王何偉,張燕妮,李玄張,李江波

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安石油化工廠,陜西 延安 727406)

陜西延長(zhǎng)石油( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司延安石油化工廠180萬t/a S-Zorb裝置自2013年12月27日建成運(yùn)行。裝置采用S-Zorb催化汽油吸附脫硫技術(shù),由進(jìn)料與脫硫反應(yīng)、吸附劑再生、吸附劑循環(huán)和產(chǎn)品穩(wěn)定四個(gè)部分組成(流程簡(jiǎn)圖見圖1)。本裝置處理來自延安煉油廠催化裂化裝置的汽油,原料的設(shè)計(jì)硫含量70～150 mg/L,采用連續(xù)重整裝置的氫氣作為氫源(氫氣純度大于體積分?jǐn)?shù)92.85%),生產(chǎn)硫含量低于10 mg/L的低硫清潔汽油產(chǎn)品。

圖1 裝置流程簡(jiǎn)圖

該裝置采用中國(guó)石油化工研究院的S-Zorb專利技術(shù)。該技術(shù)基于吸附作用原理對(duì)汽油進(jìn)行脫硫,通過吸附劑選擇性地吸附含硫化合物中的硫原子而達(dá)到脫硫目的,與加氫脫硫技術(shù)相比,該技術(shù)具有脫硫率高(可將硫脫至10 mg/L之下)、辛烷值損失較小、操作費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。

裝置于2020年5月完成大修開工運(yùn)行至今,對(duì)裝置運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行了分析總結(jié),并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

1 反應(yīng)器過濾器ME101運(yùn)行

ME101(反應(yīng)器過濾器)作為 S-Zorb 裝置的關(guān)鍵核心設(shè)備,其作用是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)氣(汽油及氫氣)固(吸附劑)進(jìn)行分離的目的,其運(yùn)行好壞直接關(guān)系到 S-Zorb 裝置能否安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1.1 運(yùn)行現(xiàn)狀

從圖2可以看出,裝置自2020年5月份運(yùn)行至 2022年 11 月,ME101 差壓在前期基本平穩(wěn)由前期18 kPa緩慢上漲至20 kPa。在20 kPa維持較長(zhǎng)時(shí)間(2021年3月至11月),自2022年1月份開始存在明顯上漲。

圖2 ME101(反應(yīng)器過濾器)差壓變化圖

壓差上漲的原因有:S-Zorb裝置要在現(xiàn)有催化裝置工況下實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化,需要配合降低精制汽油產(chǎn)品烯烴含量,主要手段是將裝置氫油比由0.24提至0.31,循環(huán)氫量提高較多由前期9 500 Nm3/h提至13 000 Nm3/h,循環(huán)氫較之前提高37%;反應(yīng)器內(nèi)藏量最高有33 t,壓差上漲另外一個(gè)原因是裝置運(yùn)行過程中產(chǎn)生較多的吸附劑細(xì)粉,過濾器濾芯孔道中的細(xì)粉結(jié)焦,導(dǎo)致濾芯堵塞,造成過濾器壓差增長(zhǎng)速率增加。

1.2 運(yùn)行后期壓差上漲較快原因分析

針對(duì)以上原因,為了避免ME101壓差上漲較快主要采取以下措施:

(1)縮短反吹周期、穩(wěn)定ME101反吹壓力。2020年開工后反吹周期一直控制在 8 000 s,未進(jìn)行調(diào)整;ME101反吹壓力根據(jù)反應(yīng)進(jìn)料量和反應(yīng)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)整,由于上游裝置催化汽油來量穩(wěn)定,反應(yīng)系統(tǒng)壓力一直控制在2.5 MPa,反吹氫氣壓力控制為反應(yīng)系統(tǒng)壓力的 2.2倍即5.5 MPa。系統(tǒng)壓力的波動(dòng)會(huì)造成反應(yīng)床層的擾動(dòng),在進(jìn)料量不變的情況下,反應(yīng)壓力發(fā)生變化后經(jīng)過ME101的氣體體積流量也隨即發(fā)生變化,即ME101(反應(yīng)器過濾器)的過濾負(fù)荷發(fā)生變化,最終影響 ME101平穩(wěn)運(yùn)行,尤其是在反應(yīng)壓力急劇降低或者急劇升高的情況下,床層壓力會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)直接沖擊 ME101。系統(tǒng)壓力波動(dòng)主要發(fā)生在閉鎖料斗運(yùn)行過程中氫氣環(huán)境下在運(yùn)行步序中,同時(shí)新氫管線壓力波動(dòng)也會(huì)影響反應(yīng)系統(tǒng)壓力。 所以需合理設(shè)置閉鎖料斗LIMS系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行參數(shù)控制好系統(tǒng)壓力。

