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渣油加氢装置自动反冲洗过滤器常见问题分析及对策

发表时间: 2021-04-12 08:44:10

作者: 高舜 戴林

来源: 《化工设计通讯》

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摘要:介绍了某渣油加氢装置采用的ProGuard4000系列自动反冲洗过滤器的工作过程。经过两个运行周期表明,该过滤器过滤精度、自动化程度高,能有效地滤除原料中的杂质,保障装置的长周期平稳运行。但由于程控阀故障,过滤器存在物料互窜、介质泄漏及阀门不动作等问题,就此进行了分析,并提出了应对的措施。

关键词:渣油加氢;自动反冲洗;过滤器;程控阀

某炼厂4 000kt/a 渣油加氢装置反应部分有Ⅰ、Ⅱ两系列运行,原料油密度大、黏度大、杂质较多,若不对原料中的杂质进行滤除会劣化设备运转的工况缩短寿命,还会增大反应器的床层压降,继而导致催化剂活性提前失效,对渣油加氢装置而言,催化剂活性代表了装置运转的寿命,失效则需停工换剂,这对企业运营非常不利[1]。为了避免原料中的杂质对催化剂活性造成影响,延缓反应床层压降的增速,延长装置运转周期,该装置两系列原料预处理均采用同样设计的ProGuard4000系列自动反冲洗过滤器,滤除大于25μm 的杂质。经过两个运转周期的运转,过滤器时有出现压力更高的反冲洗油及反冲洗污油窜至原料系统、冲洗频繁、介质泄漏和阀门不动作的情况。

1、过滤器工作过程

原料油升压泵将滤前原料油缓冲罐内的原料升压后,经换热器换热达到一定温度再进入反冲洗过滤器进行过滤,过滤后的原料再汇聚到滤后原料缓冲罐。正、反向冲洗的介质精渣引自产品,反冲洗污油回到产品出装置。反应两系列各有六组过滤器,SR101A 至F 和SR201A 至F,图1为其中的A 组过滤器的工艺流程。

图1 A组过滤器工艺流程

1.1 过滤工况

1号滤前油程控阀、2号滤后油程控阀以及6至20号各滤筒的程控阀均打开,原料油进入过滤器,大于25μm 的杂质被滤芯拦截下来,滤后油汇集到滤后油缓冲罐中。

1.2 正向置换

过滤器系统压力差达到设定值时,控制程序开始执行冲洗工序。程序上设为“主”的A 组过滤器先关闭1号滤前油程控阀、开启3号正冲洗程控阀进行正向置换,正冲洗油程控阀前路设有切断阀和压差控制阀,压力较高的冲洗油由控制阀限制满足置换的流量,滤筒及管线内残留的性质较差的原料被精渣置换进原料系统,置换完毕后2号、3号阀关闭,A 组从正常过滤中切出,B、C、D、E、F 组照常过滤。

1.3 反向冲洗

A 组6~20号滤筒程控阀关闭,5号反冲洗污油程控阀、4号反冲洗程控阀依次开启,6号阀开启反冲洗油进入过滤器将滤芯的杂质冲洗下来与反冲洗污油返回到产品精渣中,然后6号关闭7号阀开启,A 组所有15个滤筒程控阀按程序设定开启关闭后,4、5号程控阀依次关闭,6~20号程控阀开启,2、1号程控阀依次开启,A 组重新上线过滤。控制程序按上述步骤对余下设为“从”的B、C、D、E、F 组依次进行反冲洗。

2、存在的问题及影响

2.1 介质泄漏

随着运转时长的积累,程控阀开始出现填料和阀杆处泄漏介质的问题,且无法在线处理。过滤器内介质温度高,若泄漏扩大则有起火的隐患,严重影响生产安全。

2.2 阀门不动作

程控阀是过滤器实现自动反冲洗的关键,阀门不动作指阀门保持某个开度后不能被执行机构控制,分为常开、未全开及全关的情况。

2.2.1 滤筒程控阀

保持常开,在过滤器执行反冲洗工序的时候,会降低反冲洗油的压力,影响冲洗的效果;保持常关则随着问题滤筒程控阀数量的上升,过滤器处理能力下降越明显;未全开的情况既影响冲洗效果又会对过滤器的处理能力产生负面影响。

2.2.2 正冲洗程控阀

常关时无法实现正向置换,过滤器反冲洗的时候会把滤筒内残余的未经反应的原料油冲至成品,对下游装置原料性质造成影响;未全开时会因阀门开度对正向置换的效果和下游原料性质造成不同程度影响。

2.2.3 滤前程控阀

保持常开,影响正向置换的效果,过滤器反冲洗时压力较高的反冲洗油窜至原料中;未全开则限制原料流入过滤器的量,降低过滤器处理能力,正向置换和反冲洗的时候产生的影响与全开状态类似;常关则过滤器无法正常工作。

