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      重整裝置板殼式換熱器內(nèi)漏判斷及預(yù)防措施

      2016-11-16 07:38:56徐慶輝劉艷偉湯杰國郭建波
      河南化工 2016年10期
      關(guān)鍵詞:環(huán)烷烴內(nèi)漏殼程

      徐慶輝,湯 帥,劉艷偉,湯杰國,郭建波

      (中國石化 洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

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      重整裝置板殼式換熱器內(nèi)漏判斷及預(yù)防措施

      徐慶輝,湯帥,劉艷偉,湯杰國,郭建波

      (中國石化 洛陽分公司,河南 洛陽471012)

      介紹了國產(chǎn)板殼式換熱器在連續(xù)重整裝置(CCR)的應(yīng)用,節(jié)能效果顯著,但是抗波動(dòng)能力較差,使用過程中易發(fā)生內(nèi)漏,影響裝置運(yùn)行效果。目前國內(nèi)板殼式換熱器內(nèi)漏判斷普遍使用殼程出入口采樣對(duì)比法來進(jìn)行判斷,由于誤差較大,內(nèi)漏小時(shí)不易發(fā)現(xiàn)。本文運(yùn)用KBC公司的Petro-SIM全流程模擬軟件和重整反應(yīng)機(jī)理模型Ref-SIM對(duì)洛陽分公司重整裝置進(jìn)行建模分析,模擬對(duì)比內(nèi)漏前后生成油中環(huán)烷烴含量變化,精確判斷出了內(nèi)漏情況。針對(duì)板殼式換熱器的運(yùn)行監(jiān)控提出了建議,正常生產(chǎn)并且無內(nèi)漏時(shí),重整生成油中環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.9%左右,若其含量升高,應(yīng)對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行分析。另外,結(jié)合國內(nèi)國產(chǎn)板殼式換熱器內(nèi)漏的原因進(jìn)行分析,提出了有效的預(yù)防措施。

      連續(xù)重整;板殼式換熱器;內(nèi)漏;判斷;預(yù)防措施

      0 前言

      中國石化洛陽分公司0.7 Mt/a連續(xù)重整裝置主要包括原料預(yù)處理部分、重整反應(yīng)部分和催化劑連續(xù)再生部分,采用國產(chǎn)連續(xù)重整成套技術(shù),為芳烴聯(lián)合裝置提供原料,并副產(chǎn)氫氣。重整反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器是重整裝置關(guān)鍵的節(jié)能設(shè)備,具有冷熱流體流量大、熱負(fù)荷高等特點(diǎn),原設(shè)計(jì)兩臺(tái)并聯(lián)逆流立管式換熱器,熱端溫差高達(dá)60.4 ℃,熱量回收率低。2011年裝置節(jié)能改造更換為國產(chǎn)板殼式換熱器,開工初期熱端溫差降低至24.8 ℃,第一反應(yīng)加熱爐入口溫度升高35.6 ℃,有效減少燃料氣消耗,降低裝置綜合能耗5.16 kgeo/t。

      但是,板殼式換熱器的加工制造、操作不當(dāng)及腐蝕易造成換熱器內(nèi)漏,影響裝置運(yùn)行效益。現(xiàn)運(yùn)用KBC公司的全流程模擬軟件Petro-SIM和重整反應(yīng)機(jī)理模型Ref-SIM對(duì)洛陽分公司重整裝置進(jìn)行詳細(xì)模擬,并結(jié)合行業(yè)內(nèi)A廠、B廠重整裝置相關(guān)數(shù)據(jù),針對(duì)板殼式換熱器內(nèi)漏判斷及原因進(jìn)行分析,并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,提出有效的預(yù)防措施。

      1 內(nèi)漏的現(xiàn)象

      由于反應(yīng)進(jìn)料側(cè)壓力高于反應(yīng)出料側(cè)壓力,若換熱器發(fā)生內(nèi)漏,則會(huì)造成反應(yīng)進(jìn)料從板程向殼程反應(yīng)出料內(nèi)漏,部分沒有經(jīng)過催化重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化的重整原料串入反應(yīng)生成油中,直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)重整模型測算,當(dāng)換熱器發(fā)生內(nèi)漏后(內(nèi)漏量為質(zhì)量百分比),裝置運(yùn)行參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)變化如表1所示。

      表1 模擬內(nèi)漏后裝置運(yùn)行參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)變化

      注:為保證連續(xù)重整反應(yīng)的苛刻度相同,故模型設(shè)置實(shí)際參與反應(yīng)物料量相等。表中WAIT指平均反應(yīng)入口溫度;WABT指平均反應(yīng)床層溫度;LHSV指液時(shí)空速。

