60萬噸/年氣體分餾裝置運行問題及應對策略分析

＊楊 凱

（陜西延長石油（集團）有限責任公司延安石油化工廠 陜西 727406）

引言

延安石油化工廠60萬噸/年氣體分餾裝置為聚丙烯裝置提供高純度丙烯原料，為MTBE（甲基叔丁基醚）裝置提供優(yōu)質(zhì)碳四原料，為混合脫氫裝置提供丙烷原料，同時分離出的戊烷餾分送入汽油精致裝置。該裝置自2009年首次開工以來，裝置餾出口產(chǎn)品質(zhì)量合格。但運行中出現(xiàn)的空冷器管道泵易抽空、凝結(jié)水總管水擊嚴重、裝置靜置時壓縮機干氣密封竄入系統(tǒng)、壓縮機并機困難、丙烯塔內(nèi)部壓差大、脫乙烷塔頂冷凝器操作不便、脫戊烷塔結(jié)焦等問題，經(jīng)常造成裝置局部停工，嚴重影響氣體分餾裝置的正常運行，因此分析氣體分餾裝置運行中存在的問題，并根據(jù)問題制定應對措施，解決影響氣體分餾裝運行問題，對下游裝置的正常運行及全廠物料平衡具有重要意義。

1.氣體分餾裝置原料及產(chǎn)品組成

60萬噸/年氣體分餾裝置原料液化氣來自延安煉油廠、永坪煉油廠和榆林煉油廠的混合液化氣，經(jīng)脫硫、脫硫醇后的精制液化氣作為本裝置的原料。設計原料組分數(shù)據(jù)見表1[1]。

表1 原料組分及產(chǎn)品組成數(shù)據(jù)

依據(jù)設計加工量每年60萬噸計算，每年可生產(chǎn)丙烯產(chǎn)品19.29萬噸，生產(chǎn)丙烷產(chǎn)品4.27萬噸，生產(chǎn)碳四產(chǎn)品34.24萬噸，生產(chǎn)戊烷產(chǎn)品1.56萬噸，排至高瓦燃料氣約0.64萬噸。

2.氣體分餾裝置工藝流程簡介

脫除硫化氫和硫醇的液化氣進入本裝置進入裝置原料罐，原料通過脫丙烷塔進料泵進入脫丙烷塔，脫丙烷塔為69層ADV（Advanced Micro-dispersion Valve）高效浮閥塔板，塔頂餾出物（C2/C3）經(jīng)脫丙烷塔頂空冷器冷凝后進入回流罐，回流罐冷凝液部分用作塔頂回流，一部分送入脫乙烷塔作為進料。脫乙烷塔頂蒸出的C2/C3餾分經(jīng)脫乙烷塔塔頂冷凝器部分冷凝冷卻后進入脫乙烷塔頂回流罐，不凝氣主要是乙烷和粗丙烯，經(jīng)罐頂壓力控制閥排放至高壓瓦斯管網(wǎng)，冷凝液全回流至塔頂。

脫乙烷塔塔底的粗丙烯自壓進入丙烯塔（1）作為進料。由于丙烯塔的高度較高（188層塔板），故分為丙烯塔（1）和丙烯塔（2）串聯(lián)運行。丙烯塔（2）頂蒸出的氣相丙烯進入丙烷蒸發(fā)器管程，與殼程蒸發(fā)的丙烷進行換熱，冷凝的丙烯依靠壓差進入回流罐，大部分作為丙烯塔（2）回流，一部分送出裝置去丙烯貯罐或直接進聚丙烯裝置。丙烯塔（1）塔底的丙烷，少部分送至罐區(qū)；大部分經(jīng)降壓后進入丙烷蒸發(fā)罐。在蒸發(fā)罐中液體丙烷吸收丙烯冷凝的熱持續(xù)蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣相經(jīng)入口分液罐進入透平帶動的離心壓縮機。經(jīng)壓縮后的丙烷氣體升溫升壓，一部分由丙烷冷卻器降溫后進入丙烯1塔底部，絕大部分氣相丙烷經(jīng)熱返塔線為丙烯1塔提供熱源。

脫丙烷塔底碳四、碳五餾分自壓進入脫戊烷塔，塔頂?shù)奶妓慕?jīng)空冷器冷凝，然后進入塔頂回流罐，碳四冷凝液部分作塔頂回流，部分送至甲基叔丁基醚裝置或罐區(qū)。塔底戊烷餾分則送至罐區(qū)或汽油精制裝置。裝置工藝流程圖如圖1所示。

