S Zorb汽油精制脫硫裝置運行常見問題分析及解決方法

寧 瑋，彭 晨，張學恒，王曉強

(中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266500)

1 反應(yīng)器接收器D105脫氣線泄漏原因分析與預(yù)防措施

1.1 工藝流程簡介

S Zorb裝置采用吸附脫硫技術(shù)，基于吸附作用原理對汽油進行脫硫，通過吸附劑選擇性地吸附含硫化合物中的硫原子而達到脫硫目的[1-3]。裝置反應(yīng)器采用流化吸附反應(yīng)床，再生器也采用流化反應(yīng)床，吸附劑連續(xù)再生。反應(yīng)器R101中的含硫吸附劑通過D105轉(zhuǎn)至閉鎖料斗，再通過再生器R102再生后由閉鎖料斗轉(zhuǎn)回還原器D102，最終回到R101中。

作為D105在S Zorb裝置早期工藝(第1～第8套裝置)中存在收不到料或是收料困難的現(xiàn)象，經(jīng)過多家煉油廠實踐摸索與總結(jié)，由設(shè)計單位計算與設(shè)計后，從第9套S Zorb裝置開始，D105收料線下移2 m，同時增加D105脫氣線，解決了D105收料困難的問題。

新增D105脫氣線不僅解決了收料難的問題，而且也將D105中的大量油氣脫出。早期S Zorb裝置由于D105無脫氣線，D105中大量油氣未脫出，隨吸附劑帶入閉鎖料斗D106中，冷凝至液相與吸附劑混合后，不僅頻繁造成閉鎖料斗程控閥與膨脹節(jié)磨損嚴重，還經(jīng)常引起閉鎖料斗循環(huán)時吹烴時間過長等問題。

圖1為S Zorb裝置D105改造后的流程示意。

1.2 運行效果

某公司S Zorb裝置2015年9月13日開工，2017年8月裝置滿負荷運行累計約23個月，裝置生產(chǎn)平穩(wěn)，D105未出現(xiàn)收料困難現(xiàn)象，并且閉鎖料斗控制閥與膨脹節(jié)也未頻繁出現(xiàn)磨損嚴重的現(xiàn)象，閉鎖料斗循環(huán)時吹烴時間也屬正常范圍。但D105脫氣線彎管出現(xiàn)磨穿泄漏現(xiàn)象，起初對泄漏點采取臨時打卡具處理，特別是2016年10月20—29日期間發(fā)生連續(xù)泄漏事件，于是于2016年11月5日停工進行檢修，對D105氣相線上5處彎管進行外彎貼板處理后，此段管線一直正常運行。

圖1 D105改造后的流程示意

1.2.1現(xiàn)場泄漏情況D105氣相線45°第二彎頭中部外彎正中線部位，管線被沖刷出一個黃豆大小的孔洞。圖2為處理后打卡子的照片，圖3為D105脫氣線45°第一彎管的外彎下部左側(cè)部位漏點，圖4為D105脫氣線頂部90°彎管前期打卡子部位的下部外彎處，圖5為D105脫氣線泄漏點統(tǒng)計。

圖2 D105脫氣線第二彎頭漏點

圖3 D105脫氣線第一彎管漏點

圖4 D105脫氣線頂部彎管漏點

圖5 D105脫氣線漏點統(tǒng)計

1.2.2現(xiàn)場處理情況選擇168 mm×11 mm的P11直管段，按D105氣相線原彎管弧度進行煨彎，并割除內(nèi)彎部分，保留長500、寬120 mm外弧彎，對原管線進行加熱消氫后，將該外弧彎貼板于原管線外彎處。圖6為貼板照片。

圖6 D105脫氣線貼板照片

1.3 D105脫氣線泄漏原因分析

S Zorb裝置的設(shè)備、管線減薄甚至泄漏主要由氣相、固相或是氣固兩相流沖刷腐蝕導(dǎo)致。本裝置實際運行不到一個檢修周期，根據(jù)同行業(yè)裝置運行情況來看，首先排除單純是由氣相腐蝕造成的泄漏。根據(jù)裝置操作參數(shù)可以推斷，造成泄漏的主要原因應(yīng)該是D105內(nèi)線速過高或吸附劑粉塵過多造成管線過度磨損。

1.3.1線速過大表1為D105出現(xiàn)泄漏前的工藝操作參數(shù)。從表1數(shù)據(jù)推斷可能是由于D105底部汽提氫流量過大，造成D105內(nèi)氣相線速較高，將部分吸附劑帶入氣相管線。隨后調(diào)整工藝操作，將D105底部汽提氫流量降至1 200 m3h(標準狀態(tài))，此時線速為42 ms，并聯(lián)系儀表重新校準孔板，發(fā)現(xiàn)實際流量比DCS顯示流量高200～250 m3h(標準狀態(tài))。根據(jù)此段管線運行情況，在保證D105內(nèi)油氣能被完全脫出后，陸續(xù)減少此處的汽提氫流量。在后期裝置運行實際情況看，D105底部汽提氫流量控制在800 m3h(標準狀態(tài))，線速28 ms較為合適。D105底部汽提氫流量變化趨勢見圖7。

