哈雷釬焊板式換熱器
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                重整預加氫脫砷反應器床層壓力降高的對策

                點擊:1642 日期:[ 2014-04-26 21:13:53 ]
                                    重整預加氫脫砷反應器床層壓力降高的對策                                  楊建成        (中國石化集團洛陽石油化工工程公司,河南省洛陽市471003)     摘要:某連續重整裝置預加氫反應器催化劑床層壓力降急劇升高,影響了循環氫壓縮機的平穩運行和正常生產,裝置被迫平均每3個月進行一次“撇頭”操作。分析發現,該反應器壓力降高的直接原因是原料攜帶的腐蝕性產物和預加氫系統在高溫條件下反應產生的結焦物在開停工或操作異常波動時被帶到反應器床層頂部,并形成濾餅和硬蓋。對此,采取了以下措施:①對預加氫進料加熱爐爐管進行通球清焦;②對預加氫進料換熱器進行化學清洗;③增設預加氫循環氫流量低低切斷進料聯鎖系統。運行結果表明,該反應器壓力降維持在400kPa以內,裝置無需撇頭已連續平穩運行了8個月以上。提出了長周期運轉的建議。     關鍵詞:預加氫反應器 壓力降 撇頭 措施 效果     國內某煉化企業600kt/a連續重整裝置預加氫脫砷反應器(R101)自2001年11月首次投用以來,一直存在催化劑床層壓力降高、“撇頭”頻繁的問題,經分析主要原因是換熱器高溫部位管壁積炭、非直供原料腐蝕物的攜帶及爐管結焦造成反應器頂部床層堵塞,裝置被迫平均每3個月必須進行一次“撇頭”操作。由于在“撇頭”的處理過程中需避免反應器內壁及催化劑遇到空氣產生硫化亞鐵自燃,每次專業人員不得不在氮環境下進入反應器進行特種作業。R101催化劑床層壓力降高的問題一直是重整裝置安全生產的重大隱患,查清原因,采取針對性的處理措施非常重要。本文從設計和生產運行管理的角度,在大量運行數據、運行經驗及設計對比分析基礎上,進行了深入研究,提出了處理措施,實施后效果顯著。     1 原因分析     通過對該裝置預加氫系統全方位的分析,發現該反應器壓力降高的直接原因是原料攜帶的腐蝕性產物和預加氫系統在高溫條件下反應產生的結焦物在開停工或操作異常波動時被帶到反應器床層頂部,并形成濾餅和硬蓋。油氣在通過反應器時阻力增大,造成床層壓力降的升高。R-101撇頭時在床層頂部表面發現大量焦塊黏附在催化劑上。     分析表明,結焦產物主要是碳黑、鐵的硫化物和氧化物,不是聚合物。炭黑中吸附了少量有機物。從樣品分析結果看,結焦產物的主要成分是腐蝕性產物和高碳物。     腐蝕性產物產生的主要原因是原料中的硫腐蝕。通常該裝置預加氫原料硫質量分數一般在100μg/g,循環氫硫質量分數一般在500μg/g左右,裝置長周期運轉時管線和設備都產生一定程度的腐蝕。該裝置罐區的原料存儲沒有制定嚴格的存儲時間限制,個別時間長達一兩個月,罐區在設計上也沒有設置氮封保護設施,在低液位條件下增加了油品與氧的接觸機會,使進料中溶解氧增加;同時直餾汽油中的硫含量隨著原油品質的惡化也在不斷增加,造成其儲油罐及上游蒸餾裝置直餾石腦油的腐蝕問題加??;在開停工或出現異常波動時,腐蝕性產物就會不斷被帶到反應器床層表面并逐漸形成濾餅。     高碳物主要是無定形碳,產生的原因是有部分重組分進爐前未能完全汽化,在低氫油比條件下在爐管內壁結焦生炭,在處理量大幅度波動時,被不斷攜帶到反應器床層頂部。有資料表明,如果原料進爐前溫度過低、沒有完全汽化,或者氫油比過低,油品就容易在爐管內結焦。因此,保持合理的原料進爐前溫度、原料干點、提高循環氫量,保證原料進爐前完全汽化,對于抑制爐管生焦是非常必要的。由于該裝置建成較早,設計上沒有設置聯鎖保護系統,缺少預加氫循環氫流量低低切斷進料的聯鎖,在運行中多次出現壓縮機故障或意外停機,造成氫油比極低的工況,在操作上未能實現在第一時間切斷進料,因此大量重組分進爐前沒能完全汽化,在低氫油比和無循環氫的特殊工況下,在油品爐管內壁形成結焦,隨著負荷的變化及循環氫量的波動,結焦物質被石腦油和氫氣不斷攜帶至反應器床層頂部,造成壓力降逐漸升高。     