圖1 氣分裝置流程簡圖

3.氣體分餾裝置運行過程中存在的問題及應對策略

（1）空冷器管道泵易抽空，塔頂冷后溫度高。氣體分餾裝置脫丙烷塔、脫戊烷塔采用管道泵噴淋的濕式空冷器冷卻，運行過程中注水槽內(nèi)部的水位震蕩幅度較大，水槽內(nèi)部容易將水從溢滿口流出。管道泵入口位置的過濾器安裝位置較高，不僅增加了除鹽水的損耗，還導致管道泵容易被抽空，造成塔頂冷后溫度較高，影響塔頂?shù)桩a(chǎn)品純度。

為了妥善解決此類問題，將空冷器水槽補水線浮球閥向下微調(diào)，使水槽水位低于溢流口，并將補水壓力調(diào)小，不僅解決了注水槽液位震動幅度較大問題，還節(jié)約了除鹽水。此外，將管道泵入口的過濾器進行改造，泵入口與過濾器保持一定的向下傾斜角度，降低了吸入口位置，解決了管道泵易抽空的問題。

（2）凝結(jié)水總管水擊嚴重。裝置凝結(jié)水總管在開工后發(fā)現(xiàn)了管線水擊嚴重?？偣芫€長時間的水擊導致管線彎頭附近出現(xiàn)了多處裂縫，造成凝結(jié)水滲漏，影響了裝置的安全運行。

為了解決此類問題，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水總管水擊問題多出現(xiàn)在再沸器之后，特別是脫乙烷塔再沸器凝結(jié)水與凝結(jié)水總管的溫差較大，在進入凝結(jié)水總管時速度減緩。因此，在再沸器產(chǎn)生的凝結(jié)水添加氣動泵裝置，給凝結(jié)水增加動力，將冷凝水與熱凝水分開，進入到凝結(jié)水系統(tǒng)中，有效解決凝結(jié)水總管水擊問題。

（3）丙烷壓縮機停運期間，氮氣竄入丙烯塔系統(tǒng)中，增加了系統(tǒng)內(nèi)部壓力。在丙烷壓縮機停運期間，干氣密封氣被替換成了氮氣，導致大量氮氣進入到丙烯塔系統(tǒng)中，增加了丙烯塔系統(tǒng)內(nèi)部的壓力，造成丙烯塔開工時不凝氣多。

為了解決此問題，在壓縮機停運時關閉丙烷壓縮機進出口的切斷閥門，關閉防喘振閥，打開壓縮機機體泄壓閥，排盡機體氮氣，將進入機體的氮氣從丙烷壓縮機中排出。

（4）丙烯塔系統(tǒng)頂部與底部的壓力差過大，處理能力較差。在丙烯塔系統(tǒng)開工之后，塔頂、低壓力差會逐漸增加，最大可達到0.23MPa，降低了丙烯塔系統(tǒng)的有效處理能力，使得氣體分離系統(tǒng)的加工量達到最大可處理能力的上限。在處理能力＞75t/h之后，丙烯塔的分離效果降低，塔底丙烷與塔頂丙烯的產(chǎn)品純度明顯下降。

為了解決此問題，根據(jù)裝置運行狀況，在檢修時對每一層塔板浮閥進行檢查，發(fā)現(xiàn)浮閥卡澀及時進行更換。通過修整，可以使得丙烯塔系統(tǒng)的壓力差接近設計值，增強氣體分餾裝置的最大工作負荷，有效改善丙烯塔系統(tǒng)的分離效果，提高系統(tǒng)工作效率與產(chǎn)品的純度。

（5）脫乙烷塔頂冷凝器冷后溫度波動大，操作不便。脫乙烷塔的平穩(wěn)運行和樣品合格直接影響丙烯塔系統(tǒng)及產(chǎn)品的合格，而脫乙烷塔的平穩(wěn)決定于壓力的穩(wěn)定，影響壓力的因素主要是由于蒸汽量和塔頂回流溫度，由于氣溫的變化、循環(huán)水自身溫度的變化操作工需頻繁的調(diào)節(jié)循環(huán)水閥門的開度，由于現(xiàn)場操作室和冷凝器的距離較遠，操作工不能及時、準確的調(diào)節(jié)，造成塔壓力波動，影響了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。

針對此問題，在冷凝器出口循環(huán)水線增加調(diào)節(jié)閥，將控制系統(tǒng)引入主控室DCS系統(tǒng)，內(nèi)操崗位可以根據(jù)冷后溫度的需要，隨時準確的調(diào)節(jié)循環(huán)水量來滿足冷后溫度工藝要求，確保系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。

