乙烯裝置急冷油除焦系統(tǒng)的設(shè)備改造應(yīng)用

常 亮

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

急冷系統(tǒng)位于乙烯裝置的咽喉部位，吸收裂解爐通過裂解原料而產(chǎn)生的高溫裂解氣，依次經(jīng)過油冷、水冷工序降溫，分離出裂解氣中的汽油、輕/重燃料油、水份等，回收其低品位熱量，產(chǎn)生裂解爐所需的稀釋蒸汽（DS），并保證油、水系統(tǒng)的運(yùn)行溫度。

1 急冷油系統(tǒng)的特殊性

急冷油主要成分是芳香族物質(zhì)，其中芳烴含量約80%。急冷油的成分也是一種動(dòng)態(tài)組成過程，裂解氣源源不斷的將急冷油中的重、輕燃料油置換分離出來。這種動(dòng)態(tài)平衡的組成可以有多種狀態(tài)，同時(shí)受著油塔釜溫和急冷油循環(huán)量的影響。其中最特殊的存在便是急冷油系統(tǒng)中焦粒，他的成因是來自于裂解反應(yīng)。因原料裂解時(shí)的二次反應(yīng)產(chǎn)生的焦粒隨裂解氣進(jìn)入急冷油系統(tǒng)，并進(jìn)行攜帶循環(huán)。此外芳烴和不飽和烴，在較高的溫度下也能自身聚合成為瀝青質(zhì)，一般來講，急冷油中的瀝青質(zhì)含量應(yīng)保持接近5%～6%（w.t.）范圍內(nèi)，當(dāng)瀝青質(zhì)含量達(dá)到15%～20 %（w.t.），油系統(tǒng)將會(huì)有部分焦質(zhì)開始析出，和裂解氣中的焦粒統(tǒng)稱為焦粉顆粒。

由于焦粉這種物質(zhì)特殊的存在，會(huì)給生產(chǎn)裝置的工藝流程以及設(shè)備帶來影響和危害。焦粉的存在也影響著裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，并會(huì)在運(yùn)行末期，成倍的加劇，造成惡性循環(huán)，大大縮短裝置周期。

2 焦粉對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響及除焦手段

2.1 急冷油過濾器

急冷油是通過急冷油泵的升壓，用來保證系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)量，在每臺(tái)急冷油泵的出入口管線上分別設(shè)置急冷油過濾器。型式屬于籃式過濾器，筒體內(nèi)設(shè)置濾框，濾框內(nèi)表面通過中心軸安裝固定2 套刮刷刮板。外部電機(jī)通過齒輪箱帶動(dòng)內(nèi)部撥叉旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)整根軸，刮刷刮板隨軸的運(yùn)動(dòng)清理濾框上的焦質(zhì)，最終焦質(zhì)通過過濾器排放線排出系統(tǒng)。

2.1.1 影響

系統(tǒng)內(nèi)的焦粉量較大時(shí)，會(huì)大大降低過濾器的使用壽命。主要有以下兩點(diǎn)：①液下軸承磨損。投用后過濾器濾框中的下側(cè)軸承由于與急冷油中焦質(zhì)、焦粒長(zhǎng)期接觸，致使軸承容易出現(xiàn)磨損。當(dāng)推力軸承出現(xiàn)初期磨損后，持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸會(huì)出現(xiàn)下方支撐力減少，導(dǎo)致整根軸存在向下位移，進(jìn)而加劇推力軸承的磨損，惡性循環(huán)，最終推力軸承徹底損壞后，整根軸脫離原位置，輕則導(dǎo)致過濾器失效，重則使撥叉受力過大出現(xiàn)彎曲或裂紋，齒輪箱受力不均磨損，外部對(duì)輪出現(xiàn)應(yīng)力裂紋，電機(jī)超載等情況；②過濾器填料密封磨損。填料密封通過使用特定形式的多層盤根進(jìn)行壓緊密封，填料主要由銅環(huán)、浸澤四氟的膨脹石墨環(huán)構(gòu)成。由于日常轉(zhuǎn)動(dòng)，盤根會(huì)形成初期磨損，急冷油中焦粉在過濾器攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)竄入到盤根間隙內(nèi)，造成中期磨損。這樣，盤根密封會(huì)被一層層耗損穿透，最終介質(zhì)直接泄漏到外界。

2.1.2 日常的除焦手段及措施

各臺(tái)急冷油泵的前后過濾器始終保證全部正常投用，起到最初期的除焦目的。增加過濾器本體的排放頻次，通過急冷油排放，除去油系統(tǒng)中的焦質(zhì)。經(jīng)一些裝置的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出，這確實(shí)是一個(gè)任重道遠(yuǎn)的過程，在整個(gè)運(yùn)行周期下，通過一些機(jī)泵濾網(wǎng)、地罐的清理狀態(tài)來評(píng)判，其效果是顯著的。但即使是長(zhǎng)期這樣調(diào)整，其余設(shè)備的損耗仍會(huì)出現(xiàn)，如急冷油排放泵等。