2.2.4 滤后程控阀

保持常开,反冲洗时会窜量;未全开除了造成窜量之外还会影响正向置换的效果;常关则过滤器无法正常工作。

2.2.5 反冲洗、反冲洗污油程控阀

这两个程控阀常开,在过滤器正常过滤和正向置换时造成窜量;未全开则造成窜量之外还会影响反冲洗的效果;全关则无法实现自动反冲洗。反冲洗污油程控阀造成窜量时还会加剧过滤器的负荷。

2.3 窜量至原料的影响

窜量对生产的影响较大,该问题一方面是滤前、滤后、反冲洗及反冲洗污油程控阀不动作引起的;另一方面是过滤器在线工作时程控阀不能及时关闭,即:①正向置换完毕后滤后油程控阀未能及时关闭,反冲洗油、反冲洗污油程控阀已开启;②反冲洗完毕后,4号或者5号阀未能及时关闭,过滤器已按程序设定上线过滤。

2.3.1 扰乱掺炼比例

原料因后路压力高,升压泵打出的量只能通过最小流量线返回滤前缓冲罐,精渣则顺着管线进入到滤后缓冲罐。装置目前生产的原料为渣油和蜡油,分别通过冷渣和热渣线进入滤前缓冲罐,精渣窜量导致滤前原料罐液位上涨,串级控制的热渣调节阀逐渐关小,手动控制的冷渣调节阀阀位不变,造成滤前缓冲罐内的原料掺渣比紊乱,影响正常生产。

2.3.2 增加过滤器负荷

反冲洗完毕过滤器执行正常冲洗程序,若反冲洗污油程控阀未能及时关闭,一方面污油中的杂质会顺着介质重新附着到刚冲洗完处在过滤状态的过滤器滤芯上而影响滤芯的冲洗效果;另一方面,杂质会顺着滤前原料线附着到其他连通的在线过滤的过滤器滤芯上,过滤器系统压差因此上升加速,过滤器冲洗频次增加,负荷增加。

2.3.3 降低经济效益

精渣是经反应分馏分离得到的产品,当它再次进入反应器会占用装置生产的能耗,造成能耗浪费;过滤器冲洗间隔缩短,冲洗次数增加,程控阀控制气源也会增加消耗,由于程控阀的开关次数增加,阀体件磨损加剧,维护成本相应增加。

3、问题的原因分析

对下线的程控阀进行检修发现,出现的问题都是程控阀故障导致,而导致故障[2]的原因是设计的不合理。

3.1 填泄漏

填料泄漏主因是填料函深度设计较浅(如图2所示),填料函只能装三个填料;填料压盖设计不合理,一方面填料压盖压环太浅无法对填料形成有效挤压作用,另一方面如图3所示压盖的连接螺栓采用了内六角内嵌式的螺栓,在线无法紧固。

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图2 填料函及填料压盖

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图3 内六角内嵌式的压盖连接螺栓

3.2 阀杆磨损

阀杆为单键式(如图4所示),执行机构向转轴传递扭矩时仅依靠一侧的平键,使转轴受力不均,易与衬套摩擦造成阀杆磨损。阀杆防吹出的结构较薄,长时间高频开关后整个防吹出结构磨损失效,导致阀杆在受介质压力后被顶出,与阀芯脱开。阀杆表面磨损后填料密封不严,容易造成介质泄漏。

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图4 单键式阀杆磨损严重

3.3 阀门不动作

阀门不动作的原因有电磁阀故障、阀杆与阀芯脱开以及执行机构故障。其中执行机构故障主要因为执行机构设计不合理导致传动力不平衡,阀门开关受限,日积月累引起拨叉磨损断裂和活塞定位销断裂,如图5所示。

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图5 执行机构和断裂的拔叉、定位销

4、结论及应对措施

自动反冲洗过滤器是原料预处理段的关键设备,它能否正常稳定工作直接影响到生产的平稳。

填料函及填料压盖的压环设计太浅、压盖的连接螺栓采用了内六角内嵌式的螺栓导致填料发生泄漏时无法在线紧固;程控阀执行机构设计不合理引发故障导致阀门关不严,当因为反冲洗污油程控阀未能及时关闭引发窜量时,过滤器的滤芯受到污染加剧过滤器负荷,导致冲洗频次增加;阀门高频次动作让单键式阀杆表面磨损严重后填料密封不严导致介质泄漏;而阀杆限位凸台防吹出结构较薄,磨损失效后导致阀杆在受介质压力后被顶出与阀芯脱开、拨叉磨损断裂和活塞定位销断裂导致阀门不能动作。

应对措施:①对阀体进行改造升级,阀杆顶部传动部位由平键传动改为四方传动,使得阀杆在接收执行机构所传递的扭矩时受力均匀,阀杆与球体采用方头连接,并带导向轴设计,使球体围绕阀门中心线旋转,运行更加平稳,如图6所示;②将部分有问题的程控阀替换成整体结构布局合理、阀门扭矩直接传递到阀体,保持阀门运行平稳,双轴向导向轴承能长期运行平稳的新程控阀。

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图6 阀门改造前后对比

经过一个运转周期的观察,技改后的程控阀和新换的阀门运行状况良好。


作者:高舜  戴林(中海油惠州石化有限公司,广东惠州6)

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