渣油加氢装置高低分界位分离不清的原因及应对措施

王 清

(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，河南洛阳，471012)

1 渣油加氢装置现状

某公司根据炼油结构调整项目总流程安排，新建一套 260万吨/年渣油加氢装置，该装置为国内最大的单系列渣油加氢装置，采用了固定床渣油加氢工艺技术。渣油加氢装置由反应系统(包含新氢压缩机、循环氢脱硫)、分馏系统、气体脱硫及公用工程系统组成。装置选用抚顺石油化工研究院研制开发的 FZC系列渣油加氢催化剂，包括保护剂、脱金属剂、脱硫剂、脱残炭剂和支撑剂，以轻蜡油、重蜡油、减压渣油、焦化蜡油以及脱沥青油为原料，在反应器内进行一系列催化加氢反应，脱除硫、氮、氧、金属等杂质，降低残炭含量，为催化裂化装置提供优质的原料，同时生产部分柴油，并且副产少量石脑油和干气。

2 流程简述

酸性水带油主要是发生在高低分系统油水分离不彻底以及酸性水系统，相关流程见图1。

图1 高、低压分离系统和酸性水系统

常减压装置来的减压渣油、轻蜡油、重蜡油与焦化装置来的焦化蜡油和自溶脱装置来的脱沥青油混合后一块进入原料油系统，炉前与混氢混和，通过加热炉加热，依次进入五个反应器进行加氢反应，反应生成油先在热高压分离器V103进行气相和液相分离， 液相经热低压分离器V104脱气后进入汽提塔T201，气相经三个换热器和空气冷却器冷却，后在冷高压分离器V105进行油汽水三相分离，冷高分气相进循环氢脱硫系统，水相经过调节阀进入酸性水系统，油相进入冷低压分离器V106再次进行油汽水三相分离，冷低分气相经过调节阀进入气体脱硫系统，水相进入酸性水罐V111，油相经过换热器换热后进汽提塔T201，汽提塔顶部气相经空冷冷却后进入塔顶回流罐V201进行油气水三相分离，汽提塔底部液相进入分馏塔T202再次分离。

3 现象

高低分界位分离不清会造成仪表远传失灵，中控界位调节操作困难，同时现场玻璃板油水分离不清晰，没有明显分层不能及时校对界位，带油的现象包括：(1)冷高分界位采样器中，含硫污水有带油情况；(2)冷低分界位带油后，造成界位失灵，后续酸性水闪蒸罐内部也有带油情况，水带油情况造成对下游污水汽提装置的冲击。

图2 V111酸性水采样

图3 V106界位玻璃板

4 直接原因

冷高分罐中有重油，冷高分油流至冷低分，造成冷高分、冷低分油水分离程度不好。

5 间接原因

5.1 高换内漏

原料油与热高分换热器E103内漏，原料油漏到冷高分，渣油组分影响了冷高分的油水分离，如表1，经化验分析冷低分油性质后，发现冷低分油组分较渣油组分轻，排除此种现象。

表1 冷低分油化验分析

5.2 热高分液位设置过高

高分的作用之一是汽液分离。高分的液位控制是保证油气分离效果的重要参数，液位过高，氢气的停留时间短，油雾的沉降高度小，会造成油气分离效果差；相反液位过低易造成高压串低压的情况，不利于安全生产。热高分气带走大量的油到冷高分中导致分离效果差，影响冷高分界位稳定，而冷高分的界位控制是影响含硫污水与生成油分离效果的主要因素。一般要求热高分液位控制在40%—45%，保证分离效果。如图4所示，热高分液位控制相对较低并不存在因为液位高导致油气分离效果不好。

图4 热高分液位趋势图

5.3 界位控制过低，造成油水分离时间不够

冷高分和冷低分界位控制过低，造成油水分离停留时间不够，但装置经历过反应初期的界位分离不清后，界位通常控制在60%以上，排除。

5.4 冷低分界位液位计和界控阀设计不合理

5.4.1 压差式液位计

冷低分罐V106是竖式分离罐，容积18.6m3，界位远传采用压差式液位计，根据压差原理，不同高度的液体的密度不同，正负压室检测到的压差不同，两室在高度一致的情况下，压差随着介质的密度成正比例变化，所以通过压差就可以监测液面的高度，但是随着液面的波动或介质密度的变化，则会导致测量的不准确，同时会干扰界控阀的自动调节，造成中控操作人员判断失误，存在着这种现象。

5.4.2 冷低分界控阀

冷低分界控阀LV11502，公称直径DN50，最大流量为2t/h，调节阀阀位中控室开至100%，而现场实际最大开度为58.6%，导致界控阀不能及时调节界位，现场人员需一直观看玻璃板，同时现场开调节阀副线，保证界控阀LV11502在中控有调节余地，防止油带水进入汽提塔T201，造成波动。

5.5 循环氢量过大

循环氢量过大，造成循环氢把渣油组分带到冷高分，造成冷高分油水分离难度增加。目前有两种判断：一是循环氢流量仪表显示不准确，实际循环氢量比较大，但目前仪表显示的循环氢压缩机C101的入口流量，从1月份到5月份平均值为225273.8229 Nm3/h，最大值为264548.8 Nm3/h，远小于理论转速下循环氢量，由于循环氢流量仪表显示值低导致压缩机防喘振点离喘振线较近，防喘振阀开度在20%左右，大量的循环氢流量短路，经过前期几方共同分析，可能是沈鼓厂家提供仪表规格书有误，造成表显示流量偏低，2021年6月9日联系厂家，仪表重新校对循环氢流量计后，如图5所示，循环氢流量涨至270588 Nm3/h，防喘振阀慢慢关闭后，防喘振点离曲线较远；二是操作调整循环氢转速时，短时间内提高过快，导致循环氢的气流量和流速增涨过快，混合氢和反应生成的油气混合相进入热高分V103后，气液分离效果不彻底，热高分气夹带重油作用增强，混合相中较重的渣油组分被高速大气量的混合气流夹带至冷高压分离器V105内，分离难度增加。

