炼油装置常压塔

炼油装置常压塔和芳烃联合装置抽余液塔运行分析和技术对策浙江宁波镇海炼化分公司乙烯生产准备部李友松【摘要1】镇海炼化炼油一部第三套常减压装置从2004年5月开始在实际运行中出现别离效率下降及局部超负荷的问题。针对此问题，收集常压塔操作的各项相关参数，尤其是压降的变化，利用数理模拟分析，结合现场检查验证，指出造成上述问题的原因是常压塔顶部低温H2S-HCl-H2O腐蚀严重，并提出相应的操作调整对策。【摘要2】镇海炼化炼油五部芳烃联合装置抽余液塔〔T204〕试生产期间别离效果差曾经是装置生产瓶颈，为了彻底解决T204存在问题，经过运行分析和技术改造，采用了南京凯宁精馏技术公司的专利技术——复合孔微型浮阀塔盘。改造后，抽余液塔别离效果到达了设计要求，同时提高了装置的运行负荷，保证了产品的质量指标，减少了解吸剂的跑损。

一、炼油常压塔顶塔盘镇海炼化炼油一部第三套常减压装置设计加工负荷为10000kt/a。装置设计加工油种为中东轻质原油，是目前国内单套加工能力最大的常减压装置之一。常压塔塔内件采用华东理工大学的专利技术“导向浮阀塔板〞。该塔自1999年11月投用以来，运行效果良好。但是从2004年5月开始，常压塔在较大处理量加工轻质油种时，出现了一系列不正常的现象，主要有：在中段回流量已提到极限时,顶回流量仍居高不下，顶回流量对塔顶温度调节不灵敏，常顶干点屡次出现大的偏离；常一线与常顶一级的重叠度变大，闪点低跑频率上升。可能的原因：原油中所含的盐类经电脱盐系统预处理后，仍残存局部盐类进入常顶系统，造成了低温的HCl-H2S-H2O腐蚀。为减缓腐蚀，确保装置的长周期运行，装置采用了“三注〞措施，具体为注缓蚀剂、注氨水-中和剂、注水。其中，塔顶注氨以后会生成铵盐，随塔顶回流返回塔内，可沉积在顶部塔盘、降液管及受液盘上。且该装置的注水具有自己的特点，为初常顶污水回用，其中带有大量垢物，回注到常顶系统中更容易造成常压塔顶部塔盘的沉积结垢。通过对常压塔系统各操作参数的调整、分析，判断常压塔上部塔盘本身出现问题的可能性较大。塔内件为导向浮阀塔板，不易磨损，不易脱落，可以排除浮阀大量脱落而造成操作不正常的可能性，认为较大的可能性是常压塔顶部塔盘因常压塔顶部系统低温H2S-HCl-H2O腐蚀而造成严重结垢，继而影响常压塔的稳定操作和别离效果。模拟分析：我们请华东理工大学的研究人员利用空气-水系统，测定了开孔率为12.3%,板间距600mm,出口堰高30mm的导向浮阀塔板液流强度和阀孔动能因子对塔板压降的影响。试验结果绘于以下图，由图可以看出，在液流强度一定和塔板结构已定的前提下，在浮阀全开以前，塔板压降几乎不随阀孔动能因子变化而变化；在浮阀全开后，塔板压降随阀孔动能因子增大而增大。阀孔动能因子计算公式如下：Fo＝[VS/〔0.25πD2N〕]ρ0.5式中：Fo，气体通过阀孔时的动能因子；VS，上升气体量，m3/s；D，阀孔直径，m；N，阀孔数；ρ：气体密度，kg/m3；如果常压塔顶部塔板结垢堵塞的假设成立，就相当于塔板的开孔率下降,塔板上的阀孔数N下降。根据上述公式，并结合图形，可推出在气液相负荷不变和塔板结构已定情况下，塔板的动能因子Fo增大，塔板的压降将相应增大。

