原油常压蒸馏塔顶部系统工艺防腐流程技术探讨

2018-01-18王亚彪王秋萍袁毅夫

石油炼制与化工 2018年1期

张成，王亚彪，王秋萍，袁毅夫

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

常压蒸馏塔顶部系统的流程设置、设备使用和控制方案选择既关系到常压塔顶部低温余热的回收，又与塔顶设备和工艺管道的防腐密切相关，严重影响常减压蒸馏装置的产品质量、生产运行周期和装置的平稳操作。近些年来，国内对常压塔顶部系统的研究主要集中在常压塔塔顶腐蚀问题上[1-2]，而对该问题研究的重点也仅限于腐蚀机理、注剂及设备材质的选择[3-6]，较少出现从工艺流程优化角度减缓塔顶系统腐蚀的方案。文献[7]中较全面论述了常压塔顶部流程的发展历程，对目前普遍存在的塔顶腐蚀问题和低温热回收问题进行了深入探讨，提出了常压塔顶部油气系统设置两段冷凝冷却并取消常压塔顶循环回流的流程。

两段冷凝冷却流程的设置和操作条件的选择，避免了常压塔顶系统”三注”产生的铵盐类物质被打回常压塔顶部，也避免了第一段冷凝过程的露点腐蚀，但冷凝系统可能出现露点腐蚀的位置由第一段冷凝后移至第二段冷凝系统，需对其进行腐蚀防护。本研究就如何做好后续设备的防腐进行探讨，通过改进塔顶冷却系统工艺流程、调整塔顶操作控制方案来减缓塔顶冷凝系统腐蚀，并对塔顶采用一段冷凝系统时取消塔顶冷回流流程对塔顶腐蚀的影响进行研究。

1 空气冷却器入口管嘴增设注水点

常压塔顶部冷凝冷却系统采用两段冷凝流程后，将常压塔塔顶馏出线上的“三注”防腐措施移至常压塔塔顶回流罐之后的冷凝冷却设备入口管道上，以避免常压塔塔顶回流携带铵(胺)盐引起常压塔上部及常一线汽提塔结垢，减轻腐蚀。同时，通过对操作条件的控制，使第一段冷凝冷却系统设备内不产生游离水，将常压塔塔顶油气中可能出现的水蒸气露点转移到第二段冷凝冷却系统中，从而避免了第一段冷凝冷却系统管线及设备的腐蚀[7]。具体流程示意见图1。

图1 常压塔顶部冷凝冷却系统两段流程

常压塔顶部油气冷凝冷却系统通常采用注水的方式来消除水蒸气的露点。当第二段冷凝系统采用空气冷却器(空冷器)，尤其是多台空冷器并联操作时，即使空冷器入口管线完全对称布置，也常会因翅片管的变形、风机转速的不一致和个别换热管堵塞等原因造成空冷器内流体偏流。如果仅在空冷器入口总管设置注水点，则随着流体偏流，难以保证每一台空冷器管束内水蒸气露点的消除。因此，通过改进注水方式，在每片空冷器管束的进口管嘴增加注水点，各自独立设置，不仅能够确保各支路注水量充足、均匀，还可以对空冷器管束内的污垢物进行冲洗，减少堵塞，防止偏流，有效避免露点腐蚀的发生。常压塔塔顶空冷器入口注水位置示意见图2。

图2 常压塔塔顶空冷器入口注水位置示意

2 增设二段冷凝油气换热器

常压塔塔顶部油气两段冷凝流程的第二段采用空冷器和水冷却器，其入口温度大约在100 ℃左右[7]，仍有较多的低温热量未回收。尽管不回收这部分热量对装置换热终温影响并不明显，但若增加一组换热器，回收这部分低温热的同时，有效避免换热设备内流体流动的偏流，也有利于消除露点。换热器可以采用抗H2O-H2S-Cl-腐蚀的材质。增加一组换热设备，空冷器所需的传热面积会相应减少，装置的投资变化不大。增设二段冷凝油气换热器后流程示意见图3。

图3 增设二段冷凝油气换热器的流程

3 塔顶回流罐可能析出游离水的处理

采用两段冷凝，在正常操作条件下，常压塔塔顶回流罐内没有水析出，但装置在生产运行过程中的操作调整、操作参数的波动，特别是在装置开工试运阶段，难以完全避免在回流罐中产生游离水，这些游离水的存在会对设备及相应管道造成腐蚀。因此，需及时对这部分游离水进行处理。

3.1 回流罐不设置分水包流程

回流罐不设置分水包，生产过程波动产生的游离水将无法以水相的形式存在于回流罐内，从而避免酸性水的积聚。产生的游离水与常压塔塔顶回流罐油相产品一同由常压塔塔顶回流泵抽出，一部分返回常压塔顶部，另一部分与未冷凝的气相一起经常压塔塔顶空冷器、后冷却器冷却后进入常压塔塔顶产品罐，游离水经常压塔顶顶产品罐的分水包排出系统。具体流程示意见图4。