表1 D105出現(xiàn)泄漏前的工藝操作參數(shù)

圖7 D105底部汽提氫流量

1.3.2粉塵過多S Zorb裝置吸附劑平均粒徑為70～85 μm，裝置運行一段時間后由于吸附劑磨損會造成0～40 μm粒徑的吸附劑粉塵增多。通過2016年9—11月吸附劑篩分數(shù)據(jù)推斷出：由于反應(yīng)-再生系統(tǒng)內(nèi)較高的細粉量從而造成D105脫氣線攜帶大量細粉，對此段管線的沖蝕影響過大。通過提高反應(yīng)-再生系統(tǒng)的吸附劑循環(huán)線速來增加細粉排出量，減少細粉進入D105脫氣線的量。另外，為避免系統(tǒng)內(nèi)存有較多的細粉，對系統(tǒng)強制置換了5 t吸附劑，并從吸附劑回收罐將舊劑排出。

圖8與圖9分別為待生吸附劑和再生吸附劑在2016年1月1日至12月30日期間的0～40 μm粒徑含量，可以明顯看出在10月裝置調(diào)整操作和置換新劑之前，粒徑0～40 μm的吸附劑含量明顯上升，調(diào)整操作與置換后又有明顯緩和趨勢，表明系統(tǒng)中的吸附劑粉塵量得以控制。

圖8 待生吸附劑中0～40 μm顆粒含量變化趨勢

圖9 再生吸附劑中0～40 μm顆粒含量變化趨勢

2 進料換熱器E101結(jié)焦原因分析與應(yīng)對措施

2.1 工藝流程簡介

早期S Zorb裝置E101設(shè)置為單列，限制了裝置長周期運行，經(jīng)過優(yōu)化變更后改為兩列。某公司S Zorb裝置進料換熱器El01共有6臺(A～F)，采用兩組并聯(lián)的形式，A，B，C為一組，D，E，F(xiàn)為另一組，在其中一組出現(xiàn)結(jié)焦的情況下，另一組切出清洗，同時下調(diào)裝置負荷，避免由于換熱器結(jié)焦導(dǎo)致裝置停工。E101為U形管換熱器，采用熱反應(yīng)產(chǎn)物走殼程、冷反應(yīng)進料走管程的換熱方式。

2.2 進料換熱器壓差與溫度變化情況

2.2.1壓差變化某公司S Zorb裝置自開工以來換熱器管程壓差一直以較為平穩(wěn)的趨勢緩慢上漲，2016年9月7日上游裝置開始摻煉罐區(qū)儲存汽油，E101管程壓差由之前的55～60 kPa突然升至75 kPa左右，進料改變后壓差上漲明顯。切斷罐區(qū)儲存汽油后，管程差壓又變成以平穩(wěn)趨勢上升，壓差變化趨勢見圖10所示。

圖10 S Zorb裝置E101壓差變化趨勢

圖10中壓差為0時是公司外電網(wǎng)晃電導(dǎo)致裝置停工所致。裝置9月5日開始恢復(fù)生產(chǎn)，7日基本正常，裝置二次開工后9月7—10日期間E101出入口壓差還保持在55 kPa左右，但從11日起E101出入口壓差突然上漲，趨勢明顯。9月12日上游裝置切除罐區(qū)儲存的汽油后，E101出入口壓差恢復(fù)正常緩慢上漲趨勢。

2.2.2溫度變化在壓差變化期間觀察進料換熱器管程進口溫度(TI1105)、出口溫度(TI1103、TI1104)，殼程的進口溫度(TI1102)、出口溫度(TI1106、TI1107)的變化，不難看出E101A，B，C列出現(xiàn)堵塞情況。原料汽油經(jīng)吸附反應(yīng)進料泵P101升壓與脫硫反應(yīng)器R101頂部產(chǎn)物進行換熱，換熱后去進料加熱爐F101進行加熱，達到預(yù)定的溫度后進入脫硫反應(yīng)器進行吸附脫硫反應(yīng)，熱反應(yīng)產(chǎn)物自脫硫反應(yīng)器R101頂部出來后與混氫原料換熱后至熱產(chǎn)物氣液分離罐D(zhuǎn)104。進料換熱器測溫點分布見圖11所示。

圖11 E101測溫點分布

2016年9月5日裝置開工后，隨原料的變化，E101兩列換熱器管、殼程溫升與溫降發(fā)生明顯變化，其中A，B，C列管程溫升下降，殼程溫降下降，說明此列換熱器換熱效果變差。圖12和圖13分別為E101兩列換熱器管、殼程出口溫度對比。