现场检查确认：2006年3月，Ⅲ套常减压装置进行停工检修，利用此次时机，对塔内部情况进行了实地的勘察，发现上部第1层塔盘全部冲翻，2、3层分别冲翻了50%和30%，且冲翻塔盘浮阀根本脱落。常一线上4～11层塔盘及受液盘上脏物堆积严重，大局部浮阀处于卡死或全开状态，少局部脱落。11层以下塔盘相对较干净。常压塔内顶回流管塌陷，有4只法兰处于半脱开状态。运行分析：1、常压塔4～11层塔盘及受液盘上脏物堆积严重，主要原因是：①塔内脏物主要为常顶换热器E102腐蚀产物，因常顶回流罐容量小，加之脏物颗粒细小，致使回流液中携带的腐蚀产物因回流罐停留时间不够而别离不干净，局部腐蚀产物经回流带入塔内。②顶部塔盘冲翻、顶回流管塌陷后造成内回流不正常，4～11层间气、液分布严重不均，且存在较多死角，致使脏物聚集成堆。2、常压塔1～3层塔盘浮阀脱落、塔板冲翻原因：①常压塔顶部油气H2S、Cl-浓度高，腐蚀性强，浮阀因腐蚀减薄，在高气流冲刷下脱落。②塔盘压板和固定螺栓因腐蚀及塔盘振动磨损减薄，造成塔盘固定松散。在以下2种情况下可能造成塔盘侧翻：一是在塔盘上积垢严重，阻力大，遇常压塔操作波动(如停电时常顶回流及中段回流突然中断)时，造成塔盘瞬间受到巨大冲力；二是顶回流管塌陷后，塔顶内回流不正常，塔盘出现漏液，塔盘上无正常液流层，遇常压塔顶负荷突然大幅度波动时冲翻。操作对策：华东理工大学的专利技术“导向浮阀塔板〞本身技术成熟可靠，操作不正常的原因是塔顶部系统的低温H2S-HCl-H2O腐蚀严重所引起的。塔顶腐蚀产物进入常压塔顶部，造成严重的结垢，使得顶部塔板开孔率降低，油品汽液相传质传热作用变差，常压塔顶局部馏效果得不到保证，馏程重叠，常顶及常一线产品不容易合格。而且在出现常压塔操作负荷大幅度变化的情况时(如停电时常顶回流及中段回流突然中断)，顶部塔盘缺乏足够的操作弹性，容易出现局部的超负荷现象。分馏塔板压降增大，严重时降液管中液体不能顺利下流而产生液泛。塔内件的固定螺栓会因腐蚀磨损减薄，造成塔盘固定松散，进而在恶劣工况下冲翻塔盘。为减少上述危害，我们主要在操作上采取以下对策：1、搞好装置的“一脱三注〞工作，减缓常顶低温腐蚀；定期对常顶回流罐进行拉空，尽可能防止垢物重新进入常压塔内。2、在轻质油种加工任务较重，常压塔操作工况有明显恶化趋势时可考虑在线清洗方案。3、稳定常压塔的操作，防止塔操作负荷大幅度的变化对塔内件的冲击损坏。4、积极寻找常压塔顶系统冲洗水较高品质的替代水源。5、合理分配加工负荷，将能在初馏塔中拔出的组分要尽可能在初馏塔拔出；搞好常压塔3个回流的比例，控制常顶回流不大于150t/h；稳定常一线拔出量，在常一线干点过高时，不可一味降常一线拔出量，加重常压塔顶部的负荷。

二、芳烃联合装置抽余液塔镇海炼化炼油五部45万吨/年芳烃联合装置是国内单系列规模最大的装置，其核心局部二甲苯吸附别离单元选择了法国石油科学研究院〔IFP〕的ELUXYL工艺技术，采用SPX3000型分子筛作为吸附剂，优先选择吸附混合二甲苯中的对二甲苯〔PX〕，再通过对二乙基苯〔PDEB〕解吸剂解吸，得到抽出液〔主要成分为PX和PDEB〕和抽余液〔主要成分为贫PX的混合二甲苯和PDEB混合物〕。抽余液经抽余液塔〔T204〕除去PDEB得到贫PX混合二甲苯进入异构化单元进行反响得到平衡浓度的混合二甲苯返回二甲苯别离单元再循环。T204塔盘示意图见左图规格尺寸为：7000/φ8000×51950〔切〕，该塔塔盘原为美国一家合资公司在国内生产的四溢流浮阀塔盘，降液管采用悬空式降液管，全塔共计69层塔盘，其中精馏段34层，提馏段35层。左图为原先的抽余液塔四溢流浮阀塔盘该塔主要分馏来自吸附塔的PDEB和含贫PX的C8A〔碳八芳烃〕物料，该塔顶为全回流，从第五块塔盘侧线抽出作为异构化反响原料。设计100％负荷时进料量为609.75t/h，侧线中PDEB含量＜50ppm，塔底PDEB中C8A含量＜50ppm。