      由表1可知,在反應(yīng)條件相同時(shí),當(dāng)反應(yīng)進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器發(fā)生5%內(nèi)漏后,重整生成油芳烴含量、RON、芳烴產(chǎn)率、純氫產(chǎn)率明顯下降,裝置技術(shù)指標(biāo)變差。另外,實(shí)際生產(chǎn)中由于重整參與反應(yīng)物料比實(shí)際進(jìn)料減少,因此,空速降低,催化劑積碳上升。

      2 內(nèi)漏的分析與判斷

      關(guān)于洛陽分公司重整板殼式換熱器是否內(nèi)漏及內(nèi)漏程度,通過比對(duì)A廠、B廠連續(xù)重整裝置板殼式換熱器實(shí)際應(yīng)用情況,并利用Petro-SIM流程模擬軟件建模測算作為參照進(jìn)行分析后,可初步確定為輕微內(nèi)漏。

      B廠重整裝置板換內(nèi)漏,A廠重整裝置板換新更換的板束,下面結(jié)合B廠內(nèi)漏后化驗(yàn)數(shù)據(jù)及A廠更換板束后化驗(yàn)數(shù)據(jù),并利用流程模擬軟件建模測算,分析本裝置內(nèi)漏情況。

      2.1板殼式換熱器殼程進(jìn)、出物料化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

      A廠的板束于2014年11月更換,更換后做了一系列化驗(yàn)分析,現(xiàn)取一組作為未內(nèi)漏情況下的數(shù)據(jù),B廠已確定內(nèi)漏,現(xiàn)取一組化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)作為內(nèi)漏情況下的數(shù)據(jù),對(duì)比數(shù)據(jù)見表2。

      表2 A廠、B廠板殼式換熱器殼程進(jìn)、出物料分析數(shù)據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

      注:由于原料中烯烴含量較低,所以烯烴含量采樣分析數(shù)據(jù)存在誤差。

      由表2可知,未內(nèi)漏的出口與入口數(shù)據(jù)相比,各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本相同,內(nèi)漏的出口與入口數(shù)據(jù)相比,烷烴、環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯升高,芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯下降。

      2.2殼程進(jìn)、出物料模擬數(shù)據(jù)分析

      催化重整反應(yīng)過程是通過脫氫芳構(gòu)化或異構(gòu)化等反應(yīng),將低辛烷值的組分轉(zhuǎn)化成高辛烷值的組分(芳烴含量增加),產(chǎn)生氫氣,并伴隨少量裂化反應(yīng)的發(fā)生(烯烴含量增加)。所以通過預(yù)加氫后的重整原料中烷烴、環(huán)烷烴含量高于重整反應(yīng)生成油中含量,烯烴、芳烴含量低于重整反應(yīng)生成油中含量,若是反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器發(fā)生內(nèi)漏,部分沒有經(jīng)過催化重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化的重整原料串入反應(yīng)生成油中,將會(huì)導(dǎo)致殼程出口物料中烷烴、環(huán)烷烴含量升高,烯烴、芳烴含量下降(與殼程進(jìn)口物料相比)。根據(jù)模型測算,殼程進(jìn)、出物料模擬數(shù)據(jù)見表3。

      表3 板殼式換熱器殼程進(jìn)、出物料模擬數(shù)據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

      對(duì)比表2、表3可知,無內(nèi)漏、內(nèi)漏兩種情況下模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)變化規(guī)律相同,并符合催化重整反應(yīng)原理。

      2.3數(shù)據(jù)分析

      由上述分析可知,如果發(fā)生內(nèi)漏,將有以下規(guī)律:與殼程入口物料相比,出口物料中烷烴、環(huán)烷烴含量升高,芳烴含量降低。殼程進(jìn)、出物料分析數(shù)據(jù)見表4。

      表4 殼程進(jìn)、出物料分析數(shù)據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

      由表4可知,出口與進(jìn)口物料分析數(shù)據(jù)相比,烷烴及烯烴含量降低,環(huán)烷烴、芳烴含量升高,不符合上述規(guī)律,并且與不內(nèi)漏情況沖突??纱_定洛陽石化重整裝置殼程進(jìn)、出物料化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)存在失真。失真原因可能為殼程進(jìn)、出口物料利用臨時(shí)采樣器采樣,采出物料中部分組分氣化不同造成采樣誤差。

      2.4重整裝置內(nèi)漏判斷

      根據(jù)催化重整反應(yīng)原理,環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為芳烴的反應(yīng)速度很快,并且很容易達(dá)到化學(xué)平衡,因此,在重整反應(yīng)產(chǎn)物中,環(huán)烷烴含量是非常低的。為避免采樣誤差對(duì)換熱器內(nèi)漏判斷的影響,以下針對(duì)重整生成油環(huán)烷烴含量變化情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

