王 超

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某公司200萬(wàn)噸/年的連續(xù)重整裝置采用霍尼韋爾旗下第二代超低壓連續(xù)重整專利技術(shù)，主要為全廠氫氣管網(wǎng)提供氫氣和下游芳烴裝置提供原料，該裝置由80萬(wàn)噸/年預(yù)加氫單元、200萬(wàn)噸/年連續(xù)重整單元和2 043公斤/時(shí)催化劑再生單元三個(gè)部分組成[1]。

預(yù)加氫單元以常減壓裝置生產(chǎn)的直餾石腦油為原料，采用先加氫后分餾的工藝流程，將預(yù)分餾塔與蒸發(fā)塔“合二為一“為一臺(tái)預(yù)加氫汽提塔的工藝方案，將生產(chǎn)的預(yù)加氫精制油和加氫裂化裝置生產(chǎn)的重石腦油混合后，作為連續(xù)重整裝置的原料[2]。預(yù)加氫單元的兩臺(tái)反應(yīng)器R101A和R101B正常進(jìn)行串聯(lián)使用，反應(yīng)器入口壓力控制在3.0 MPa，入口溫度控制在290～320 ℃，預(yù)加氫產(chǎn)物分離罐壓力控制在2.4 MPa。現(xiàn)使用的是由中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院開(kāi)發(fā)、北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司生產(chǎn)的預(yù)加氫催化劑FH-40C及配套保護(hù)劑。2009年預(yù)加氫催化劑預(yù)硫化結(jié)束后，預(yù)加氫單元正式開(kāi)始生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中不斷暴露出一些影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的問(wèn)題，本文對(duì)存在問(wèn)題的原因及危害進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了適應(yīng)性改造和采取了有效的對(duì)策。

1 加工原油與設(shè)計(jì)工況不符，直餾石腦油餾分較輕，預(yù)加氫單元無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行

某公司常減壓裝置初始設(shè)計(jì)加工原油為蓬萊原油，因蓬萊原油產(chǎn)量無(wú)法滿足該公司的加工要求，所以又采購(gòu)了其他種類的原油進(jìn)行混合加工，其中有幾種原油的組分偏輕，與蓬萊原油混合加工后，造成常壓塔塔壓升高至0.1 MPa(初始設(shè)計(jì)為0.07 MPa)，且產(chǎn)出的直餾石腦油組分偏輕，初餾點(diǎn)低至35 ℃，詳見(jiàn)表1。

表1 初始設(shè)計(jì)和實(shí)際原油混合加工生產(chǎn)的直餾石腦油餾程

通過(guò)表1可以看出，初始設(shè)計(jì)的直餾石腦油的初餾點(diǎn)為50.9 ℃，而實(shí)際工況的直餾石腦油的初餾點(diǎn)降至35 ℃，與初始設(shè)計(jì)相比差了15.9 ℃，其中影響最大的就是預(yù)加氫汽提塔的操作，導(dǎo)致預(yù)加氫單元無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行。預(yù)加氫單元75%負(fù)荷下汽提塔操作參數(shù)詳見(jiàn)表2。

表2 預(yù)加氫汽提塔的初始設(shè)計(jì)和實(shí)際操作的數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)表2可以看出，進(jìn)入汽提塔的組分變輕后，汽提塔的塔頂操作溫度比設(shè)計(jì)值降低15 ℃，塔底操作溫度比設(shè)計(jì)值降低7 ℃，汽提塔操作塔壓由設(shè)計(jì)值1.1 MPa降至1.0 MPa，回流比比設(shè)計(jì)值高出0.16，含硫碳五的外送量由設(shè)計(jì)值的2.6 t/h提高至7.5 t/h，受到含硫碳五外送焦化裝置的管線直徑偏小的影響(直徑為DN50)，含硫碳五外送困難，所以預(yù)加氫單元只能維持在75%的負(fù)荷運(yùn)行。

