Zorb装置E101结焦现状与改进措施

2021-03-01庄伟国中海油惠州石化有限公司广东惠州516086

化工管理 2021年2期

庄伟国(中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086)

0 引言

某石化公司炼油项目2.4 Mt/a催化汽油脱硫装置，是我国现阶段规模最大的生产装置，主要采用中石化的S Zorb吸附脱硫工艺，并且在2017年9月正式投产。随着时间的推移，该装置的反应进料换热器E101运行状况出现异常，结焦情况越来越严重，尤其是在较低的生产负荷下，会出现较为严重的偏流现象[1]。

1 E101运行问题

1.1 E101的流程描述

E101主要用于反应产物和混氢原料油进行换热，充分利用反应生成油的热量预热原料，达到降低反应进料加热炉负荷的目的。两列并联运行，A列共有5台换热器A～E串联，B列共有5台换热器F～J串联，均采用U型管换热器，混氢原料油走管程，吸附产物走壳程。其中一列结焦严重，装置需要降至60%负荷，可以将其切除，在线吹扫、清洗，另一列单列运行。E101设计性能数据如表1所示。

表1 E101设计性能参数

1.2 E-101管程结焦情况越发严重

随着装置的运行，E-101结焦趋势越发严重，截至2020年3月，原料的换热终温较开工时下降了8～10 ℃,相同反应进料量下，E101管程压差增加60～70 kPa，特别是2020年3月，在月初月末处理量相差不大的情况下，E101压差上涨10 kPa，上涨速度明显加快。管程、壳程分别用A列出口温度减B列出口温度，进行作图，如图1、图2所示。热端温差、管程出口温差、壳程出口温差均呈现增加趋势。换热效果变差造成加热炉负荷增大、能耗增大，同时也限制了处理量的提高；E101管程压差增大造成压缩机负荷增大，气缸排气温度升高，对装置的长周期运行不利[2]。

根据管程出口温差、壳程出口温差，可以判断E101A列管程结焦情况比较严重。根据表1相关数据可知，E101壳程介质压力较低，设计的计算压降比管程大，线速较管程低，在壳程副线有开度的情况下，线速更低，因此壳程更容易偏流。因此E101管程结焦、壳程偏流这两方面原因导致壳程出口温差比管程出口温差大的多。

2 换热终温偏低原因分析与处理方法

2.1 换热器换热温度异常原因分析

换热器换热终温偏低的主要原因是传热速率下降，主要有四个方面的原因：

(1)热源侧介质流量不足，导致热源侧温差大，压降小；

(2)冷源侧温度低，并且冷、热末端温度低；

(3)并联运行的多台换热器管程或者壳程流量分配不均；

(4)换热器管程内部严重结垢，导致换热效率下降[3]。

2.2 强化换热器中传热过程的方法

现阶段技术人员重视对设备异常的原因分析，并且针对这些造成换热器温度异常的因素，制定了四点有效的处理方式：

(1)对于管程出口温度偏低的一列换热器，技术人员选择增加热源的流量，降低冷源的流量，有效实现热量平衡，这种处理方法的可操作性较高。在换热器设计制造阶段，需要加大传热面积，避免在生产阶段出现温度异常等不良现象；

(2)原料尽量采用热进料，提高其进料温度，提高换热器换热终温，降低加热炉负荷；

(3)现阶段技术人员应该重视对两列换热器管程、壳程流量的控制，确保并联的不同设备能够稳定运行，有效降低换热器的流量异常现象；

(4)针对设备使用阶段出现的内部结垢现象，拆开换热器，有效清理表面结垢，消除该设备使用阶段存在的异常，便于热量能够有效传递，延长设备的使用寿命[4]。

2.3 具体案例

2020年3月，技术人员多次调整E101出入口阀门开度，从而减小两列并联换热器的偏流倾向。技术人员在3月26日，将E101A列壳程入口关至一半开度零2扣，发现该设备管程出口温差由25 ℃降至1 ℃，壳程出口温差由26 ℃降至13 ℃，整体效果显著，并且技术人员在装置进一步降低负荷至250 t/h后，发现偏流又明显加重，进一步通过关小E101A列壳程入口进行调整。原料温度升高以后，手动减小E101壳程跨线阀开度，也有利于减轻E101壳程的偏流倾向。

