ELUXYL 工藝吸附進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥故障對(duì)生產(chǎn)的影響及對(duì)策

姜 琳

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

引言

目前國(guó)內(nèi)外的芳烴聯(lián)合裝置生產(chǎn)企業(yè)中對(duì)二甲苯吸附分離產(chǎn)品的技術(shù)，基本來(lái)源于法國(guó)IFP 的ELUXYL 工藝技術(shù)和美國(guó)UOP 的Parex 的工藝技術(shù)[1-2]。我國(guó)生產(chǎn)對(duì)二甲苯產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，主要還是依靠引進(jìn)外國(guó)專利技術(shù)進(jìn)行加工生產(chǎn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)運(yùn)行的大型對(duì)二甲苯吸附分離生產(chǎn)裝置中有50%以上是采用法國(guó)IFP 的ELUXYL 工藝專利技術(shù)。但在2016 年通過(guò)我國(guó)中國(guó)石化自主研發(fā)的SorPX 工藝技術(shù)在海南煉化成功進(jìn)行應(yīng)用，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)二甲苯產(chǎn)品生產(chǎn)專利技術(shù)國(guó)產(chǎn)化[3-4]。

現(xiàn)某石化廠采用法國(guó)IFP 的ELUXYL 工藝專利技術(shù)，其核心設(shè)備包括：吸附塔2 臺(tái)、144 個(gè)開(kāi)關(guān)閥、3 臺(tái)循環(huán)泵、SCS 自動(dòng)切換控制系統(tǒng)。對(duì)比美國(guó)UOP的Parex 的工藝技術(shù)的ACCS 系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)[3]，法國(guó)IFP 的ELUXYL 工藝特點(diǎn)：雖有144 個(gè)開(kāi)關(guān)閥但是都是單獨(dú)控制的開(kāi)關(guān)閥，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，不需要對(duì)閥進(jìn)行反沖洗，并且有先進(jìn)的動(dòng)態(tài)控制。在生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行的同時(shí)處理開(kāi)關(guān)閥較為靈活，如果開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)故障可以在裝置運(yùn)行中檢修不需要停工。但是由于開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)次數(shù)頻繁加上裝置運(yùn)行周期時(shí)間較長(zhǎng)，久而久之必然會(huì)出現(xiàn)故障，必然會(huì)對(duì)裝置生產(chǎn)產(chǎn)生一定的影響。目前針對(duì)吸附塔開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)故障的影響分析相對(duì)較少，大多都是集中針對(duì)開(kāi)關(guān)閥本身儀表問(wèn)題的分析，而對(duì)開(kāi)關(guān)閥對(duì)工藝生產(chǎn)分析很少。雖然ELUXYL 工藝配套的SCS 控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已有考慮到開(kāi)關(guān)閥切換過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題，并也進(jìn)行了相應(yīng)的處理措施，但是由于裝置運(yùn)行周期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)已達(dá)到13 年，開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)問(wèn)題已經(jīng)不局限于前期運(yùn)行所出現(xiàn)的問(wèn)題情況，現(xiàn)在故障不斷進(jìn)行更新，再加上運(yùn)行工況的頻繁變化當(dāng)初設(shè)計(jì)所考慮的故障處理辦法已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在所出現(xiàn)的問(wèn)題。如果開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)有效地進(jìn)行處理，將會(huì)對(duì)對(duì)二甲苯的產(chǎn)品純度和產(chǎn)品收率產(chǎn)生大幅度的影響，對(duì)吸附塔的壓力也產(chǎn)生波動(dòng)影響，吸附塔壓力大浮動(dòng)的波動(dòng)對(duì)塔內(nèi)格柵板產(chǎn)生損壞，對(duì)裝置后期安全平穩(wěn)生產(chǎn)有著較大影響。所以本文根據(jù)該吸附塔裝置現(xiàn)所運(yùn)行的實(shí)際情況，歸類出開(kāi)關(guān)閥曾發(fā)生過(guò)的故障情況、類型及對(duì)對(duì)二甲苯產(chǎn)品、吸附塔塔壓造成的影響，也為相同類對(duì)二甲苯產(chǎn)品生產(chǎn)裝置工藝生產(chǎn)提供一定借鑒[3]。