（6）脫戊烷塔系統(tǒng)結(jié)焦，清焦難度大。在氣體分餾裝置運行中，脫戊烷塔結(jié)焦問題嚴重，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，需要將脫戊烷塔系統(tǒng)切出，蒸汽吹掃、打水降溫，然后進行清焦處理，期間影響全廠物料平衡和MTBE裝置原料質(zhì)量。

為了解決結(jié)焦問題，采取了增設阻聚劑系統(tǒng)的辦法，在脫戊烷塔返塔線增設阻聚劑管線、阻聚劑罐、隔膜泵，使用隔膜泵把阻聚劑從罐內(nèi)抽出經(jīng)返塔線進入塔內(nèi)，阻聚劑的量根據(jù)加工量來調(diào)節(jié)大小，目前結(jié)焦問題得到了改善。

（7）丙烯塔系統(tǒng)丙烷壓縮機并機影響因素多，并機難度大。氣體分餾裝置已經(jīng)經(jīng)歷了較長的運行時間，經(jīng)歷多次檢修、循環(huán)的工作狀況，如壓縮機改閉路循環(huán)丙烯塔靜置系統(tǒng)等。在不同工況下，丙烯塔系統(tǒng)的并機操作過程大致相同。并機過程中容易出現(xiàn)壓縮機入口氣體量不足、機組帶液、循環(huán)系統(tǒng)中的蒸汽壓力較低等問題，使得壓縮機系統(tǒng)難以完全閉合，導致機組不能順利并入丙烯塔系統(tǒng)中。

①丙烷壓縮機入口處氣相量相對不足的原因分析。首先，液相丙烷中C4組分含量較高會導致丙烷壓縮機入口處氣相量相對不足。在相同條件下，C4組分的揮發(fā)性較弱。若液相丙烷物質(zhì)中含有較高含量的C4組分，將會導致丙烷蒸發(fā)罐中的氣體難以與液體丙烷同時蒸發(fā)出去，且積聚的C4物質(zhì)會逐漸增加，對丙烯塔頂冷凝蒸發(fā)器的丙烷蒸發(fā)效率產(chǎn)生影響，從而導致丙烷蒸發(fā)氣量較少，壓縮機入口位置處的氣相量相對不足。在并機操作過程中，脫丙烷塔底再沸器調(diào)節(jié)閥門出現(xiàn)故障，操作不規(guī)范將會影響丙烷塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量，影響丙烯塔的并機操作過程。

②中壓蒸汽壓力較低。在氣體分餾裝置中，汽輪機可以將產(chǎn)生蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化成為供給汽輪機旋轉(zhuǎn)的機械能，在聯(lián)軸器的帶動作用之下加快離心壓縮機的旋轉(zhuǎn)過程，旋轉(zhuǎn)過程會給丙烷氣體離心力作用，給擴壓通道中的氣體擴壓作用，增加了氣體物質(zhì)的壓力及溫度。在并機過程中，氣體分餾裝置的蒸汽流量會迅速增加，由壓縮機循環(huán)前的每小時30噸上漲到每小時60噸左右，迫使蒸汽系統(tǒng)重新調(diào)整蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)壓力，使得蒸汽壓力急速降低。若中壓蒸汽壓力＜2.8MPa，并機操作過程會受到較大的影響。

③丙烷壓縮機機組帶液原因分析。首先，壓縮機入口分液罐液位較高可能會導致丙烷壓縮機機組帶液。當壓縮機入口分液罐的液位高度較高或大于15%時，將會導致氣相丙烷攜帶一些液體，主要成分液體丙烷。壓縮機入口分液罐高度較高將會減少分離罐內(nèi)的氣液的分離空間，導致其難以完全分離開，使得壓縮機入口位置帶有液體，可能會影響之后的并機操作過程。其次，壓縮機入口位置分液罐的液位上漲速度較快可能會導致丙烷壓縮機機組帶液。在丙烯1塔底位置揮發(fā)出的丙烷氣體會與丙烯2塔底揮發(fā)出的丙烯于塔頂冷凝蒸發(fā)器上部進行換熱，使得塔頂冷凝蒸發(fā)器中的氣液混合物返回到丙烷蒸發(fā)罐體中，以便將氣體與液體分離開來。丙烷蒸發(fā)罐提供了氣體與液體相互分離的空間，使得丙烷能夠迅速汽化，脫離罐體。若蒸發(fā)罐的液位較高，將會減少氣體與液體分離空間，使得液相丙烷夾雜在氣相丙烷物質(zhì)中，帶液現(xiàn)象嚴重。若丙烷氣體中含有較多的液相丙烷進入分液罐入口，液相丙烷與氣相丙烷的分離難度較高，液相丙烷含量較高會使得液位迅速上漲，短時間之內(nèi)即可上漲超過總罐體的15%，影響了氣相丙烷與液相丙烷的分離進程，增加了壓縮機并機的難度。

