荷并對(duì)常壓塔頂產(chǎn)品質(zhì)量間隔4h進(jìn)行分析，常壓塔頂部溫度變化情況參見(jiàn)表9。

表8 常壓塔操作參數(shù)的調(diào)整

表9 常壓塔頂部溫度變化情況

從調(diào)整常壓塔操作后分析來(lái)看，在保證常壓塔常一線質(zhì)量合格情況下常壓塔頂常頂油干點(diǎn)依然在178℃以上。

2.7 常壓塔頂露點(diǎn)溫度計(jì)算

常頂回流：13.105t/h；常頂油出裝置：6.1313t/h；塔頂注水量：6t/h；含硫污水排除量：11.255t/h；表壓力0.054MPa；汽提蒸汽：1.17569t/h；脫后原油：227.69t/h；脫后原油含水：0.36%；塔頂回流含水：680.862μg/g。

進(jìn)常壓塔水量：

1.17569 +227.69×0.36%+13.105×680.862/106=2.0043t/h；

出常壓塔水量：

11.255 +(13.105+6.1313)×680.862/106-6=5.256t/h；

以進(jìn)常壓塔水量計(jì)算可得：

油氣摩爾流量：(13.105+6.1313)×1000/100=192.363 kMol/h；

水摩爾流量：2.0043×1000/18=111.35 kMol/h；

水的摩爾分?jǐn)?shù)為：111.35/(111.35+192.363)=0.36663；

水的分壓為：0.36663×(0.101+0.054)×1000=56.827kPa；

水露點(diǎn)核算：56.827kPa水蒸汽對(duì)應(yīng)露點(diǎn)84.57℃。

以出常壓塔水量計(jì)算可得：

油氣摩爾流量：(13.105+6.1313)×1000/100=192.363 kMol/h；

水摩爾流量：5.256×1000/18=292kMol/h；

水的摩爾分?jǐn)?shù)為：292/(292+192.363)= 0.603；

水的分壓為：0.603×(0.101+0.054)×1000=93.44kPa；

水露點(diǎn)核算：93.44kPa水蒸汽對(duì)應(yīng)露點(diǎn)97.74℃。

由以上兩種計(jì)算方法可見(jiàn)，因水量估算存在較大差距，所得露點(diǎn)溫度相差也較大，在造成差距的因素未消除前，應(yīng)采用較保守的溫度控制策略，即控制塔頂溫度高于最高計(jì)算露點(diǎn)溫度。

塔頂溫度長(zhǎng)期偏低運(yùn)行，常頂回流溫度85℃長(zhǎng)期低于塔頂氣相的露點(diǎn)溫度97.74℃，初期冷凝區(qū)移至塔內(nèi)，常壓塔塔頂部分的筒體、封頭及塔盤腐蝕嚴(yán)重。隨著每周期運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，頂層塔盤腐蝕加劇，從而導(dǎo)致這部分塔盤分離效率的降低，以至于繼續(xù)降低塔頂溫度來(lái)調(diào)節(jié)塔頂石腦油的干點(diǎn)。每個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，表現(xiàn)為回流比逐漸增加，塔頂溫度逐漸降低，石腦油產(chǎn)率逐漸下降，這與裝置的運(yùn)行狀況相吻合。

在常壓塔上層運(yùn)行工況不正常的起因證實(shí)后，結(jié)合常壓塔長(zhǎng)周期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的腐蝕及結(jié)垢現(xiàn)象，進(jìn)一步對(duì)塔盤腐蝕及浮閥失效進(jìn)行進(jìn)一步分析，分析結(jié)果如下：

(1)塔河原油硫含量大約2%左右，酸值約為0.25mgKOH·g-1左右，密度950kg/m3左右；脫前鹽含量較高，通常在200～500mg NaCl/L范圍內(nèi)，由于常壓系統(tǒng)電脫鹽運(yùn)行效果不好，脫后含鹽約8～10mgNaCl/L，含水約0.3～0.6wt%。原油經(jīng)過(guò)脫鹽脫水后，仍然有一部分氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽類存在于脫后原油中，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，氯化鈣、氯化鎂等會(huì)水解生成HCl。另外，由于原油的深度開(kāi)采，一些油田添加劑中含有的有機(jī)氯化物也會(huì)在一定條件下生成HCl。氯化氫和硫化氫在沒(méi)有液態(tài)水時(shí)對(duì)設(shè)備腐蝕很輕，或基本無(wú)腐蝕(如常壓塔頂部封頭及常頂餾出線氣相部位)。但在氣液相變部位，出現(xiàn)露水之后，則形成H2S-HCl-H2O型腐蝕介質(zhì)，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。致使常壓塔上層塔盤及受液盤結(jié)鹽造成上部精餾效果變差。

(2)常壓塔頂部塔盤壓板及固定螺栓因腐蝕及塔盤振動(dòng)磨損減薄，造成常壓塔塔盤腐蝕脫落。塔盤浮閥腐蝕減薄，在高氣流沖刷下脫落。常壓塔上層塔盤腐蝕脫落及浮閥腐蝕脫落失效，塔盤間氣液相分布嚴(yán)重不均，常壓塔上部精餾效果變差。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，引起常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)及操作不正常的主要原因是常壓塔頂部分離效果差，塔盤存在浮閥腐蝕脫落漏液的問(wèn)題。為解決這一部分問(wèn)題，可采取以下措施。

(1)做好裝置“一脫三注”工作，降低電脫鹽脫后鹽含量，必要時(shí)應(yīng)對(duì)電脫鹽改造。

(2)定期對(duì)常壓塔進(jìn)行在線水洗，清除塔盤上結(jié)鹽，減緩塔盤垢下腐蝕。

(3)為了減少常壓中段回流抽出量，使常壓塔塔頂分離負(fù)荷更均勻，增加運(yùn)行過(guò)程中調(diào)節(jié)的靈活性和可調(diào)性，增加頂循取熱。

(4)合理分配加工負(fù)荷，將能在閃蒸罐中頂部分離的組分盡可能在閃蒸罐分離，搞好常壓塔氣液相平衡，控制好塔內(nèi)2個(gè)回流比例，控制好塔頂壓力及冷回流量不大于13t/h，穩(wěn)定常一線抽出量，如常一線終餾點(diǎn)升高時(shí)，不能只通過(guò)降低常一線抽出量來(lái)調(diào)節(jié)，加重常壓塔頂負(fù)荷。