解決方法：對(duì)汽提塔回流泵進(jìn)行升級(jí)改造，提升其外送能力，還將原含硫碳五外送管線擴(kuò)徑，并新增含硫碳五外送流程，徹底消除預(yù)加氫單元無(wú)法滿負(fù)荷的瓶頸。汽提塔回流泵P104設(shè)計(jì)的最大流量為35 t/h，揚(yáng)程為120 m，如果預(yù)加氫單元滿負(fù)荷運(yùn)行處理量提至95 t/h，含硫碳外送量五和汽提塔回流量加一起將達(dá)到40 t/h，P104無(wú)法滿足使用。為此對(duì)汽提塔進(jìn)行技術(shù)改造：對(duì)汽提塔回流泵進(jìn)行升級(jí)改造，提升其外送能力將原含硫碳五外送焦化裝置管線擴(kuò)徑，新增含硫碳五外送至蠟油加氫裝置流程，徹底消除預(yù)加氫單元無(wú)法滿負(fù)荷的瓶頸。經(jīng)計(jì)算汽提塔實(shí)施如下改造，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 汽提塔改造數(shù)據(jù)表

2 加工原油輕質(zhì)化，直餾石腦油產(chǎn)量大，預(yù)加氫單元擴(kuò)瓶頸改造

因公司生產(chǎn)方案的調(diào)整，大幅度增加中輕質(zhì)原油的加工比例，常減壓裝置直餾石腦油的平均產(chǎn)量都在120 t/h以上，預(yù)加氫單元需提高加工負(fù)荷，當(dāng)預(yù)加氫冷進(jìn)料泵負(fù)荷達(dá)到95 t/h時(shí)，電機(jī)運(yùn)行電流為95 A，接近額定電流98 A，為保證機(jī)泵安全運(yùn)行，預(yù)加氫裝置最大的負(fù)荷無(wú)法超過(guò)95 t/h；且如果提高負(fù)荷，預(yù)加氫產(chǎn)物空冷器和汽提塔操作彈性大幅度下降，在高溫天氣下，空冷器和水冷器全負(fù)荷仍然無(wú)法滿足溫度控制的要求，無(wú)法保證塔頂冷后溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值43 ℃；受到以上兩個(gè)因素的影響，預(yù)加氫無(wú)法提高負(fù)荷，常減壓裝置產(chǎn)出過(guò)剩的直餾石腦油只能在園區(qū)內(nèi)進(jìn)行隔墻供應(yīng)至周圍其他工廠，但是受到周圍工廠加工能力的限制，只能間斷供應(yīng)，導(dǎo)致常減壓裝置無(wú)法100%負(fù)荷生產(chǎn)，既影響了全廠原油的加工能力，又減少了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

為了解決預(yù)加氫提負(fù)荷的困難，對(duì)預(yù)加氫單元瓶頸進(jìn)行技術(shù)改造，增設(shè)一臺(tái)大流量進(jìn)料泵和對(duì)汽提塔頂水冷器進(jìn)行擴(kuò)大改造，提高預(yù)加氫單元的加工負(fù)荷。提高預(yù)加氫加工量同時(shí)解決汽提塔頂冷卻負(fù)荷偏大的問(wèn)題。項(xiàng)目主要內(nèi)容：

(1)增設(shè)一臺(tái)大流量機(jī)泵，提高預(yù)加氫進(jìn)料量，消除無(wú)法提量的瓶頸。在原料罐區(qū)增設(shè)一臺(tái)大流量機(jī)泵213-P-01C，設(shè)計(jì)流量為162 m3/h(120 t/h)，可以將預(yù)加氫單元的處理量由95 t/h提高至105 t/h。

(2)對(duì)汽提塔塔頂水冷器110-E-104擴(kuò)能，保證空冷后的溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值43 ℃，解決汽提塔頂冷卻負(fù)荷偏大的問(wèn)題。將水冷110-E-104擴(kuò)能，更換大的水冷器，換熱面積增大了1.7倍。

利用裝置檢修期間，完成了水冷器更換施工，冷卻水線由DN50擴(kuò)大至DN80，投用后在同種工況下，E104冷后比技改前降低了3 ℃，改造取得了良好的效果，水冷器擴(kuò)能前后對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 水冷器擴(kuò)能前后對(duì)比

預(yù)加氫單元提負(fù)荷消瓶頸項(xiàng)目實(shí)施以后，徹底解決了進(jìn)料泵流量小和汽提塔頂冷卻能力不足的瓶頸，豐富了直餾石腦油加工和隔墻供應(yīng)的形式，具有較好的操作彈性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 預(yù)加氫反應(yīng)器差壓高，預(yù)加氫單元平穩(wěn)生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)