图1 2020年3月E101温差变化情况

2020年11月装置反应进料量平均210.71 t/h。E101两列管程出口温差比较稳定。11月5日以后，管程温差有下降趋势，主要原因是1#催化原料从装置彻底切除，混合原料烯烃含量降低，有利于减缓E101结焦，降低温差。

图2 2020年11月E101温差变化情况

3 减缓E101结焦的技术措施

3.1 加强原料管理

一般认为，原料越重，终馏点越高，胶质含量越高，越容易导致换热器管程结焦。有效降低原料的终馏点，从而降低当前设备使用阶段出现结焦的可能性。在含硫汽油脱硫生产中，由于催化汽油原料中含有的烯烃含量较多，通过降低原料中的烯烃含量，优化现阶段原料，减少设备使用阶段出现的结焦现象。S Zorb工艺对于原料的要求较高，技术人员应该重视对原料的优化，从而降低设备使用阶段出现的结焦现象。

催化汽油在中间罐区长期储存，容易出现部分原料氧化生成胶质，严重影响原料的质量，不利于脱硫工序正常进行，还会出现一定的结焦现象。现阶段技术人员在日常工作中，应该关注原料的变质现象，做好对于罐区原料的氮封工作。如果中间罐区不使用氮封，将会造成原料中的二烯烃氧化生成胶质等杂质，在E101管程侧发生结焦，整体设备的换热效果大幅度降低，影响设备的正常使用。因此，技术人员重视对中间罐区原料储存的管理，确保符合当前炼油生产的需求。

在日常生产阶段，技术人员还应该重视对中间罐区原料油的控制，尽可能采取小流量掺炼中间罐区原料油，确保整体流量≤20 t/h。通过对流量的控制，能够显著降低掺炼罐区原料油对装置的影响，有效脱去原料中的硫元素。

3.2 操作调整

在当前设备使用阶段，技术人员还应该关小B列管程的入口手阀，还关小A列的壳程入口，将两列换热器管程出口的温差控制在20 ℃范围内，避免其中的一列温度严重偏高，导致管程结焦进一步加剧，出现大量结焦现象，严重影响当前生产效率的提升。前者提高了换热器管程差压、相同线速度下需要提高反应器顶压力、提高了反应进料泵及氢气压缩机出口压力；后者可以降低管程差压，降低氢气压缩机及反应进料泵出口压力、降低能耗；总之、都会影响到反应氢系统压力的调节灵敏度，提高了系统压力，易产生泄漏。

装置低负荷下运行，管壳程介质线速较低，E101结焦速度加快趋势明显。技术人员结合生产工艺，尽量保持较高的反应进料量，适当提高循环氢的流量，以提高流速，强化换热，减缓结焦。技术人员在操作中，一是通过精制汽油产品少量打循环、适当提高E-101负荷，以达到提高E-101线速的目的；二是通过在目前低负荷下，适当提高氢油比，达到减缓结焦的目的。但这两种措施均会增加装置能耗，增大精制汽油产品的辛烷值损失。

3.3 加注阻垢剂和清焦处理

借鉴加氢工艺过程，从反应进料泵入口处注入一定量的阻垢剂，能够减缓换热器使用阶段出现的结焦现象，延长设备的使用寿命。技术人员还应该重视对E101关键运行参数的监控，利用大数据等信息手段，建立有效工作台账，定期对于E101运行状况进行检查，结焦严重时，对于E101设备内部结焦进行清理，便于换热器能够恢复正常使用，有效降低设备使用阶段出现的异常。目前E101进一步结焦趋势不明显，未注阻垢剂和进行清焦处理。