(2)合理設(shè)置反吹氫氣溫控閥PID參數(shù),將控制反吹氫氣溫度控制在250 ℃,同時(shí)也要避免裝置運(yùn)行過程中循環(huán)氫量波動(dòng)引起反吹氫氣溫度波動(dòng)。新氫壓力的穩(wěn)定也會(huì)影響系統(tǒng)壓力。

反吹閥門的維護(hù)保養(yǎng)也是反吹系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵,需要定期聯(lián)系儀表維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查閥門是否能開關(guān)到位,反吹閥門回訊器運(yùn)行正常。運(yùn)行過程中出現(xiàn)的反吹閥門開關(guān)回訊不到位等問題時(shí)及時(shí)處理。

2 E101結(jié)焦偏流

2.1 E101結(jié)焦情況

E101(原料換熱器)是裝置關(guān)鍵換熱設(shè)備,其換熱效率的高低直接影響著裝置能耗的高低,運(yùn)行過程中具體表現(xiàn)在原料換熱器管程壓降明顯升高,管程出口溫度呈明顯下降趨勢(shì),殼程出口溫度呈明顯上升趨勢(shì)。換熱器結(jié)垢后,換熱效率變差,使得入爐溫度降低,為了保證反應(yīng)溫度,必須加大了加熱爐負(fù)荷,爐管表面溫度處于超溫臨界點(diǎn)同時(shí)增加了裝置能耗。加熱爐燃料氣量最高上漲至1 200 Nm3/h,燃料氣消耗量最低為630 Nm3/h。冷高分入口溫度增加,降低了循環(huán)氫純度,對(duì)反應(yīng)器反應(yīng)和閉鎖料斗氫氣充壓和置換都有影響。

因E-101嚴(yán)重結(jié)焦影響裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn),裝置于2022年5月份對(duì)E101 進(jìn)行單列檢修,一列低負(fù)荷運(yùn)行。檢修過程中發(fā)現(xiàn)E101管束及E101管程原料出口管線結(jié)焦嚴(yán)重,結(jié)焦情況如圖3～4所示。

圖3 E101C管束入口

圖4 E101管束出口盲環(huán)處

從圖3～4可看出,E101管束入口及出口黏附大量黑褐色固體雜質(zhì),部分固體雜質(zhì)呈薄片狀。

2.2 換熱器結(jié)焦固體分析

對(duì)E101結(jié)焦物樣品進(jìn)行分析,結(jié)果如表1～2。

表1 元素組成分析結(jié)果

表2 E101結(jié)垢物其他組成性質(zhì)

E101管程結(jié)垢物主要以鐵含量37.09%,硫含量13.05%為主,主要以鐵的氧化物及鐵的硫酸鹽形式存在。

2.3 換熱器E101結(jié)焦原因分析

(1)原料油中存在的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)尤其是烯烴及二烯烴含量高,同時(shí)重芳烴也能生產(chǎn)膠質(zhì),此類物存在時(shí)在E-101生成的結(jié)焦物中碳含量較高。

原料中攜帶可溶性鐵元素及部分不溶性鐵銹,汽油組分在原料換熱器中被高溫汽化,但汽油中的存在的鐵離子和膠質(zhì)等無法被汽化掉,經(jīng)過E-101換熱加熱后與活進(jìn)料中性較強(qiáng)的硫化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在設(shè)備和管道表面生成硫化鐵,造成換熱效率下降。

(2)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),換熱器易偏流,導(dǎo)致結(jié)焦。兩組并聯(lián)換熱器存在偏流,兩組換熱器內(nèi)部流動(dòng)阻力的差異,流道內(nèi)阻力大,流經(jīng)的流量小,進(jìn)料中膠質(zhì)等重組分更容易沉積。