图4 常压塔塔顶回流罐不设分水包的流程

3.2 回流罐设置分水包流程

回流罐底部设置分水包有两种排出游离水的方法：一种方法是通过回流罐底部的分水包将产生的游离水分离出来，分水包底部接一小直径管道直接引入产品罐内，该管道可以间断(当检测到有游离水出现时)排放，也可以连续排放，以保证回流罐分水包内没有酸性水的积存，流程示意见图5；另一种方法是设置两台泵(一用一备)，从小分水包底部引出液体(可能含有游离水)，液体输送到二级冷凝设备入口管道，回流罐液位通过控制此股液体的流率进行调整，常压塔塔顶回流泵仅用来输送塔顶回流以控制塔顶温度，流程示意见图6。

图5 常压塔塔顶回流罐从分水包引水的流程

图6 常压塔塔顶回流罐设分水包引油的流程

4 回流罐的操作温度

常压塔塔顶产品(石脑油)的质量控制有两种方式。一种是常规的控制常压塔塔顶操作温度，具体流程见图7。此方案的回流罐温度不需要刻意控制，常压塔塔顶油气换热后的温度(塔顶回流罐的操作温度)以油气中的水蒸气不在这一系统内冷凝为宜。

图7 控制常压塔塔顶操作温度的流程

另一种是严格控制回流罐的操作温度，而对常压塔塔顶操作温度不作控制。这种控制方案，在控制常压塔塔顶产品(石脑油)质量的同时，能够较好地满足常压塔塔顶油气换热器中不发生水蒸气冷凝的要求，具体流程见图8。常压塔塔顶油气换热器需要具有良好的换热能力调节作用。

图8 控制常压塔塔顶回流罐操作温度的流程

以国内某炼化企业加工能力为10.0 Mt/a的常减压蒸馏装置为例，两种控制方案的相关操作条件见表1。由表1可以看出，在常压塔塔顶油流量不变的前提下，采用控制回流罐操作温度的流程，常压塔塔顶油终馏点略低于控制常压塔塔顶温度的流程，说明分离精度有所改善。尽管水蒸气的露点温度提高了1 ℃，但常压塔塔顶温度提高了6 ℃，塔顶回流温度提高了19 ℃，说明控制回流罐操作温度流程的第一段冷凝过程出现游离水的可能性进一步降低。

常压塔塔顶油流量(收率)、塔顶油终馏点(品质)、塔顶温度以及塔顶油气的水蒸气露点温度随常压塔塔顶回流罐温度的变化见图9。由图9可以看出，改变回流罐操作温度，塔顶油的流量和终馏点会相应发生变化，可以起到调节产品收率和品质的作用。提高回流罐的操作温度，可以较容易获得满足产品质量要求的较高的塔顶油收率，同时由于塔顶温度的升高，一段冷凝过程的热回收和避免热回收过程产生游离水的条件也相应得到改善。

表1 控制常压塔塔顶温度流程和控制回流罐操作温度流程的操作条件对比

图9 常压塔塔顶回流罐温度与塔顶油终馏点、塔顶温度等参数的关系■—塔顶油流量； ▲—塔顶油终馏点； ◆—塔顶温度； ●—塔顶油气中水蒸气露点温度

5 采用一段冷凝时取消塔顶冷回流的流程

当采用一段冷凝流程时，可以取消塔顶冷回流，塔顶油气冷凝的液体油品不作为冷回流返回到常压塔顶部，而是全部送出装置。保留常压塔塔顶循环回流流程，并将塔顶循环回流的返塔位置上移至塔顶部，通过调节塔顶循环油的流量来严格控制塔顶温度，满足塔顶生产石脑油的质量要求。具体流程见图10。

图10 常压塔顶部取消塔顶冷回流流程

表2 取消塔顶冷回流流程和常规流程操作条件对比

取消塔顶冷回流，在常压塔塔顶油气管线任何位置注剂都将不存在铵(胺)盐类物质通过回流被带入常压塔顶部的可能。取消塔顶冷回流的一段冷凝流程与目前常规采用的塔顶一段冷凝、塔顶冷回流返塔流程的相关操作条件对比见表2。由表2可以看出，在常压塔塔顶油收率不变的前提下，取消塔顶冷回流，尽管由于塔顶油气量减少，塔顶油气中的水蒸气分压相对增大，水蒸气的露点温度提高了4 ℃，但常压塔塔顶的操作温度仅降低了1 ℃，塔顶操作温度仍然高于水蒸气露点36 ℃，塔顶不会有水凝出。取消塔顶冷回流后，塔顶循环取热量增大，塔顶循环抽出及返回温度降低了6 ℃，塔顶循环流量增加了15.9%，塔顶循环热量回收的难度相对增加，需对换热网络进行合理配置。