表2 循环氢压缩机技术数据

图5 循环氢压缩机入口流量趋势图

5.6 热高分夹带重组分至冷高分(俗称发泡)

热高分内部为循环氢、反应产物油，循环氢夹带重油至冷高分，造成冷高分内部水、油分离困难，进而影响冷低分的油、水分离效果，造成界位中带油。

严重发泡的现象为热高分液位剧烈波动，大量热高分气夹带重组分至冷高分，带动冷高分、冷低分液位和界位的波动，油带水和水带油情况轮流发生，油带水对分馏系统造成冲击，造成柴油难以拔出，分馏部分大幅度降温，反过来又影响原料温度，造成过滤器压差高等等，装置操作十分困难；水带油主要冲击下游污水汽提装置，造成其污油量增大，轻污油库存上涨。此现象多发生在装置初、末期。

轻微发泡表现为热高分少量夹带重组分至冷高分，造成冷高分、冷低分界位分离不清，油水混合分离比较难，也会导致油带水或者水带油情况。目前发生的属于此种现象。原因分析如下：

5.6.1 原料问题

加工低芳烃油种时，由于原料中芳香分含量较少时，沥青质易析出而导致催化剂失活，造成胶质、沥青质反应深度不足而生成没有完全反应的中间产物，导致发泡现象发生。在装置运行初期，催化剂活性较高，芳香分反应剧烈，芳香分由于被加氢反应饱和而含量降低，渣油胶体体系稳定性逐步下降，造成沥青质析出明显，同时因反应温度低，沥青质和胶质在反应器中反应不完全，易造成发泡[1]。

稳定指数=(芳烃+胶质)/(饱和烃+沥青质)，稳定指数越高，体系越稳定，不容易发生发泡现象。我厂的稳定指数约为1.87，当渣油稳定指数<2时，通常认为其性质不稳定，容易发生发泡现象。

随着渣油装置稳定运行时间不断地增加，催化剂活性减弱，受热力学限制，芳香分反应速度变缓，同时为减小因催化剂活性减弱的影响，不断地提高反应温度，沥青质和胶质的反应深度相应增加，发泡几率减小。

5.6.2 反应深度问题

表4为2021年5月10日和11日装置数据对比，当反应温度、反应压力、处理量一致时，降低掺渣比后，发泡效果减轻。根据表3和表4分析原因：当掺渣量提高时或者原料中沥青质含量高时，沥青质含量会相应增加，易导致胶质和沥青质的反应深度不足而生成不完全中间产物(这些都是界面活性大、乳化能力强的物质)，或者较多胶质没有参与反应就随反应生成油进入高低分系统，进而导致发泡。

表3 滤后原料油性质分析

表4 反应深度与掺渣比的关系

5.6.3 热高分空间太少或热高分分离效果不好，导致热高分气带液

对比同等规模天津石化260万吨/年渣油加氢装置，虽然洛阳比天津热高分容积大8m3，但是入口分离器、顶部分离器等内构件均不一致。洛阳石化的热高分顶部分离器孔径较大，同时相比天津热高分分离器少设置一层破沫网，可能造成分离效果不好，抗发泡能力较弱。

5.6.4 热高分进料温度低

温度低造成液相黏度增加，表面张力增大，小液滴难以结合成大液滴，造成部分小液滴被气流带出；另一方面，被拉成薄膜的液滴包裹的气体难以析出，加重了液体被带出的趋势[2]。目前装置控制热高分温度控制在设计操作温度360℃，可以排除。

6 建议及措施

(1)联系洛阳院组队来诊断，以解决循环氢量偏离设计工况的问题，对比洛阳、天津热高分内构件不同，看是否是由于循环氢量偏大、热高分内构件不同导致。

(2)优化原料。低芳烃油种不是渣油加氢优质原料，容易导致沥青质析出，应适当减少低芳烃油种掺炼量，特别是在装置运行初期，卢拉、拉帕、巴士拉等低含芳烃油种掺炼比例不应大于20%。应控制合适的装置掺渣量，不可一味追求高经济效益而提高掺渣量甚至明显超过设计指标，以防原料沥青质含量过多。下一步也可以引入催化柴油，改善原料的稳定指数。

(3)反应深度要及时跟上。在系统压力不变，原料性质和量难以改变的情况下，提高反应温度是唯一的手段。当掺渣提高，提高温度可降低发泡几率，但不可一味提高，否则将严重缩短催化剂寿命，不利于装置长周期运行，在此之间需要找到一个平衡点。

(4)加强管理，精细化操作，及时发现问题，防止分离器液位或界位失灵，影响操作。

(5)正常生产过程用要注意平稳操作，如出现异常情况及时联系外操校对现场和中控显示。对V105、V106液位和界位控制平稳，防止大幅度波动。

(6)及时采样化验分析，一旦带油要及时调整，并通过V111酸性水罐撇油线进行撇油，防止带油进入污水汽提装置，影响生产。