1 工藝原理介紹

IFP 的ELUXYL 工藝技術(shù)是模擬逆流吸附工藝，是通過(guò)144 個(gè)開(kāi)關(guān)閥實(shí)現(xiàn)連續(xù)的逆流接觸，同時(shí)利用分子篩進(jìn)行選擇吸附進(jìn)料中的對(duì)二甲苯，再利用解析劑對(duì)二乙基苯將對(duì)二甲苯置換解析的一個(gè)過(guò)程，進(jìn)而達(dá)到分離吸附進(jìn)料中的對(duì)二甲苯的目的[4]。在這個(gè)工藝中，固相的吸附劑是靜止的，而液相是通過(guò)吸附塔內(nèi)部吸附劑床層。吸附塔內(nèi)部焊接著沿著吸附塔內(nèi)壁的環(huán)形室，環(huán)形室主要是進(jìn)料PDEB 的進(jìn)塔點(diǎn)和抽出液抽余液出塔點(diǎn)，周期性地從吸附塔床層切換到另一個(gè)床層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了模擬逆流的移動(dòng)效果。該廠2014 年大檢修吸附塔進(jìn)行吸附劑的更換選用了新分子篩吸附劑SPX-3003,同時(shí)也改進(jìn)吸附系統(tǒng)設(shè)備跟工藝參數(shù)的優(yōu)化。增大了吸附塔設(shè)備的處理能力，對(duì)二甲苯純度與收率都有大幅度的提高。吸附塔根據(jù)5 股進(jìn)出物料FRDEBW 位置的不同將床層分為了4 個(gè)主要區(qū)域，這里每個(gè)區(qū)域都有著不同的作用見(jiàn)圖1。A 代表PX、B 代表MX＋EB＋OX＋NA、D代表PDEB。

圖1 模擬移動(dòng)床及液相組成示意圖

Ⅰ區(qū)是解析區(qū)：該區(qū)域主要的功能是從吸附劑固體微孔中解析出對(duì)二甲苯,進(jìn)入Ⅰ區(qū)底部固體吸附劑微孔中攜帶著PX＋PDEB，進(jìn)入Ⅰ區(qū)頂部液相中是純PDEB。模擬移動(dòng)床的原理及吸附選擇性，固體吸附劑再上升時(shí)微孔中PX 將液相中PDEB 解析出來(lái)，通過(guò)Ⅰ區(qū)底部將由PX＋PDEB 組成的液體以抽出液形式抽出，也可稱為PX 從固體吸附劑內(nèi)解析的區(qū)域；Ⅱ區(qū)是精致區(qū)：該區(qū)域主要的功能是將吸附劑微孔中MX＋EB＋OX＋NA 除去，因?yàn)檫M(jìn)入Ⅱ區(qū)頂部時(shí)吸附劑微孔中只能含有PX＋PDEB，隨著吸附劑向上移動(dòng)根據(jù)吸附劑的選擇性，合適地調(diào)整Ⅱ區(qū)內(nèi)液相流速可使吸附劑微孔中MX＋EB＋OX＋NA 被PX＋PDEB所取代，也能保證固體吸附劑微孔中在Ⅱ區(qū)頂部時(shí)和進(jìn)入Ⅰ區(qū)時(shí)吸附劑微孔中只有PX＋PDEB，PX 組分在此區(qū)域內(nèi)得到了提純；Ⅲ區(qū)是吸附區(qū)：該區(qū)域主要的功能是進(jìn)入Ⅲ區(qū)底部的固體吸附劑從液相中吸附PX，進(jìn)入三區(qū)底部固體吸附劑是從Ⅳ區(qū)提升上來(lái)的吸附劑微孔中攜帶著PDEB＋MX＋EB＋OX＋NA，進(jìn)入Ⅲ區(qū)頂部時(shí)吸附劑微孔中要求含有PX＋PDEB＋MX＋EB＋OX＋NA 組分。液相向下流，固相吸附劑向上移動(dòng)，根據(jù)PX＋PDEB＋MX＋EB＋OX＋NA 對(duì)吸附劑的選擇性不同，固相吸附劑微孔中首先會(huì)選擇液相中PX，則吸附劑微孔中一部分PDEB＋MX＋EB＋OX＋NA 被替換出來(lái)進(jìn)入液相中。一部分隨著抽余液抽出，一部分隨著循環(huán)流量進(jìn)入了Ⅳ區(qū)，而進(jìn)入Ⅲ區(qū)頂部吸附劑微孔中則是PX ＋PDEB ＋MX＋EB ＋OX＋NA，所以Ⅲ區(qū)也可認(rèn)為是從液相吸附PX 區(qū)域。Ⅳ區(qū)是緩沖區(qū)：該區(qū)的主要功能是不讓Ⅲ區(qū)底部液相中MX＋EB＋OX＋NA 進(jìn)入Ⅰ區(qū)來(lái)污染抽出液，通過(guò)調(diào)整好Ⅳ區(qū)內(nèi)流量保證PDEB 再此區(qū)域向上移動(dòng)防止抽余液中MX＋EB＋OX＋NA 進(jìn)入Ⅰ區(qū)污染抽出液。Ⅳ區(qū)也是隔離Ⅲ區(qū)與Ⅰ區(qū)的區(qū)域緩沖區(qū)。