圖12 E101兩列管程出口溫度對比 —A，B，C列； —D，E，F(xiàn)列

圖13 E101兩列殼程出口溫度對比 —A，B，C列； —D，E，F(xiàn)列

2.3 E101壓差上漲與換熱效果下降的原因

某公司S Zorb裝置原料為催化裂化穩(wěn)定汽油，原料油硫質(zhì)量分數(shù)平均為120～130 μgg。原料走管程，在高溫下會生成各種鐵的硫化物，會導(dǎo)致管束堵塞。生產(chǎn)調(diào)整中，上游裝置摻煉罐區(qū)儲存汽油。由于罐區(qū)儲存的汽油經(jīng)過長時間放置，發(fā)生了氧化作用，進入E101C管程時，在高溫環(huán)境下易生成黑色固狀物質(zhì)，造成換熱器管程壓差上升。其中E101C是熱進料經(jīng)過的第一個換熱器，溫度達到420～430 ℃，因此結(jié)焦情況較為嚴重，而E101A，B的結(jié)焦現(xiàn)象不嚴重。另外，E101A，B，C列殼程差壓變化不大。

2.4 E101A，B，C的現(xiàn)場拆解處理

對E101A，B，C進行拆解，發(fā)現(xiàn)管程有一定的堵塞現(xiàn)象，殼程較為干凈。其中A管程堵塞情況最輕，基本沒有結(jié)焦；B管程有一定程度的堵塞；C管程堵塞情況則較為嚴重。各換熱器的管程堵塞情況見圖14～圖16。

圖14 E101A管程

圖15 E101B管程

圖16 E101C管程

檢修期間發(fā)現(xiàn)E101C管束換熱管管頭及管板與換熱管焊接焊肉存在一定腐蝕，具體情況見圖17。分析認為該換熱器處在高溫環(huán)境，操作溫度約為350 ℃，原料組分全部處于氣化狀態(tài)，原料中的硫組分在高溫下可能對管束管板形成了高溫硫腐蝕。另外，殼程未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕情況。

圖17 E101C管程腐蝕情況

2.5 垢樣分析

對管程結(jié)垢物采樣進行分析，樣品外觀呈黑色片狀，經(jīng)過壓碾后呈黑色粉狀，見圖18所示。用XRD方法對垢樣進行成分分析，垢樣主要為鐵的硫化物Fe1-xS和膠質(zhì)沉積。垢樣的溶解性分析結(jié)果表明，垢物不溶于水和有機溶劑，也不溶于NaOH溶液，可在一定程度上溶于H2SO4溶液，進一步確定垢樣的主要成分為鐵的硫化物和膠質(zhì)沉積。

圖18 E101管程垢樣外觀形貌

3 結(jié)束語

通過對某公司S Zorb裝置D105脫氣線與E101實際運行中出現(xiàn)的問題進行了詳細分析，為保證裝置長周期運行，需從以下4個方面著手：

(1)工藝參數(shù)摸索。某公司S Zorb裝置是D105改進后首批使用新設(shè)計的煉油廠之一，對于新設(shè)計投用生產(chǎn)的管線特性還沒有完全掌握，各種操作參數(shù)正在摸索，還需要加強與同類裝置的溝通與探討。

(2)加強工藝管理。① 對系統(tǒng)內(nèi)的細粉量加強監(jiān)控，控制吸附劑粉塵量在可控范圍，定期排出，保證吸附劑的良性循環(huán)；② 嚴格控制原料來源，控制原料硫含量是保證裝置設(shè)備長周期運行的關(guān)鍵，禁止高膠質(zhì)含量汽油或非透明的汽油組分進入裝置；③ 盡量避免E101并聯(lián)使用時出現(xiàn)偏流現(xiàn)象。裝置正常運行或是降低處理量運行時，E101兩列必定會發(fā)生偏流現(xiàn)象，同行業(yè)裝置出現(xiàn)過由于長時間偏流而導(dǎo)致某列換熱器結(jié)焦堵塞嚴重的現(xiàn)象；④ 在工藝條件允許的情況下盡量使用裝置直供料，避免罐區(qū)收料存放后發(fā)生油品氧化現(xiàn)象。

(3)加強測厚工作。裝置D105脫氣線出現(xiàn)第一次漏點后，及時聯(lián)系測厚并做好相關(guān)緊急處理預(yù)案。根據(jù)后續(xù)出現(xiàn)的漏點與測厚數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)存有一定的偏差，原因在于：① 前期測量均為一彎一點，測量數(shù)據(jù)明顯不夠，測量范圍相對狹小，不能準確地測到減薄點，對分析有誤導(dǎo)；② 在長半徑彎管中，內(nèi)部氣相與固體可能在某一特定點形成湍流，造成局部某點腐蝕減薄嚴重，但定點測厚方法則明顯不能發(fā)現(xiàn)問題。

(4)管線的選材。① 根據(jù)汽油屬性、地區(qū)環(huán)境特點以及D105脫氣線實際運行效果，此段管線選材應(yīng)該考慮升級，如易損彎頭處增加補強或增加耐磨襯里等；② E101選材應(yīng)考慮煉油廠原油特性，建議選用耐高溫同時防氣相硫腐蝕的原材料。

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