2.4 應(yīng)對(duì)措施及建議

(1)加強(qiáng)原料管理,正常運(yùn)行時(shí)不允許從罐區(qū)送料,所有在罐區(qū)存放過的汽油須再經(jīng)催化裝置處理后才能進(jìn)入本裝置;汽油中間罐設(shè)置氮封且嚴(yán)格控制停留時(shí)間;經(jīng)脫硫醇裝置的汽油不能直接送至S-Zorb裝置,同時(shí)控制好汽油終餾點(diǎn)。

對(duì)E101關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)管程壓差、管殼程溫差及時(shí)進(jìn)行關(guān)注,兩列溫差過高后及時(shí)通過調(diào)整兩列介質(zhì)流量保證溫差在合適范圍內(nèi)。

(2)一方面通過循環(huán)部分精制汽油產(chǎn)品提高裝置負(fù)荷;二是適當(dāng)提高氫油比,達(dá)到減緩結(jié)焦的目的。

3 程控閥故障

裝置開工兩年來隨著閥門使用時(shí)間延長(zhǎng),程控閥存在內(nèi)漏[2]、閥門開關(guān)卡澀、回訊器故障的問題。閥門出現(xiàn)故障后維修、更換期間,閉鎖料斗系統(tǒng)需停運(yùn),吸附劑無法循環(huán),長(zhǎng)時(shí)間處理不好后產(chǎn)品硫含量會(huì)升高,裝置只能降量維持生產(chǎn)甚至全循環(huán)。由此可見程控閥運(yùn)行的好壞直接關(guān)系著裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行,圖5為閉鎖料斗流程簡(jiǎn)圖。

3.1 程控閥出現(xiàn)故障的主要原因有:

3.1.1 程控閥使用異常

裝置上程控閥主要使用GOSCO閥門,圖6～7黃色執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門是GOSCO閥門的閥體與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是通過套筒來實(shí)現(xiàn)的,本身是兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備。每個(gè)獨(dú)立部件重量在150 kg左右,由于閥門安裝位置空間較小,閥門安裝過程比較復(fù)雜,又由于質(zhì)量太大,那么在安裝過程可能會(huì)出現(xiàn)在連接閥門與執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí),閥芯被硬力轉(zhuǎn)動(dòng),那么將閥門安裝好后就會(huì)出現(xiàn)開關(guān)不完全情況。

圖6 GOSCO執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖7 GOSCO閥門閥體

3.1.2 電磁閥回訊器故障

閥門回訊器是安裝于程控閥上,用以將閥門狀態(tài)以開關(guān)信號(hào)形式輸出,可方便接至DCS及LMS系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)閥門開關(guān)狀態(tài)的遠(yuǎn)程反饋。閥門回訊器出現(xiàn)異常,開關(guān)時(shí)間超時(shí)或者無回訊后都會(huì)引起閉鎖料斗將聯(lián)鎖停運(yùn)。出現(xiàn)此類問題此類問題主要是由于回訊器開關(guān)頻次較高,附件存在松動(dòng);有的回訊器到達(dá)使用壽命,需要及時(shí)更換。

3.1.3 閥門內(nèi)漏

吸附劑在高溫高壓下對(duì)閥體的侵蝕磨損,導(dǎo)致閥門球體磨損,從而引起閥門內(nèi)漏會(huì)導(dǎo)致閉鎖料斗系統(tǒng)停運(yùn)。閥門內(nèi)漏主要是閥門開關(guān)過程中閥門兩側(cè)壓差過大,短時(shí)間內(nèi)通過閥門的吸附劑線速較高,長(zhǎng)時(shí)間沖刷后引起密封面磨損。

3.2 閥門故障解決方案

結(jié)合裝置運(yùn)行實(shí)際情況,針對(duì)出現(xiàn)的故障提出以下改進(jìn)對(duì)策。

(1)對(duì)閉鎖料斗系統(tǒng)內(nèi)所涉及的壓力、流量等參數(shù)設(shè)置合理的報(bào)警值,出現(xiàn)報(bào)警后及時(shí)查看排查原因及時(shí)處置。關(guān)注閉鎖料斗氫氣及氮?dú)膺^濾器壓差,定期切換過濾器,避免壓力表出現(xiàn)故障后壓差不準(zhǔn)導(dǎo)致吸附劑堵塞過濾器。

(2)需要建立程控閥配件臺(tái)賬,到壽命的及時(shí)更換。閥門處于露天,電磁閥及回訊器內(nèi)進(jìn)水也會(huì)導(dǎo)致閥門故障需要對(duì)密封性進(jìn)行檢查。

