急冷水塔裂解汽油帶水原因分析及技術(shù)改造

呂升輝

（中化泉州石化有限公司，福建泉州 362100）

某石化二期100萬t/a乙烯裝置采用KBR工藝，于2020年9月投料開車。裝置開工后發(fā)現(xiàn)急冷水塔（設(shè)備位號為C-202）裂解汽油帶水嚴重（采樣器樣品中水含量在40%~60%），裂解汽油泵入口低點導淋接臨時管線排放，水始終排不凈，急冷水塔油水界位間斷性波動，急冷水持續(xù)乳化，同時汽油槽液位常瞬間大幅下降，難以維持穩(wěn)定。由于裂解汽油回流嚴重帶水，導致急冷油塔盤油、輕燃料油帶水，盤油循環(huán)段液位波動較大，嚴重影響了急冷系統(tǒng)的正常運行。

1 裂解汽油帶水原因分析

首先判斷急冷水乳化造成的裂解汽油回流帶水，導致急冷水乳化的主要原因有急冷油塔頂溫高、汽油組分過重、急冷水PH值高、急冷水溫度高等[1]，通過采取外接高壓鍋爐給水進行急冷水置換、向急冷水循環(huán)系統(tǒng)注入破乳劑、減少中和胺注劑注入量降低急冷水PH值、壓低急冷油塔頂溫及急冷水塔釜溫等措施，急冷水乳化及裂解汽油帶水情況并沒有得到好轉(zhuǎn)，在裂解汽油泵出入口排放導淋低點連續(xù)排水，水依然難以排凈。同類裝置經(jīng)驗中，有另某石化46萬t/a乙烯裝置（同為KBR工藝）在原始開車時同樣發(fā)現(xiàn)急冷油塔裂解汽油回流帶水嚴重，經(jīng)分析是由于急冷水塔汽油槽存在漏點造成裂解汽油帶水，通過技術(shù)改造，在裂解汽油線上增加一個分水罐，從急冷水塔抽出的裂解汽油先進入分水罐，脫水之后再進入裂解汽油回流泵，分水罐底分離出的水通過新增泵送回急冷水塔內(nèi)，解決了裂解汽油帶水問題，保證了裝置長周期正常運行。但本塔內(nèi)件設(shè)備的泄露問題無法在生產(chǎn)運行期間確認，因此只能作為可能造成裂解汽油持續(xù)帶水的參考原因之一待查。

經(jīng)過逐步觀察分析，發(fā)現(xiàn)在后系統(tǒng)干燥器通過氣相返急冷水塔管線泄壓過程中波動尤其明顯，以2020年9月30日該次波動為例，實際影響情況如圖1所示。

當氫氣干燥器D-406A開始泄壓操作時，急冷水塔油水界位在1 min內(nèi)迅速由55%下降至50%左右并持續(xù)波動；汽油槽液位隨之在5 min內(nèi)迅速下降30%，汽油槽接近空液位。根據(jù)這一現(xiàn)象核查裝置現(xiàn)場返急冷水塔氣相管線，發(fā)現(xiàn)氣相管線實際位置接在了急冷水液相以下。急冷水塔塔釜油水分離結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要是根據(jù)水和油的密度差，利用重力沉降原理完成油相和水相的分離，裂解汽油經(jīng)過上方油盤溢流至汽油槽，通過設(shè)置一組“V”字形折流板，一方面加強了橫向混合，給分散相液滴在折流板表面的粘附聚結(jié)和液滴之間的碰撞聚結(jié)提供了更多的機會；另一方面，多層通道縮短了分散相的沉降或浮升距離（淺池原理），從而提高了油水分離效率。由于現(xiàn)場氣相管線位置接口問題，持續(xù)的氣相從油水混合液相以下注入，嚴重破壞了油水靜止分層，影響了油水分離效果，從而從根源上導致急冷水乳化嚴重，汽油槽持續(xù)嚴重帶水，特別是在干燥器泄壓期間，氣相壓力及流量大幅提高，對急冷水塔擾動程度增大，造成油水分離效果進一步下降，乳化情況加劇，汽油量進一步減少，導致油水界位下降，汽油槽液位迅速下降。

圖2 急冷水塔塔釜油水分離結(jié)構(gòu)

2 裂解汽油帶水危害表現(xiàn)

（1）導致急冷水乳化惡性循環(huán)。裂解汽油帶水嚴重時，為了保證急冷油塔塔頂溫度，不使蒸汽在急冷油塔內(nèi)冷凝，則需降低裂解汽油回流量，此時雖然表面上控制急冷油塔頂溫在指標范圍內(nèi)，但由于裂解汽油回流量過低導致裂解氣分離效果差，急冷油塔頂部的裂解氣會夾帶重油組分進入水塔，進一步加大油水分離難度，讓急冷水乳化惡性循環(huán)。

（2）威脅裂解氣壓縮機平穩(wěn)運行。急冷油塔裂解汽油回流量低，且大量水回流到急冷油塔后又蒸發(fā)至急冷水塔，同時急冷水持續(xù)乳化降低了與各急冷水用戶之間換熱器的傳熱效果，易造成急冷水塔熱負荷過高，頂溫升高，更多汽油組份進入壓縮機段間罐，調(diào)整不及時有引發(fā)壓縮機段間罐高液位聯(lián)鎖的風險。