      2.4.1利用模型測算

      當(dāng)換熱器發(fā)生內(nèi)漏后,重整生成油中C6+環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況,見表5。

      表5 內(nèi)漏后重整生成油中C6+環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)模擬數(shù)據(jù)變化 %

      以2015年1月重整生成油數(shù)據(jù)對(duì)比2011年更換板殼式換熱器后開工數(shù)據(jù)(2012年2月),重整生成油中C6+環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況,見表6。

      表6 重整生成油中C6+環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)際數(shù)據(jù)變化 %

      表5、表6中重整生成油中C6+環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化值對(duì)比見圖1。

      圖1 實(shí)際數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)變化值對(duì)比圖

      由圖1可知,實(shí)際數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)重整生成油中C6+環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化值對(duì)比,實(shí)際數(shù)據(jù)與2%內(nèi)漏時(shí)數(shù)據(jù)基本吻合,反應(yīng)進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器存在內(nèi)漏可能,內(nèi)漏量約為2%。

      2.4.2統(tǒng)計(jì)分析

      根據(jù)國內(nèi)重整裝置的統(tǒng)計(jì),重整生成油RON≥90的苛刻度下,重整生成油中環(huán)烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~2.7%。重整生成油組成數(shù)據(jù)見表7。

      表7 重整生成油組成分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

      由表7可知,A廠、B廠重整生成油中環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.8%、3.7%,根據(jù)模型測算,洛陽分公司重整裝置在反應(yīng)進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器無內(nèi)漏時(shí),重整生成油中環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%,RON值為99.5,而內(nèi)漏量為5%時(shí),環(huán)烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高至2.58%,RON降為97.4。根據(jù)2015年1月數(shù)據(jù),重整生成油中環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.94%,高于2011年更換板殼式換熱器后開工數(shù)據(jù)(重整生成油中環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%)。

      綜上所述,洛陽分公司重整裝置反應(yīng)進(jìn)料/產(chǎn)物板殼式換熱器存在內(nèi)漏可能,內(nèi)漏量約為2%。

      2.4.3實(shí)際內(nèi)漏情況

      2015年10月裝置停工,檢查發(fā)現(xiàn)板殼式換熱器殼程入口連接焊縫開裂,相應(yīng)的背部板程出口與殼體支撐板的連接焊縫開裂,板殼式換熱器確實(shí)存在內(nèi)漏情況,但內(nèi)漏量較小。

      3 板殼式換熱器內(nèi)漏原因分析及預(yù)防措施

      3.1原因分析

      重整裝置反應(yīng)進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器采用國產(chǎn)板殼式換熱器,目前應(yīng)用比較廣泛,就應(yīng)用效果來看,節(jié)能效果顯著,但是抗波動(dòng)能力較差,使用過程中易發(fā)生內(nèi)漏。結(jié)合行業(yè)內(nèi)應(yīng)用情況來看,造成板殼式換熱器內(nèi)漏的原因主要有:

      3.1.1換熱器流道堵塞

      由于流道堵塞造成物流分布不均,導(dǎo)致溫度變化分布不均產(chǎn)生應(yīng)力,進(jìn)而使得板片、焊縫應(yīng)力開裂。①液體進(jìn)料過濾器失效。失效形式主要有:過濾器進(jìn)出口方位安裝錯(cuò)誤(反向)、濾籃與設(shè)備密封面之間產(chǎn)生間隙、濾芯損壞、過濾系統(tǒng)管線投用前未清理等,造成雜質(zhì)進(jìn)入換熱器,使得油路分布管或板束流道發(fā)生堵塞,導(dǎo)致板束中物料分布不均;②板殼式換熱器在運(yùn)行期間,由于各種原因,例如:催化劑碎片沉積、原料氮含量、烯烴含量高等,會(huì)造成換熱器內(nèi)部結(jié)垢、結(jié)鹽、結(jié)焦等現(xiàn)象,對(duì)換熱板片的流道造成堵塞,導(dǎo)致板束中物料分布不均。

      3.1.2腐蝕穿孔

      板換低溫部位處于氯+水環(huán)境下,產(chǎn)生腐蝕穿孔,直接形成內(nèi)漏。重整催化劑在使用過程中,氯會(huì)不斷流失,同時(shí)又不斷補(bǔ)充,催化劑上氯含量處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。若反應(yīng)進(jìn)料水含量高,導(dǎo)致催化劑氯流失較大,在板換殼程出口低溫部位形成氯+水環(huán)境,對(duì)不銹鋼板片產(chǎn)生腐蝕。

      3.1.3操作不當(dāng)