3.1 預(yù)加氫反應(yīng)器R101A/B差壓上漲情況介紹

在2019年4月200萬(wàn)噸/年連續(xù)重整裝置檢修期間，將預(yù)加氫催化劑FH-40C卸劑后出廠再生，開(kāi)工前將再生好的催化劑進(jìn)行了回裝，同時(shí)將預(yù)加氫反應(yīng)器R101A/B頂部都更換了新的瓷球和配套的保護(hù)劑，開(kāi)工后R101A串聯(lián)R101B使用。但是從2019年6月1日開(kāi)始，預(yù)加氫反應(yīng)器R101A/B總差壓上漲較快，僅一個(gè)月時(shí)間預(yù)加氫反應(yīng)器的差壓就由的0.11 MPa上漲至0.17 MPa，然后差壓趨于穩(wěn)定。2021年4月27日，由于預(yù)加氫進(jìn)料加熱爐聯(lián)鎖(火嘴被機(jī)械雜質(zhì)堵塞造成燃料氣壓力低低聯(lián)鎖)，重新投料開(kāi)工后發(fā)現(xiàn)，R101A/B總差壓上漲至0.26 MPa，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查核對(duì)兩個(gè)反應(yīng)器出入口現(xiàn)場(chǎng)壓力表，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)反應(yīng)器R101A差壓上漲至0.22 MPa，第二個(gè)反應(yīng)器R101B差壓基本不變，維持在0.04 MPa。

為了維持預(yù)加氫裝置的平穩(wěn)操作，經(jīng)技術(shù)管理團(tuán)隊(duì)充分討論和咨詢催化劑廠家后，將R101B入口第一道閥稍開(kāi)，R101A進(jìn)行部分走副線后再與R101B串聯(lián)，降低R101A/B反應(yīng)器的總差壓，R101A部分走副線的流程見(jiàn)圖1。至2021年5月，維持預(yù)加氫進(jìn)料量95 t/h，R101A/B反應(yīng)器的總差壓控制在0.18 MPa。在6月份對(duì)反應(yīng)器R101A/B撇頭處理前保證了預(yù)加氫精制油合格，并在反應(yīng)器壓差高階段控制平穩(wěn)沒(méi)有出現(xiàn)較大波動(dòng)。

圖1 R101A串聯(lián)R101B，R101B入口第一道閥門(mén)微開(kāi)流程圖

3.2 預(yù)加氫反應(yīng)器總差壓上漲對(duì)生產(chǎn)的影響

(1)預(yù)加氫反應(yīng)器總差壓上漲過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致預(yù)加氫進(jìn)料控制閥開(kāi)度持續(xù)上漲，影響預(yù)加氫進(jìn)料的加工負(fù)荷。在滿負(fù)荷的工況下，預(yù)加氫反應(yīng)器總差壓從0.11 MPa上漲至0.18 MPa，會(huì)導(dǎo)致預(yù)加氫進(jìn)料控制閥FV10901的開(kāi)度從70%上漲至85%，控制閥已經(jīng)脫離有效的控制范圍。如差壓繼續(xù)上漲，控制閥已經(jīng)無(wú)法調(diào)節(jié)，那么預(yù)加氫單元只能被迫降低加工負(fù)荷。

(2)預(yù)加氫反應(yīng)器總差壓上漲過(guò)快，尤其是在預(yù)加氫反應(yīng)器差壓R101A過(guò)高的情況下，催化劑床層會(huì)出現(xiàn)偏流現(xiàn)象[3-5]，從而影響加氫反應(yīng)深度，導(dǎo)致預(yù)加氫精制油硫、氮含量超標(biāo)。嚴(yán)重會(huì)造成R101A內(nèi)的預(yù)加氫催化劑破碎，最終導(dǎo)致預(yù)加氫單元無(wú)法正常生產(chǎn)。為了控制R101A/B總差壓，R101B進(jìn)口開(kāi)了2～3扣，如不斷開(kāi)大，則R101A走更多的旁路，預(yù)加氫反應(yīng)的整體空速過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致預(yù)加氫精制油硫、氮含量超標(biāo)。

(3)預(yù)加氫反應(yīng)器總差壓上漲過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致預(yù)加氫循環(huán)壓縮機(jī)出口壓力和預(yù)加氫反應(yīng)器R101A/B入口壓力持續(xù)上漲，如超過(guò)相關(guān)安全閥的定壓值，會(huì)導(dǎo)致安全閥啟動(dòng)，造成預(yù)加氫單元緊急停工。預(yù)加氫循環(huán)壓縮機(jī)出口壓力在3.2 MPa，預(yù)加氫反應(yīng)器入口壓力3.05 MPa，而預(yù)加氫循環(huán)壓縮機(jī)出口安全閥定壓值在4.5 MPa相差較遠(yuǎn)，但預(yù)加氫反應(yīng)器入口安全閥定壓值僅有3.4 MPa，需要重點(diǎn)關(guān)注，避免安全閥啟動(dòng)造成緊急停工。