2 開(kāi)關(guān)閥故障分類

ELUXYL 工藝技術(shù)的吸附塔有兩個(gè)立式單塔、144 個(gè)開(kāi)關(guān)閥、3 臺(tái)6 000 kV 泵，每個(gè)塔有12 個(gè)床層2 個(gè)塔組成24 個(gè)床層。144 個(gè)開(kāi)關(guān)閥是通過(guò)SCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的實(shí)現(xiàn)模擬移動(dòng)床層的效果。144個(gè)開(kāi)關(guān)閥中有120 個(gè)是進(jìn)料、解析劑、抽出液、抽余液、反洗開(kāi)關(guān)閥，其余24 個(gè)開(kāi)關(guān)閥則是每個(gè)床層之間的旁路開(kāi)關(guān)閥，根據(jù)吸附的負(fù)荷不同開(kāi)關(guān)閥切換的時(shí)間也是不同的，但每一個(gè)循環(huán)周期進(jìn)料、解析劑、抽出液、抽余液、反洗五股物料都需要開(kāi)關(guān)一次，旁路24 個(gè)開(kāi)關(guān)閥則需要開(kāi)關(guān)4 次。隨著吸附塔運(yùn)行周期逐漸增長(zhǎng)開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)的故障頻率也是不斷增加的。統(tǒng)計(jì)某煉油廠芳烴吸附塔從2009 年開(kāi)工到至今多年運(yùn)行出現(xiàn)故障問(wèn)題可知，一般出現(xiàn)兩類故障問(wèn)題：一是開(kāi)關(guān)閥回訊盒故障，但對(duì)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)沒(méi)有印象。二是開(kāi)關(guān)閥閥體本身內(nèi)部故障，包括電磁閥故障（五路兩通電磁閥）、快排閥故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞或軸密封漏、執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡死、閥門卡死、空氣管路嚴(yán)重泄漏，這些情況都會(huì)導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)或關(guān)不上，需要對(duì)氣缸進(jìn)行在線或下線處理。

3 開(kāi)關(guān)閥故障影響情況分析

3.1 回訊故障，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉到位

1）對(duì)PX 產(chǎn)品純度影響：這里以吸附進(jìn)料F 的開(kāi)關(guān)閥為例來(lái)進(jìn)行情況分析，進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥發(fā)生故障時(shí)SCS 系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到并在中央控制室SCS 系統(tǒng)電腦上發(fā)出報(bào)警信息，一般信息顯示兩種：一種FTC 關(guān)延時(shí)、一種是FTO 開(kāi)延時(shí)，同時(shí)SCS 系統(tǒng)會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)閥進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置維護(hù)狀態(tài)并且給出開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉的指令，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉?，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)閥也處于正常關(guān)閉狀態(tài)，這種情況在吸附塔運(yùn)行前中期出現(xiàn)比較頻繁，對(duì)吸附塔的塔壓、純度影響也是較小的。但是由于進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥設(shè)維護(hù)，會(huì)對(duì)吸附床層分布有明顯短暫變化，進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)吸附塔的床層分布為4、10、7、3（裝置目前吸附塔床層分布）。當(dāng)進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥設(shè)維護(hù)后Ⅲ區(qū)相當(dāng)于多了一個(gè)床層，而Ⅱ區(qū)相當(dāng)于少了一個(gè)床層，床層分布變?yōu)?、9、8、3，如果短時(shí)間1 個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)閥處理完成，不會(huì)對(duì)PX 純度有明顯影響，如果需要幾個(gè)周期的處理，通過(guò)在線拉曼趨勢(shì)圖可以明顯看出，EB 峰值向Ⅱ區(qū)頂靠近。抽出液中的EB 含量也明顯上升，進(jìn)而導(dǎo)致了PX 產(chǎn)品純度有所下降。