（3）影響裂解汽油加氫裝置正常運行[3]。當急冷水塔裂解汽油帶水嚴重且流程設(shè)定至裂解汽提塔或裂解汽油外送線時，會導致裂解汽油產(chǎn)品帶水；此時下游裂解汽油加氫裝置進料緩沖罐若脫水不及時，會影響脫碳五塔和脫碳九塔的分離效果，嚴重時易發(fā)生乳化現(xiàn)象導致機泵上量，甚至造成裝置停工、物料聚合堵塞管線。裂解汽油帶水嚴重，若進入反應(yīng)區(qū)域會降低催化劑壽命，嚴重時會造成催化劑粉化甚至報廢。由于此時急冷油塔的重油組分持續(xù)進入急冷水塔，裂解汽油C9以上重組分多，干點偏高，會增加脫碳九塔塔底泵的負荷，限制了裂解汽油加氫裝置處理能力。

（4）造成機泵抽空，泵內(nèi)件磨損。裂解汽油回流帶水后進入急冷油塔，造成急冷油塔頂溫持續(xù)下降，在塔內(nèi)產(chǎn)生“爆沸”現(xiàn)象[2]，盤油段液位波動大，易引起盤油泵、甚至急冷油泵抽空損壞設(shè)備，給裝置造成運行風險。裂解汽油中帶水嚴重，裂解汽油泵易發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，導致泵內(nèi)件長期磨損。特別是在急冷水塔汽油槽液位瞬間迅速下降時，外操須及時趕到現(xiàn)場打開至急冷水塔開工汽油管線手閥外補汽油，現(xiàn)場裂解汽油泵為屏蔽泵（借助自身工藝介質(zhì)循環(huán)冷卻潤滑）；外補汽油不及時極易發(fā)生裂解汽油泵抽空，造成軸承串動及葉輪磨損，嚴重損壞設(shè)備。實際工況下發(fā)生過兩臺裂解汽油泵同時不上量的情況，此時不得不通過外接臨時泵來留出緩沖時間檢修裂解汽油泵，嚴重擾亂了急冷系統(tǒng)的正常運行。

3 急冷系統(tǒng)技術(shù)改造過程

急冷水塔氣相返回線（10”）由于施工配管原因接錯位置，接口處于急冷水液相以下，破壞了油水分離效果，從根源上導致了裂解汽油帶水嚴重，急冷水持續(xù)乳化，油水界面、油槽液位不穩(wěn)定，尤其在后系統(tǒng)干燥器泄壓期間波動更加劇烈。為解決上述問題，按圖3所示進行技術(shù)改造，現(xiàn)場將氣相返回線的返塔位置引到塔釜液面以上，通過帶壓開孔，把氣相返塔位置改接至急冷水塔裂解氣進料線（108”），返回氣相通過來自急冷油塔塔頂裂解氣管線進入急冷水塔。通過帶壓封堵，將原氣相管線靠近塔體側(cè)截斷，斷口兩側(cè)分別以盲法蘭封堵，并在氣相線低點新增一條管線排至含油污水罐，用于定期排放，防止積液。

圖3 返急冷水塔氣相管線技術(shù)改造示意

4 急冷系統(tǒng)技術(shù)改造效果

急冷系統(tǒng)經(jīng)過技術(shù)改造前后部分參數(shù)對比見表1所示。

表1 改造前后急冷系統(tǒng)部分參數(shù)對比

在完成帶壓開孔作業(yè)并打通氣相返回線引至急冷水塔裂解氣進料線流程后，室外保持每15 min在裂解汽油泵入口低點導淋采樣一次，室內(nèi)保持監(jiān)控急冷油塔頂溫，及時調(diào)整汽油回流量控制急冷油頂溫穩(wěn)定保持在指標范圍內(nèi)（100-102℃）。經(jīng)觀察，采樣裂解汽油中目測含水量在1 h內(nèi)從40%-60%逐步降低直至裂解汽油中不再帶水，同時裂解汽油回流量裂解汽油回流量151.5~161.4 t/h加大至218.7~224.6 t/h。技術(shù)改造完成后，急冷水塔裂解汽油狀態(tài)恢復正常，油水界位、汽油槽界位不再波動，急冷水中石油類含量從30%~40%降至0.5%~2%，急冷水乳化程度大幅降低，隨之急冷油塔運行恢復正常，盤油、輕燃料油不再帶水，盤油段液位穩(wěn)定，在保證急冷油頂溫的情況下，裂解汽油回流量提高至正常值，避免了急冷油塔重組分持續(xù)上移導致急冷水乳化持續(xù)惡性循環(huán)的狀況，裂解汽油終餾點由263.1~281.2℃降至197.2~205.2℃，盤油終餾點由353.2~370.8℃降至270.6~274.0℃，急冷系統(tǒng)各段熱負荷分配恢復正常，機泵運行平穩(wěn)后，系統(tǒng)干燥器泄壓操作不再對急冷系統(tǒng)造成波動影響。由于返急冷水塔氣相管線從液相以下改造至裂解氣管線，工藝凝液汽提塔與裂解汽油氣體塔塔壓也下降至正常值，工藝凝液汽提塔頂部氣相流量增大，汽提效果得到了明顯改善。