操作条件：塔顶压力：0.08MPa(G)，回流罐压力：0.04MPa(G)塔底压力：0.16MPa(G)，回流温度：70℃回流量：进料量的0.736(wt％)进料温度：193℃，进料压力：0.13MPa(G)联合装置试生产期间，T204别离效果一直不理想，严重影响着装置运行负荷、PX产品的质量，也增加了价格昂贵的对二乙基苯〔PDEB〕跑损。当负荷在80%左右时，塔底PDEB中二甲苯含量根本保持在200ppm左右，侧线中PDEB跑损量较高在100～500ppm左右。且塔压及塔各点温度波动较大，无法投自控，操作难度较大。虽然负荷在55％左右时，分馏效果趋于好转，侧线中PDEB含量在100ppm以下，但当时塔顶压力和各点温度波动比较大。模拟与实际工况比照：由于现有的程序无法计算悬挂式降液管塔板的水力学特性，只能根据以常规浮阀四溢流塔板进行计算。模拟的水力学数据说明，精馏段存在一定的漏液，塔板效率非常低，只有34.7％。根据实际工况分析，造成抽余液塔别离效率低可能有两个原因：①由于塔盘上液体分布不均匀造成局部大量泄漏，液体严重返混导致效率大幅下降。对于大直径四溢流塔板，液体不均匀分布是导致塔板效率大幅度下降主要原因②由于液体通过悬挂式降液管底孔流量较大，降液管底孔开孔不均匀，局部液体集中，直接冲击到塔盘上，漏到下层塔板，造成液体返混，导致效率下降。同时，由于局部大量漏液，会导致塔盘上液层高度下降，汽液接触减少，传质效率下降。全塔压力降不高，反映出这种可能性很大。实际工况数据说明，负荷增加，尽管回流比增加，塔盘效率不能提高，反而下降，可见该塔的水力学性能和塔板效率存在问题，加大负荷造成的漏液对效率的影响更大。运行分析：1、四溢流塔板各鼓泡区的面积比例不合理，导致各鼓泡区的液体流程不一致，液流强度相差太大，影响塔板的别离效率。2、降液管面积偏小。降液管宽度只有210mm左右，虽然理论计算的液体停留时间满足要求，但液体的流动在降液管入口处会受阻，导致塔板上液层增加。3、采用等面积法设计的降液管，未采取辅堰的配套设计，使塔盘的弓形区和滞止区相对较多，这样造成上层塔盘溢流下来的液体在本层塔盘上再分配时严重不均，最终使整个塔盘面的气、液相分布严重不均匀，塔盘效率大大下降，实际塔盘效率只有30%左右。4、悬空降液管的设计不尽合理，可能造成中间降液管的液泛。虽然降液管底部的开孔面积增大能解决液泛问题，但又会造成漏液，而且负荷越高漏液量越大。由此可见，T204塔操作不正常，主要是由降液管因素造成的。一方面，降液管入口处过窄，液体无法正常流到降液管中，导致塔板上液层变厚，另外一方面，降液管底板开孔率设计不当，使液体在降液管中无法形成液封，产生气体从降液管中串升的现象。因此，要改善塔板性能，必须扩大降液管的入口面积，并取消悬挂式降液管结构。降液管面积的增加意味着鼓泡区面积的缩小，所以目前的塔盘和浮阀无法再用。最后我公司决定采用南京凯宁精馏技术专利技术——复合孔微型浮阀塔盘对T204进行技术改造。改造方案确实定：改造方案的根本思想是利用现有四溢流，等活性面积塔板的根本结构，将现有的悬空降液管改为倾斜式降液管，并适当调整降液管面积，平衡四溢流塔板的汽液流动。为增加该塔操作过程中的抗波动能力，将现有塔盘更换为复合孔微型浮阀塔盘。另外，对该塔的一些关键内件，如进料分布器、再沸器蒸汽返回分布器、回流分布器等进行改造。产品质量和分馏效果：T204改造后，塔底、侧线产品质量根本稳定，组成正常，能够满足生产要求。①侧线中PDEB含量实际分析小于10ppm，低于工艺包规定的25ppm。②塔底物流中各种二甲苯含量实际分析都小于10ppm，低于工艺包规定的塔底二甲苯含量50ppm。③根据实