2）吸附塔塔壓影響：進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥故障系統(tǒng)自動(dòng)將閥門設(shè)置維護(hù)狀態(tài)同時(shí)給出一個(gè)關(guān)閉閥門指令，這個(gè)過(guò)程對(duì)吸附塔壓是不會(huì)有明顯波動(dòng)的。即使遇到頂、底進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥故障床層進(jìn)行切換時(shí)對(duì)塔壓也不會(huì)有明顯波動(dòng)。SCS 系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥發(fā)生故障維護(hù)后在進(jìn)行下個(gè)床層切換時(shí)，開(kāi)關(guān)閥打開(kāi)狀態(tài)是還是保持N-1 開(kāi)啟進(jìn)料，而這個(gè)切換過(guò)程所以對(duì)塔壓波動(dòng)不會(huì)較大影響?，F(xiàn)場(chǎng)外操人員處理進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥時(shí)，要將開(kāi)關(guān)閥上游手閥進(jìn)行關(guān)閉隔離才可交儀表人員進(jìn)行檢查處理。如果只是進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥維護(hù)不隔離，直接進(jìn)行處理開(kāi)關(guān)調(diào)試，那將會(huì)導(dǎo)致吸附塔壓力大浮動(dòng)波動(dòng)導(dǎo)致聯(lián)鎖，切記處理開(kāi)關(guān)閥時(shí)先確認(rèn)維護(hù)再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)隔離。

3.2 回訊故障，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥無(wú)法關(guān)閉、關(guān)閉不嚴(yán)

首先要搞清楚開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)下無(wú)法關(guān)閉或是關(guān)閉不嚴(yán)的情況的原因。總結(jié)以往出現(xiàn)關(guān)不到位或是無(wú)法關(guān)閉的情況的主要原因有，儀表風(fēng)產(chǎn)生的動(dòng)力不足（儀表風(fēng)連接處漏風(fēng)、氣路發(fā)生堵塞、電磁閥故障導(dǎo)致儀表風(fēng)無(wú)法進(jìn)入氣缸）；執(zhí)行機(jī)構(gòu)因密封圈老化、磨損；定位銷脫落造成閥門卡澀，阻力太大而無(wú)法帶動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門動(dòng)作。

1）對(duì)PX 產(chǎn)品純度影響：當(dāng)進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥無(wú)法關(guān)閉或是關(guān)不嚴(yán)時(shí)，進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥會(huì)因故障系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出設(shè)置閥門維護(hù)指令。閥門維護(hù)而現(xiàn)場(chǎng)閥門可能處于未關(guān)閉或是關(guān)不嚴(yán)，隨著吸附塔程序的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥也進(jìn)行床層切換。此刻故障開(kāi)關(guān)閥本應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)進(jìn)料進(jìn)入吸附塔中。但由于無(wú)法關(guān)閉或關(guān)不嚴(yán)故障進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥一直有進(jìn)料進(jìn)入吸附塔中但此時(shí)故障開(kāi)關(guān)閥也進(jìn)入Ⅱ底部。吸附塔床層不停切換時(shí)間越久，故障開(kāi)關(guān)閥越接近Ⅱ區(qū)的頂部，但是由于Ⅱ區(qū)上部沒(méi)有足夠床層數(shù)跟足夠區(qū)域流量能將這部分雜質(zhì)進(jìn)行精制，導(dǎo)致了抽出液中的雜志含量增多，PX 產(chǎn)品不合格。如果在進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥發(fā)生故障維護(hù)后，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)閥未關(guān)閉或是關(guān)不嚴(yán)，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)閥進(jìn)行有效隔離并且在吸附循環(huán)一個(gè)周期內(nèi)，則對(duì)PX產(chǎn)品純度影響較小甚至沒(méi)有明顯的變化。日常吸附塔開(kāi)關(guān)閥運(yùn)行時(shí)，不僅僅只有進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)此類故障會(huì)影響PX 產(chǎn)品的純度。PDEB 開(kāi)關(guān)閥、BW 開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)、關(guān)不到位，沒(méi)有短時(shí)間一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)隔離處理都會(huì)導(dǎo)致PX 純度的下降。BW 開(kāi)關(guān)閥、與RA 開(kāi)開(kāi)關(guān)閥問(wèn)題還會(huì)影響PX 產(chǎn)品收率。

