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中国石化青岛石化专家分享——常减压装置减压塔填料结焦原因分析及应对措施!

发表时间: 2021-08-31 10:34:34

作者: 炼油化工技术与装备网

来源: 化工活动家

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导读:青岛炼化12Mt/a常减压蒸馏装置采用KBC减压深拔技术,减压塔自上而下共设有5段填料,塔底汽提段采用浮阀塔盘。Ⅰ段至Ⅲ段填料材质为0Cr18Ni9,Ⅳ,Ⅴ段为316L。在2015-2019年第三生产周期发生严重结焦的是第Ⅴ段,即洗涤段填料。该段采用的是组合填料形式,上部为波纹填料,底部为垂直格栅填料。在2011-2015年第二个生产周期,该段填料曾经发生过结焦,但结焦程度较轻,为保证设备的长周期运行,在2015年检修时对该段填料进行了整体更换。在2019年检修期间,发现洗涤段填料结焦情况比上一生产周期更加严重。

减压塔填料结焦情况:

在检修期间,通过减压塔内部检查确认,第Ⅳ段及以上部分填料基本没有出现结焦情况,第Ⅴ段填料即洗涤段局部结焦比较严重,填料上部结焦形态为油泥状,越接近填料中下部,结焦越严重,结焦产物呈硬质焦块状(见下图)。

分别对减压塔洗涤段填料中、下部焦状样品进行分析,结果见下表。

通过对样品组成进行分析,样品中元素大部分为碳,质量分数为69.32%和79.50%,判断该样品为结焦产物。样品中金属含量较低,这部分金属一部分来自原油本身,另一部分为高温硫腐蚀产物。洗涤段填料上部的油泥,是在停工期间柴油超级清洗过程中产生:柴油清洗时,洗涤油段流量仅为100t/h左右,达不到填料最低喷淋密度要求,导致一些机械杂质和黏油等附着在填料表层而形成表层油泥。而填料中、下部的硬质焦块,判断是在生产过程中产生。

结焦原因分析:

1.原料性质

统计该炼油厂2011-2015第二生产周期和2015-2019第三生产周期加工原油品种及数量,结果见下表。

通过对比第二周期和第三周期加工原料发现:总加工量以及主要加工原油品种变化不大,但第三周期加工伊重原油的比例明显提高,伊重原油相比另外几个油种残炭、胶质和沥青质含量更高,结焦倾向性更大。另外,从第三生产周期开始回炼储运罐区重污油,其性质较差,机械杂质含量较高,容易在填料层内形成垢物,加剧填料结焦。 

2.操作参数

统计该炼油厂第二周期和第三周期减压炉出口温度、减压塔洗涤油流量等与洗涤段填料结焦密切相关的运行参数(剔除异常工况条件下的极值),并与设计值作比较,结果见下表。

由表可以发现,第三周期减压炉平均出口温度为422℃,较上周期平均低2℃,较设计值低4℃,减压塔闪蒸段平均温度为397℃;洗涤油流量最低不小于180t/h,高于设计值166.3t/h。

第三生产周期操作参数波动不大,均未超过设计控制要求,操作参数的变化并不是导致填料结焦的原因。另外,运行末期,减压塔各运行参数、减压深拔效果和产品质量指标等均未发现明显异常,因此判断洗涤段填料属于局部区域结焦,填料尚能满足减压塔分离要求,检修时填料拆解过程中也证实了这一点。

3.异常工况

在第三生产周期,由于外部电网线路故障,导致该炼油厂现场设备供电中断,装置被迫紧急停工。减压塔各中段回流突然中断,特别是洗涤段,其温度在390℃左右。洗涤油中断后,填料层内局部过热,加快了重质油品裂化和缩合反应,从而导致结焦。这些焦块停留在填料层内,导致填料层润湿不均匀,局部润湿不足,进一步加剧结焦。洗涤油的突然中断是洗涤段填料结焦的重要原因。 

4.设备问题

通常情况下,比表面积在125~200m2/m3的规整填料,推荐最小洗涤油的喷淋密度在0.5m3/(m2·h)左右。喷淋密度与洗涤油的流量、性质和洗涤段压力等操作参数有关,利用HYSYS流程模拟软件建立仿真模型,以设计加工量12Mt/a为基准,洗涤段残压3.8kPa条件下,得到不同洗涤油量对应的气液相负荷数据,并计算出喷淋密度(见下表)。

由表可知,为满足最小喷淋密度要求,洗涤油流量应控制在160t/h以上,最小不得低于150t/h。按照2015-2019年第三生产周期的洗涤油流量为180~200t/h,在正常生产的条件下,理论上完全满足喷淋要求,但在检修过程中,发现洗涤油个别喷头出现了堵塞的情况。喷头堵塞导致洗涤段填料局部区域得不到充分润湿,是洗涤段填料结焦的另一个重要原因。 

5.加工负荷

该炼油厂于2015年第二次大检修时进行了扩能改造,加工量由10Mt/a扩大至12Mt/a,但减压系统未进行同步改造,通过优化操作参数,按最初设计负荷的110%操作。另外,自2017年底起,为改善下游柴油加氢装置原料性质而降低常三线95%馏出点,常三线柴油拔出量降低,导致减压塔实际操作负荷进一步上升。减压塔负荷的增大,对洗涤段填料结焦有一定促进作用。

结论及建议:

1.结焦原因

①全厂停电和紧急停工,导致洗涤油突然中断,致使填料层局部过热;

②洗涤油个别喷头堵塞,导致局部填料润湿不均匀;

③劣质原油及重污油掺炼比例提高和减压塔加工负荷的增大,一定程度上加剧了洗涤段结焦。 

2.建议措施

①控制劣质原油的加工比例,控制重污油掺炼比例,每次掺炼不超过150t/h。

②操作参数严格按照减压塔设计要求,并保证一定的安全裕量。日常操作中,严格监控洗涤段填料压力降,发现异常时,及时调整。

③做好异常工况应急响应,严格控制减三线集油箱液位不低于40%,防止减三线泵抽空导致洗涤油突然中断。建议在减二线泵出口和洗涤油管道增加一条跨线,在洗涤油突然中断时,可由减二线临时代替洗涤油,防止洗涤段填料局部过热。

④对减压塔洗涤油喷头全部疏通、清洗,堵塞严重的喷头进行更换,避免因设备原因导致填料结焦。

⑤进行工艺技术改造,常压塔增加常四线以便蜡油直接送至下游装置,从而降低减压塔负荷。

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