2.1.3 除焦的技術(shù)應(yīng)用及設(shè)備改造

（1）旋液分離器。旋液分離器的設(shè)置就是把急冷油進(jìn)一步過濾，除去其中更細(xì)小的焦粒，得到較為潔凈的急冷油進(jìn)行循環(huán)。分離原理是：急冷油從旋液分離器上側(cè)面快速進(jìn)入設(shè)備，急冷油夾雜著焦質(zhì)在設(shè)備內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)，焦質(zhì)在離心力的作用下貼近設(shè)備內(nèi)壁螺旋下降至分離器底部，而較為潔凈的急冷油從頂部出口排出，實(shí)現(xiàn)了脫焦工序。通過一些裝置實(shí)際應(yīng)用的調(diào)研，旋液分離器會(huì)加裝在急冷油過濾器流程的前面，用以提高除焦效果及效率。

（2）增設(shè)并聯(lián)籃式過濾器。急冷油過濾器的下側(cè)排放線上增設(shè)并聯(lián)的籃式過濾器，這樣的改造有利于減輕急冷油排放罐內(nèi)焦粉的集聚，分擔(dān)了罐內(nèi)各排放點(diǎn)的脫焦壓力，同時(shí)也防止排放量過大造成排放線堵塞的情況。脫焦工序變?yōu)槿粘Ｇ謇恚瑫?huì)起到滴水穿石的效用。

（3）急冷油過濾器改造。急冷油過濾器最容損壞的兩個(gè)位置，一個(gè)是液下軸承，另一個(gè)是密封盤根。要想讓過濾器始終處于正常的除焦?fàn)顟B(tài)，長(zhǎng)周期運(yùn)行必不可少。①液下推力軸承的改造。延長(zhǎng)軸承的使用壽命，尤其是推力側(cè)軸承。通過在推力側(cè)軸承下方增設(shè)一處滑動(dòng)支撐，介質(zhì)進(jìn)行潤(rùn)滑，來保證整根軸的垂直方向受力。即使當(dāng)推力軸承出現(xiàn)初期磨損時(shí)，也持續(xù)保持向上的支撐力，不會(huì)造成后續(xù)的問題發(fā)生，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，同時(shí)調(diào)整軸承的間隙配合，減輕焦質(zhì)的滲入磨損；②斜角固定改造。對(duì)整根軸和刮刷刮板增設(shè)斜角固定，保證軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，減輕側(cè)向剪應(yīng)力或受力偏差情況，保證整根軸良性運(yùn)行，延長(zhǎng)徑向軸承使用壽命；③刮刷刮板改造。經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)轉(zhuǎn)及檢修，濾框原始的橢圓度會(huì)發(fā)生改變，造成濾框部分位置無法被刮刷刮板清理及刮渣，甚至也會(huì)出現(xiàn)濾框過盈擠壓，造成轉(zhuǎn)動(dòng)過程中扭矩過大，便會(huì)出現(xiàn)電機(jī)超載甚至濾網(wǎng)撕裂情況發(fā)生。故刮刷刮板可改造為伸縮結(jié)構(gòu)，自適應(yīng)補(bǔ)償或收縮，這樣可有效的進(jìn)行刮渣作業(yè)，同時(shí)也減少由于刮刷刮板損耗后的檢修、調(diào)整甚至整體更換工作；④密封改造。將填料密封升級(jí)為機(jī)械密封，并配置外部沖洗。這是由于機(jī)械密封屬于非接觸式密封，密封性及穩(wěn)定性高。通過機(jī)封處的持續(xù)沖洗，阻止急冷油夾帶焦粉進(jìn)入密封副，保證運(yùn)轉(zhuǎn)中的磨損降低至最小，會(huì)最大程度的延長(zhǎng)過濾器的使用壽命，做到除焦效用最大化。

2.2 急冷油排放泵

急冷油排放泵屬于立式長(zhǎng)軸液下泵，用于外送地罐內(nèi)污油。設(shè)備隨排隨啟，間斷性運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于他的特殊工況，檢修頻次并不低。

2.2.1 影響

焦粉顆粒對(duì)該泵的最大影響就是使用壽命減短，檢修頻次增加。

（1）葉輪磨損。由于該泵的吸入口處于液下狀態(tài)，硬質(zhì)焦粒會(huì)伴隨急冷油一起被吸入葉輪，并持續(xù)摩擦葉輪流道。時(shí)間一久，流道處出現(xiàn)減薄漏點(diǎn)，造成機(jī)泵外送能力下降。減薄過程又破壞葉輪的原動(dòng)平衡狀態(tài)，會(huì)使得轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)中出現(xiàn)輕微晃動(dòng)，而轉(zhuǎn)子的晃動(dòng)便又促使轉(zhuǎn)子和液下軸承之間的磨損。