(3)通過控制吸附劑較低的載硫量,延長(zhǎng)閉鎖料斗循環(huán)速率從而降低閥門開關(guān)次數(shù);設(shè)置好LMS系統(tǒng)參數(shù)維持閉鎖料斗系統(tǒng)平穩(wěn)操作,減小操作波動(dòng)對(duì)閥門的影響。

(4)對(duì)部分閥門開關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)的閥門儀表風(fēng)管線疏通或者提高壓力;去ME110/ME111的的泄壓閥門開閥時(shí)間較短后即開閥速度較快,瞬間通過過濾器的氣體流速較快,會(huì)導(dǎo)致壓差高聯(lián)鎖停;同時(shí)將部分程控閥供氣形式改為五位三通(即程控閥開關(guān)都給氣),這樣會(huì)保證閥門開關(guān)順暢。

4 再生系統(tǒng)問題

裝置吸附劑再生系統(tǒng)是吸附劑再生的場(chǎng)所,是維持裝置正常運(yùn)行關(guān)鍵系統(tǒng)。再生器系統(tǒng)出現(xiàn)問題輕則需要在線搶修處理,嚴(yán)重時(shí)需要停工檢修,影響裝置產(chǎn)品質(zhì)量及正常運(yùn)行。裝置自2020年開工以來,再生系統(tǒng)主要存在問題有再生器內(nèi)取熱盤管泄漏、再生器下劑滑閥內(nèi)漏以及再生器下料過濾器堵塞等問題。

4.1 問題現(xiàn)狀及原因分析

(1)取熱盤管泄漏后引起再生器內(nèi)溫度異常,再生器底部及中部溫度降不下來,頂部溫度降低。存在此問題主要原因是由于在運(yùn)行過程中再生取熱盤管內(nèi)部泄漏,低溫取熱氮?dú)庑孤┲猎偕?導(dǎo)致取熱氮?dú)饬繙p少。頂部溫度降低,中部及底部由于取熱量較少溫度始終處于較高位置,吸附劑再生效果不好。

(2)再生下劑滑閥HIC2634內(nèi)漏,原設(shè)計(jì)中下劑滑閥HIC2634的開關(guān)和再生器料位串級(jí)操作,滑閥未保持在全開狀態(tài)。閥門內(nèi)漏后導(dǎo)致無法通過下劑滑閥控制吸附劑下劑速度,還有就是往系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮吸附劑時(shí)內(nèi)漏的吸附劑及新劑同時(shí)存在,再生器和D110壓差較小提升氮?dú)饬枯^小,無法將吸附劑提升至D110導(dǎo)致管線堵塞。

(3)再生器下料過濾器堵塞,堵塞過濾器主要是再生器錐體結(jié)塊[3]物脫,落塊狀物成分分析其主要成分為ZnSO4。在再生器內(nèi)部過量的氧氣使氧化鋅和二氧化硫反應(yīng)生成了硫酸鋅,同時(shí)由于再生產(chǎn)生水的存在使硫酸鋅聚集在一起從而形成結(jié)塊。過量的氧和水的存在是生成此類再生結(jié)塊的主要原因,且結(jié)塊主要在再生器錐體生成。反應(yīng)生成的結(jié)塊進(jìn)入過濾器堵塞過濾器,導(dǎo)致再生不下劑;同時(shí)部分的吸附劑結(jié)塊無法通過過濾器后會(huì)堵塞過濾器。

4.2 問題應(yīng)對(duì)對(duì)策

(1)針對(duì)再生溫度異常的問題,將再生冷氮?dú)饬坑烧５?00 Nm3/h提高至280 Nm3/h后再生器底部溫度可以控制在合適范圍內(nèi)。

(2)再生器下劑滑閥出現(xiàn)內(nèi)漏后,于2022年5月份更換新的閥門,同時(shí)改變?cè)瓉聿僮骷磳IC2634全開,再生下劑速度通過再生器和D110壓差PDIC2702控制。

(3)減少再生器內(nèi)結(jié)塊的產(chǎn)生?？刂圃偕諝庵兴趾?提高松動(dòng)熱氮?dú)鉁囟?閉鎖料斗運(yùn)行過程中延長(zhǎng)熱氮?dú)獯祾邥r(shí)間,降低吸附劑上攜帶烴含量;再生出現(xiàn)下劑不暢后及時(shí)清理過濾器。