      操作使用不當(dāng)或發(fā)生生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)溫度、壓力變化大,對(duì)板換產(chǎn)生沖擊,造成板片、焊縫應(yīng)力開裂。①發(fā)生生產(chǎn)波動(dòng),例如加熱爐熄火、反應(yīng)進(jìn)料切斷、反應(yīng)進(jìn)料量大幅波動(dòng)、循環(huán)氫中斷、循環(huán)氫流量大幅波動(dòng)、反應(yīng)系統(tǒng)壓力突變等;②開停工過程中,反應(yīng)進(jìn)料冷熱料切換速度過快,反應(yīng)系統(tǒng)升降溫(壓)速度過快等;③反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)回路發(fā)生堵塞,造成板殼程差壓增大。

      3.2預(yù)防措施

      ①反應(yīng)進(jìn)料過濾器做好差壓監(jiān)控,并定期進(jìn)行切換檢查;②加強(qiáng)原料監(jiān)控,防止氮含量、烯烴含量超標(biāo),并優(yōu)化提升操作,減少催化劑磨損、破碎;③監(jiān)控反應(yīng)進(jìn)料水含量,維持催化劑水氯平衡,將催化劑氯含量調(diào)整到最佳水平,保證催化劑持氯能力,減少注氯量,以降低腐蝕;④裝置運(yùn)行中由于加熱爐熄火、循環(huán)氣壓縮機(jī)停車等原因造成裝置停車時(shí),應(yīng)及時(shí)切斷液體進(jìn)料,盡量使板程和殼程保持溫度變化同步,避免溫差過大。再次開車時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注換熱器內(nèi)部與反應(yīng)器內(nèi)部的溫度差異,由于換熱器與反應(yīng)器的熱容不同,兩者的冷卻速率相差較大,溫差>100 ℃的情況下啟動(dòng)循環(huán)氫壓縮機(jī)時(shí),應(yīng)采取措施控制進(jìn)入換熱器的較低氣體流量,以避免對(duì)換熱器造成熱沖擊。⑤在緊急狀態(tài)下?lián)Q熱器升降溫速率≤55 ℃/h,反應(yīng)液體進(jìn)料冷熱切換時(shí),控制切換速度;⑥開停車過程中板、殼程應(yīng)均衡平穩(wěn)升降壓,并控制板殼程正、反壓差不超過設(shè)計(jì)值0.25 MPa;⑦開始進(jìn)料后,將初始進(jìn)料量設(shè)置為滿負(fù)荷進(jìn)料量的30%,此時(shí)熱端溫差變大,當(dāng)熱端溫差開始變小后,反應(yīng)進(jìn)料量應(yīng)根據(jù)熱端溫差變化情況逐步提量;⑧停車檢修期間,板殼式換熱器如長時(shí)間不投入使用,應(yīng)從裝置中隔離并充氮保護(hù),防止全焊接板束腐蝕。檢維修過程中,應(yīng)避免氯化物和液態(tài)水同時(shí)存在,因板殼式進(jìn)料換熱器全焊接板束是由不銹鋼制成,長期處于氯化物 + 水的環(huán)境中會(huì)引起腐蝕。

      4 建議及小結(jié)

      設(shè)計(jì)增加第四反應(yīng)器出口采樣器,保證采樣環(huán)境與重整反應(yīng)氣液分離罐采樣環(huán)境相同,便于跟蹤判斷換熱器內(nèi)漏情況;及時(shí)跟蹤重整生成油芳烴含量、RON、純氫產(chǎn)率等變化,特別是生成油中環(huán)烷烴含量。根據(jù)分析可知,正常生產(chǎn)時(shí),無內(nèi)漏時(shí),生成油中環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.9%,若其含量升高,應(yīng)進(jìn)行分析。

      結(jié)合三套裝置內(nèi)漏判斷方法可知,通過對(duì)比板殼式換熱器殼程進(jìn)、出料組分變化情況方法存在一定誤差,對(duì)采樣條件要求苛刻,而利用重整生成油中環(huán)烷烴含量變化情況,并以Petro-SIM流程模擬軟件建模測算作為參照,綜合分析判斷換熱器是否內(nèi)漏以及內(nèi)漏量的方法比較準(zhǔn)確、簡便。由于重整產(chǎn)品質(zhì)量要求較高,若是采用國產(chǎn)板殼式換熱器,為了防止內(nèi)漏,要加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù),特別是在事故狀態(tài)下、開停工過程中要重點(diǎn)關(guān)注。

      2016-07-12

      徐慶輝(1986-),男,工程師,從事重整及加氫裝置安全生產(chǎn)及技術(shù)管理工作,電話:15137999209。

      TQ050.7

      B

      1003-3467(2016)10-0039-04

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