3.3 預(yù)加氫反應(yīng)器差壓上漲原因分析

在預(yù)加氫催化劑撇頭前，主要分析預(yù)加氫原料和檢查預(yù)加氫進(jìn)料過(guò)濾器及濾芯均未發(fā)現(xiàn)有明顯的顆粒雜質(zhì)。同時(shí)經(jīng)梳理設(shè)備檢修的內(nèi)容，在裝置檢修期間預(yù)加氫進(jìn)料產(chǎn)物換熱器、預(yù)加氫反應(yīng)器及附屬進(jìn)出口管線都進(jìn)行了清理，結(jié)合國(guó)內(nèi)其它裝置的運(yùn)行情況，判斷造成預(yù)加氫反應(yīng)器差壓持續(xù)上漲原因如下：

(1)預(yù)加氫催化劑進(jìn)行首次使用和燒焦再生后回裝，機(jī)械強(qiáng)度變差，破損顆粒較多，催化劑細(xì)粉增多。開(kāi)工后預(yù)加氫反應(yīng)器的初始差壓就比2014年初次使用時(shí)高，所以催化劑機(jī)械強(qiáng)度變差產(chǎn)生細(xì)粉是造成預(yù)加氫反應(yīng)器差壓高的主要原因。

(2)管線內(nèi)的部分機(jī)械雜質(zhì)停開(kāi)后松動(dòng)脫落，隨著介質(zhì)進(jìn)入到了反應(yīng)器，是造成反應(yīng)器差壓高的另外一個(gè)原因。

3.4 預(yù)加氫反應(yīng)器差壓高的處理方法

(1)該預(yù)加氫催化劑已經(jīng)再生過(guò)一次，到下次檢修時(shí)就使用了兩個(gè)周期，必須更換新的預(yù)加氫催化劑。

(2)對(duì)兩個(gè)預(yù)加氫反應(yīng)器進(jìn)行撇頭處理，并在R101A中裝填預(yù)加氫脫砷保護(hù)劑。停工之前預(yù)加氫反應(yīng)器采取R101A串B運(yùn)行，因差壓高稍開(kāi)了R101B入口閥控制預(yù)加氫反應(yīng)器差壓，導(dǎo)致R101A/B頂部均有不同程度的催化劑粉化和雜質(zhì)污染。在2021年6月停工搶修期間，利用兩天時(shí)間完成預(yù)加氫催化劑撇頭換劑全部工作。6月18日預(yù)加氫單元完成投料開(kāi)工，R101A串B運(yùn)行。停工前R101B入口稍開(kāi)，反應(yīng)器差壓仍有0.18 MPa(如不開(kāi)副線總差壓達(dá)到0.37 MPa)，此次開(kāi)工后R101B入口完全關(guān)閉，預(yù)加氫反應(yīng)器差壓降至0.12 MPa，可見(jiàn)此次催化劑撇頭效果明顯，解決了一直困擾的預(yù)加氫反應(yīng)器差壓高的難題，預(yù)加氫催化劑撇頭前后差壓如圖2所示，催化劑的撇頭情況見(jiàn)圖3。

圖2 預(yù)加氫催化劑撇頭后，預(yù)加氫處理量與反應(yīng)器差壓

圖3 預(yù)加氫催化劑撇頭照片

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)對(duì)汽提塔回流泵進(jìn)行升級(jí)改造，將原含硫碳五外送管線擴(kuò)徑，新增含硫碳五外送流程，徹底消除預(yù)加氫單元無(wú)法滿負(fù)荷的瓶頸；

(2)增設(shè)一臺(tái)大流量進(jìn)料泵和對(duì)汽提塔頂水冷器進(jìn)行擴(kuò)大改造，提高預(yù)加氫單元的加工負(fù)荷，解決常減壓裝置直餾石腦油產(chǎn)量大影響全廠經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題；

(3)采取有效措施，控制預(yù)加氫反應(yīng)器總差壓在安全范圍內(nèi)，避免裝置非計(jì)劃停工；同時(shí)分析排查反應(yīng)器差壓高的原因，

并利用其他檢修窗口，對(duì)預(yù)加氫催化劑進(jìn)行撇頭處置，消除影響裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行的隱患。