2 應對措施     根據以上的分析,為徹底解決困擾該裝置多年的預加氫脫砷反應器壓力降高的難題,2011年停工檢修期間提出并實施了以下措施。     2.1 對預加氫進料加熱爐爐管進行通球清焦     該預加氫系統由于進料加熱爐F-101爐管使用周期較長(10a),且多次發生循環氫流量低的情況,推斷出爐管內部管道結焦嚴重。為確保裝置平穩長周期運行,2011年停檢期間對F-101爐管進行清焦處理,清焦對象為F-101對流段及輻射段4根爐管,其中輻射管規格為168mm×8mm×266m,對流爐管規格為168mm×8mm×141m。     采用機械清焦方法,以清焦球作為清焦工具用水推動其在爐管內運動,用清焦球上安裝的螺釘將附著在爐管內壁上的焦及銹刮除掉。垢物被水帶出爐管并收集在桶內,未對環境造成污染。與傳統的蒸汽清焦方法相比,徹底清除了爐管內的結焦及銹垢,同時減少了燒焦帶來的煙氣排放。機械清焦爐管總長度(包含所有彎頭的長度)為1628m,爐管結焦最厚處達3mm。清焦過程中發現爐管內結焦嚴重,總計清理出結焦產物0.6t。清焦后的爐管內壁非常干凈。     經分析,F101爐管內結焦物主要成分為碳黑和硫鐵化合物。     2.2 對預加氫進料換熱器進行化學清洗     該裝置預加氫進料換熱器采用臥式U形管換熱器,原料走殼程,反應產物走管程,這樣的設計為殼程結焦物質的清洗提供了方便條件。2011年停工檢修打開該換熱器時,發現殼程高溫部位結焦情況比較嚴重,停工檢修期間對其進行化學清洗,清洗效果非常理想。     2.3 增設預加氫循環氫流量低低切斷進料聯鎖     由于該裝置建成較早,沒有設置聯鎖保護系統,停工檢修時對預加氫循環氫流量低低連鎖進行了改造,擴充部分聯鎖動作功能。     改造后當循環氫流量低低連鎖被觸發時,強制執行下列動作:     (1)切斷加熱爐燃料氣(原有功能);     (2)停預加氫進料泵;關閉進料泵出口調節閥及切斷閥;打開泵出口回流線(新增功能)。改造借鑒了其他加氫裝置的設計理念,在泵出口設置了回流線及安全閥,將原料返回至原料緩沖罐,以確保開工時原料的汽化溫度。     3 改造后的情況     采取了以上措施后,反應器床層壓力降在正常范圍內(不大于400kPa)已維持了8個月以上,實現由原來每3個月一撇頭到目前超過8個月不需撇頭、平穩運行的飛躍。     4 存在的問題     在運行周期內,反應器床層壓力降雖然一直在正常范圍,但也有兩次階躍式的上漲(與以往緩慢增長不同),不過這兩次上漲均發生在切換循環氫壓縮機之后(循環氫量波動較大),這說明殘存在F-101爐管集合點前端(未能進行爐管通球清焦的死角)的結焦產物在循環氫量變動的特殊工況下又被攜帶至反應器床層。     5 小 結     (1)預加氫進料聯鎖的設計存在缺陷是重整預加氫脫砷反應器R-101壓力降急劇升高的一個主要原因,解決的措施為增設預加氫循環氫流量低低切斷進料聯鎖。     (2)爐前進料溫度和氫油比的合理控制可有效抑制預加氫系統結焦。     (3)對上游原料指標的監控和腐蝕性產物的控制應有足夠的重視。     6 建 議     (1)確保預加氫循環氫流量低低切斷進料(停進料泵、關閉進料控制閥)聯鎖投用正常。     (2)開工進料前,最小流量線控制閥至少保持50%閥位,并根據預加氫原料進爐前溫度變化增點F-101火嘴和調整閥位,確保整個開工過程中預加氫原料進爐前溫度高于原料石腦油的汽化溫度。     (3)在原料控制上,一方面要降低原料硫含量(確保其在0.03%以下),減少硫腐蝕;另一方面控制預加氫原料干點在175℃以下,減少系統生焦。     (4)預加氫進料增設過濾精度適宜的過濾器可有效過濾進料中的腐蝕性產物及機械雜質,可以緩解反應器床層壓力降的升高。     (5)建議進料儲罐設置氮封,以減少腐蝕性產物的產生。     (6)建議取消積垢籃和瓷球傳統容垢模式,采用工業化成熟的新型保護劑分級裝填技術方案。(編輯:漆萍)
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