2）吸附塔塔壓影響：當(dāng)進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥無(wú)法關(guān)閉或是關(guān)不嚴(yán)時(shí)，開(kāi)關(guān)閥因回訊故障會(huì)給出閥門設(shè)置維護(hù)、關(guān)閉指令，現(xiàn)場(chǎng)閥門卻沒(méi)有關(guān)閉或是關(guān)不嚴(yán)。此時(shí)故障進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥剛好在吸附塔中部發(fā)生故障維護(hù)無(wú)法關(guān)閉或關(guān)不嚴(yán)時(shí)，其實(shí)對(duì)吸附塔的壓波動(dòng)變化較小不夠明顯。因?yàn)樵谖剿胁块_(kāi)關(guān)閥切換時(shí)開(kāi)關(guān)閥前后壓差較小、流量相對(duì)較為穩(wěn)定并且還是在同一個(gè)塔（A 塔或B 塔），所以開(kāi)關(guān)閥切換時(shí)導(dǎo)致未關(guān)閉或關(guān)不嚴(yán)吸附塔壓力不會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)。當(dāng)進(jìn)料開(kāi)關(guān)閥切換至B 塔時(shí)底頂切換，而A 塔故障開(kāi)關(guān)閥現(xiàn)場(chǎng)還未進(jìn)行隔離時(shí)，仍然保持未關(guān)閉或是關(guān)不嚴(yán)狀態(tài)吸附塔壓力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)情況。原因是此時(shí)A、B 兩塔同時(shí)進(jìn)料，吸附塔頂?shù)讐翰钶^大，使得B 塔進(jìn)料無(wú)法全部進(jìn)入同時(shí)泵送至流控，所以B 塔出現(xiàn)壓力底波動(dòng)，此時(shí)A 塔出現(xiàn)壓力高的波動(dòng)。

4 開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)故障應(yīng)對(duì)措施及日常管理

1）當(dāng)中控操作人員發(fā)現(xiàn)XV 閥回訊不到位設(shè)維護(hù)后，要第一時(shí)間通知現(xiàn)場(chǎng)操作人員＋儀表專業(yè)人員立即到吸附塔確認(rèn)開(kāi)關(guān)閥狀態(tài)；

2）若開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)未關(guān)閉或關(guān)閉不到位情況，現(xiàn)場(chǎng)外操立即關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥F/D 是上游，E/R 是下游閘閥，將故障XV 閥隔離，減少因XV 閥關(guān)不嚴(yán)對(duì)PX 純度的影響；

3）日常告知儀表常備一臺(tái)完好的氣缸，當(dāng)開(kāi)關(guān)閥出現(xiàn)問(wèn)題需要更換氣缸時(shí)，可以以最快速度更換故障氣缸，以減少PX 純度的影響；

4）中控內(nèi)操注意監(jiān)控吸附塔拉曼以及PX 純度在線變化情況，如果純度出現(xiàn)持續(xù)下滑及時(shí)改進(jìn)PX 產(chǎn)品檢查罐，同時(shí)快速調(diào)整精餾成品塔的操作，以盡快使PX 產(chǎn)品合格；

5）日常對(duì)于發(fā)生故障概率較多配件進(jìn)行常備，如回訊感應(yīng)器、電磁閥；

6）現(xiàn)場(chǎng)外操人員加強(qiáng)吸附塔巡檢及日常檢查，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)匯報(bào)；

7）對(duì)吸附巡檢時(shí)注意檢查開(kāi)關(guān)閥儀表風(fēng)的接線是否有松動(dòng)或漏風(fēng)情況，一旦發(fā)現(xiàn)要立即進(jìn)行處理，以防止風(fēng)壓不足而造成開(kāi)關(guān)閥動(dòng)作不到位；

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于某煉廠芳烴裝置吸附塔所使用ELUXYL工藝技術(shù)，從開(kāi)工到至今來(lái)因進(jìn)料F 開(kāi)關(guān)閥的故障問(wèn)題發(fā)生，導(dǎo)致了對(duì)二甲苯產(chǎn)品的不合格及對(duì)塔壓的波動(dòng)影響進(jìn)行了總結(jié)與分析。也為相同類似的裝置，出現(xiàn)進(jìn)料F 開(kāi)關(guān)閥故障后所能采取及時(shí)有效的應(yīng)急措施提供一定的借鑒。