④丙烯2塔頂與回流罐壓差不足。丙烯塔頂氣相丙烯循環(huán)速度較低，丙烯冷凝過程中產(chǎn)生的熱量相對較少，將會導致丙烷壓縮機入口處氣相量不足，造成壓縮機熱返塔量不足。主要是由丙烯2塔頂與丙烯塔回流罐之間的壓力差較小引起的，導致丙烯循環(huán)推動能力較弱。

⑤壓縮機并機問題應對策略分析。第一，若大量的C4物質(zhì)進入到丙烯塔系統(tǒng)中，將會影響丙烯壓縮機的正常使用性能。為了解決此問題，需要將氣體原料、脫丙烷塔、脫乙烷塔及脫戊烷塔切斷開來，丙烯塔系統(tǒng)進行停工退料，確保其質(zhì)量合格之后重新進入到丙烯塔系統(tǒng)中。

第二，建立液相回流系統(tǒng)之后，需要根據(jù)回流罐液位高度調(diào)整回流量大小，根據(jù)丙烯1塔底液位高度調(diào)整丙烷冷卻器循環(huán)水量大小，避免丙烯1塔底液位蒸發(fā)過快，造成壓縮機入口處的氣相量過低。

第三，通過分析并機操作數(shù)據(jù)，得知在確保其他各種操作參數(shù)相對穩(wěn)定的狀況下，為了提高壓縮機入口處的氣相量，可以增加丙烯塔與丙烯塔回流罐之間的壓力。

第四，需要嚴格控制壓縮機分液罐液位高度，確保其在15%以下。若液位高度高于15%，需要將分液罐物料退回到丙烷所在罐區(qū)。在啟動退料工藝流程之前需要反復檢查退料流程，避免進料順序出現(xiàn)錯誤的狀況，造成丙烯1塔底丙烷竄入分液罐中，造成分液罐液位異常上漲。

第五，在蒸發(fā)罐的液位較高時，氣相丙烷夾帶液相多，需要控制丙烷蒸發(fā)罐內(nèi)部的液位，使其維持在30%左右。在遇到緊急停工之后，立即關閉丙烷蒸發(fā)罐液位控制閥，避免丙烯1塔底丙烷進入低壓丙烷蒸發(fā)區(qū)域中。

第六，壓縮機并機時需要提前匯報給生產(chǎn)調(diào)度，確認熱動力車間等相關部門做好準備工作，做好中壓蒸汽供應工作，確保順利完成并機任務。

4.優(yōu)化后的效果評價

經(jīng)上述改造及優(yōu)化操作，氣體分餾裝置脫丙烷塔及脫戊烷塔頂冷后溫度控制平穩(wěn)，未出現(xiàn)管道泵抽空現(xiàn)象；脫乙烷塔頂冷后溫度實現(xiàn)內(nèi)操遠程調(diào)節(jié)，在滿足工藝要求的同時操作更加便利，塔底再沸器凝結(jié)水增加氣動泵，并直接輸送至凝結(jié)水罐，凝結(jié)水總管水擊現(xiàn)象得到改善；通過嚴格控制粗丙烯質(zhì)量、穩(wěn)定丙烯塔與回流罐壓差等措施，自2020年檢修開工至今丙烯塔系統(tǒng)并機成功率100%；阻聚劑的添加降低了脫戊烷塔清焦頻次，清焦頻次由1次/年降低至2次/3年，節(jié)約了物力人力，達到了預期效果。

5.結(jié)論

綜上所述，氣體分餾裝置經(jīng)歷長時間運行，影響裝置日常操作的問題較多，如空冷管道泵易抽空引起冷后溫度波動大，脫乙烷塔頂冷凝器操作不便造成的系統(tǒng)溫度及壓力波動大，凝結(jié)水總管水擊引起焊縫裂水滲漏，丙烯塔系統(tǒng)壓縮機因多種原因并機困難等，對裝置操作中存在的問題進行分析，并提出對應的應對策略，通過部分改造及優(yōu)化操作，成功解決了影響氣體分餾裝置平穩(wěn)運行的問題，為下游裝置的運行及全廠物料平衡打下堅實的基礎。