喷气燃料加氢装置开工和运行问题分析及解决措施

2018-08-29，

石油化工腐蚀与防护 2018年4期

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(中国石油工程建设公司吉林设计分公司，吉林吉林 132022)

某石化公司250 kt/a喷气燃料加氢精制装置于2014年4月建成投产。该装置采用某公司开发的喷气燃料临氢脱硫醇RHSS技术及专用催化剂RSS-2，以炼油厂常减压装置的常一线馏分油为原料,生产满足GB 6537—2006《3号喷气燃料》标准要求的喷气燃料。

该装置设计规模为250 kt/a，设计操作弹性为60%～110%。装置主要由反应(包括循环氢压缩机)、分馏和公用工程部分组成，设计年开工时数为8 400 h，运转周期按“三年一修”考虑。

1 装置主要生产问题及分析

反应部分工艺流程见图1。

图1 反应部分工艺流程示意

该装置实施两个阶段的改造，第一阶段主要对加氢进料换热器及反应进料加热炉进行改造，第二阶段主要对加氢进料换热器及反应产物空冷器入口增设注水设施。

第一阶段，装置在开工硫化及正常操作过程中显示出加氢进料换热器壳程换热终温低、反应进料加热炉升温速度慢及提负荷困难等问题。装置只能维持24 t/h的进料量，为正常生产负荷的80%。

1.1 加氢进料换热器换热终温低

原设计的3台DN700加氢进料换热器为双壳程换热器，壳程冷物流为加氢进料，管程热物流为反应产物，3台加氢进料换热器串联，总面积为540 m2，折流板切口47%，折流板间距400 mm。壳程出口设计换热终温为220 ℃(初期)，而实际运行数据为：进料量20 t/h时，换热终温为209 ℃；进料量24 t/h时，换热终温为204 ℃。经HTRI7.0软件模拟计算，不同折流板切口对传热系数的影响对比见表1。

表1 折流板切口对传热系数的影响

注：进料温度25 ℃是考虑冬季工况。

从表1可以看出，当折流板切口由47%改为25%，折流板间距由400 mm改为250 mm时，总传热系数及面积裕量均提高了10%左右，但总面积仍然不足。

按照控制室DCS显示数据列表计算其传热系数见表2。由表2可以看出,换热器的实际传热系数只有设计值的55%左右，初步推断是壳程隔板的密封泄漏造成壳程介质返混或者是换热器局部堵塞造成的。

表2 加氢进料换热器传热系数标定数据

注：传热系数打折率=总传热系数标定值/设计传热系数。

1.2 反应进料加热炉升温速度慢

原设计反应进料加热炉和分馏塔底重沸炉为二合一辐射-对流型立式圆筒炉。反应进料加热炉原设计温差为20 ℃(初期为220 ℃升温到240 ℃，末期为260 ℃升温到280 ℃)，开工硫化时反应进料加热炉升温速度慢，炉膛温度一直升至720 ℃左右，炉膛设计温度660 ℃。分析认为主要是加热炉一直处于超设计温度状态，致使加热炉超负荷运行。

经核算：当温差不小于35 ℃时，加热炉的处理量在初期只能达到24 t/h。当温差不大于20 ℃时，开工初期和生产中期加热炉完全可以正常操作，末期辐射室的烟气温度较高(740～760 ℃)，辐射室负压较低，不利于加热炉的安全操作，主要原因是由于反应进料加热炉到分馏塔底重沸炉对流室的烟道截面积较小造成的。

针对上述问题，第一阶段提出对加氢进料换热器及反应进料加热炉进行改造。

1.3 加氢进料换热器铵盐结晶堵塞

第二阶段问题是在第一阶段改造完成并运行1 a以后，再次出现加氢进料换热器壳程换热终温不断降低、加热炉热负荷不断增大的情况，反应器出口至加氢产物分离罐之间压力降(设计初期为0.25 MPa,末期0.35 MPa)达到0.73 MPa，反应器压力2.24 MPa，加氢产物分离罐压力1.51 MPa，但反应器本体压力差不大(23.27 kPa)，且换热器壳程终温由220 ℃逐渐降至210 ℃并最终降至 202 ℃，经分析判定换热器管程堵塞。

停车检查，4台串联的加氢进料换热器(反应产物依次经过 ABCD)管程均发现堵塞物，换热器堵塞情况见图2。由图2可以看出,中间2台(BC)堵塞最严重且疏通的难度最大，堵塞物为溶于水的白色晶体，经分析加氢产物分离罐水包中的酸性水氨氮质量浓度为4 570 mg/L，充分说明硫氢化铵(NH4HS)和氯化铵(NH4Cl)结晶是堵塞的主要原因。

NH4HS结晶温度150 ℃左右，NH4Cl结晶温度180 ℃以上[1]。换热器C/D堵塞物应为NH4HS结晶。换热器A/B堵塞物有两种:一是NH4Cl结晶;二是由于换热器C/D堵塞后，导致换热器A/B的温度降低，造成NH4HS结晶在此析出。

2 解决措施

2.1 改造反应进料加热炉

将原二合一结构形式的加热炉改造为2台独立的加热炉：反应进料加热炉由纯辐射圆筒炉改造为辐射-对流型圆筒炉，即在原辐射炉顶新增对流室、空气预热器及烟囱等；分馏塔底重沸炉可以满足装置生产的需求，利用原来的烟囱，不需要改造。

新增对流排管:辐射排管全部利旧，并新增4根辐射炉管，炉管材质为TP321H。改造后工艺介质从对流室顶部进入加热炉，经对流-辐射加热后出炉。新增对流炉管为2管程，共12排，每排5根，合计60根。其中最下面两排为遮蔽光管，其余均为翅片管。辐射炉管为1管程，原辐射24根规格为φ127 mm×8 mm×5 000 mm炉管全部利旧，并利用辐射室现有空间，分别在辐射进出口位置共新增4根规格为φ127 mm×8 mm×5 000 mm，材质为TP321H的炉管。

图2 换热器堵塞情况

反应进料加热炉运行初期和末期的负荷变化较大，加热炉热负荷设计余量考虑了加氢进料换热器组总体热负荷的20%，当加氢进料换热器壳程终温达不到设计值时，通过加热炉确保加氢进料加热到反应所需温度。

2.2 加氢进料换热器改造

更换原3台换热器的管束，将折流板切口由47%改为25%，折流板间距由400 mm改为250 mm，同时增加1台同规格的换热器，4台同规格的换热器串联后的模拟计算结果见表3。

表3 加氢进料换热器模拟计算结果

从表3可以看出，换热器改造后达到了预期效果，几个主要指标达到要求即传热系数达到了设计值，能够满足满负荷250 kt/a的进料工况，面积富裕量基本符合要求。

2.3 增设注水设施

注水是抑制换热器铵盐结晶堵塞的有效措施[2-3]。国内大部分喷气燃料加氢装置设有注水点和注水设施，通常根据压力降上升情况间断注水，该装置在换热器B/C之间与反应产物空冷器入口增设了2处注水口，2处注水点共用1台注水泵，注水为除盐水，注水量控制在原料处理量的8%，满负荷运行时注水量控制在2.4 t/h，管线采用热水伴热，间断操作洗净铵盐，减少反应系统压力降。