（2）液下軸承磨損。長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，造成泵殼盤根出現(xiàn)磨損，且間隙增大，較細(xì)的焦粉竄入支撐管內(nèi)，與液下軸承和對(duì)應(yīng)位置的軸套發(fā)生摩擦，造成磨損，液下軸承與軸套間隙增大，導(dǎo)致后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中軸在軸承內(nèi)發(fā)生晃動(dòng)，加速磨損。葉輪和液下軸承的磨損會(huì)相互影響，相互干擾。

2.2.2 日常的改善手段及措施

使用過程中，急冷油排放前后均要保證機(jī)泵液下軸承的沖洗流程暢通，并要根據(jù)實(shí)際工況提升沖洗油壓力，保證沖洗效果。檢修安裝時(shí)，要控制液下滑動(dòng)軸承和軸套之間的間隙，防止出現(xiàn)間隙大造成振動(dòng)超標(biāo)，間隙小造成抱軸等情況。同時(shí)葉輪口環(huán)間隙也要調(diào)整到適合位置，并將口環(huán)焊接固定，防止由于個(gè)別焦粉卡澀，將口環(huán)研磨脫落，引發(fā)次生事件。

2.2.3 設(shè)備技術(shù)改造

（1）軸承數(shù)量：減少滑動(dòng)軸承的跨距，增加滑動(dòng)軸承的數(shù)量，提高抗徑向力的沖擊。

（2）材質(zhì)升級(jí)：選擇正確的滑動(dòng)軸承和軸承材質(zhì)，滑動(dòng)軸承和軸套的材料要耐介質(zhì)的腐蝕，還需要有足夠的抗磨性和硬度，兩者之間有一定的硬度差，最好要有一定的自潤(rùn)滑性，比如選擇銅基合金作為軸襯或液下滑動(dòng)軸承的材料。這樣的軸承在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)有較好的耐磨性和導(dǎo)熱性?？梢暂^大程度的改觀機(jī)泵現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)，從而延長(zhǎng)機(jī)泵使用壽命，減少由于焦粉磨損而造成的故障檢修。

2.3 急冷油系統(tǒng)

2.3.1 影響

焦粉會(huì)隨著急冷油系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間持續(xù)增多。那么過濾器前后的壓差必然會(huì)持續(xù)高，尤其到裝置運(yùn)行末期時(shí)，急冷油壓力降低，循環(huán)量降低，換熱效率下降，塔釜溫度升高，急冷油中的瀝青質(zhì)析出更加嚴(yán)重，惡性循環(huán)。

2.3.2 日常除焦手段及措施

（1）增設(shè)急冷油塔和減粘塔的塔釜排放線，通過對(duì)兩個(gè)塔的定期排放，來緩解急冷油系統(tǒng)中焦粉的夾帶量。同樣以防當(dāng)系統(tǒng)突發(fā)波動(dòng)等情況出現(xiàn)時(shí)，塔釜的焦粉經(jīng)過擾動(dòng)紛紛混入急冷油內(nèi)，造成急冷油壓差驟升，壓力波動(dòng)較大，甚至?xí)鹁植抗芫€堵塞的情況出現(xiàn)。

（2）裂解爐燒焦期間，單位時(shí)間內(nèi)提高通風(fēng)量，延長(zhǎng)燒焦時(shí)間，并保證燒焦質(zhì)量，控制焦粉產(chǎn)生的源頭。

（3）重質(zhì)裂解爐SLE 一急冷內(nèi)管定期水力清焦，同樣也可以降低裂解氣將焦粉帶入急冷系統(tǒng)的量。根據(jù)裝置運(yùn)行實(shí)際情況，每年清焦1～2 次。

2.3.3 除焦的技術(shù)應(yīng)用及設(shè)備改造

對(duì)裂解氣大閥及閥前短管增設(shè)吹焦蒸汽線。裂解爐下線燒焦過程中，裂解氣大閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)，吹掃燒出的一部分焦粉會(huì)在裂解氣大閥前短管處堆積，直到裂解爐再次上線后，裂解氣大閥打開，該部分焦粉會(huì)被直接帶入急冷后系統(tǒng)，造成急冷油中的焦渣激增。故為了直接從源頭減少焦粉進(jìn)入急冷系統(tǒng)，在裂解氣大閥本體及閥前短管處配出兩條中壓蒸汽線，在燒焦時(shí)，吹焦線投用，將爐管內(nèi)壁燒焦出的焦粉直接送入燒焦罐。該項(xiàng)改造通過多家同類裝置試驗(yàn)，均獲得極好的成效。也可以更直觀的對(duì)比，在乙烷爐配線改造后，減粘塔的重燃料油產(chǎn)品泵清網(wǎng)頻次近乎為零，清網(wǎng)檢查干凈基本無焦粉。事實(shí)證明吹焦線是急冷油除焦工作最源頭的一步，也是至關(guān)重要、不可或缺的一步，為急冷系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

急冷系統(tǒng)的脫焦工作不會(huì)是朝發(fā)夕至，需要日常做好扎實(shí)基礎(chǔ)，在裝置設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用上，還需要更前沿的技術(shù)支持，達(dá)到最佳及最有效的除焦目的。