提高粗苯乙烯塔真空系统的稳定运行能力

贠瑞龙，熊 杰，马永虎

(1 中海油东方石化有限责任公司，海南 东方 572600；2 国家能源集团宁夏煤业公司煤制油分公司合成油厂，宁夏 宁东 750003)

某苯乙烯装置生产规模为12万吨/年设计，装置年开工按8000小时设计。利用乙苯绝热负压脱氢生成脱氢液，再经精馏单元将脱氢液中的苯乙烯、乙苯、甲苯、苯等组分分离出来，其中粗苯乙烯塔是苯乙烯装置精馏单元最为关键的部分，其操作的稳定性将直接影响塔釜粗苯乙烯的纯度，最终影响产品苯乙烯的质量[1]，粗苯乙烯塔设计的最大特点是在负压操作条件下进行，以确保苯乙烯能在较低温度下有效的分离，从而有效地避免了苯乙烯高温聚合的风险，而提供负压条件的设备由真空泵完成，因此真空泵的运行是否正常直接影响粗苯乙烯塔的负压操作。

1 背景介绍

粗苯乙烯塔是苯乙烯精馏过程中最重要的分离塔，而真空系统是否稳定运行直接影响粗苯乙烯塔的操作，而在2018年 1月换剂后压控阀阀位出现关小趋势，进行了多次切换泵运行，发现单泵依然满足不了高负荷的运行，严重制约了装置生产负荷的提高，具体情况是粗苯乙烯塔进料负荷21 t/h，塔压22 kPaA，单泵运行时，压力返回阀阀位只有0.9%；同等负荷下，2018年装置换剂之前真空泵返回阀开度可以达到52.7%。

图1 2018年装置换剂之后真空泵返回阀开度为0.9%

由此可见真空泵的调节余量不足严重影响了粗苯乙烯塔的操作负荷，单泵已经满足不了装置提高生产负荷的需求，如果想进一步提高装置的生产负荷，就必须保持两台泵同时运行，在此情况下操作：一是增加了装置的生产能耗，二是当其中一台泵出现故障时粗苯乙烯塔会出现较大波动，降低了粗苯乙烯塔平稳运行的能力[2]，对装置高效平稳生产带来极大的威胁。

2 现状调查

在2018年1月换剂开工后，粗苯乙烯塔进料负荷提至 21 t/h时，生产负荷约为80%时，真空泵A泵单独运行，发现压控返回阀阀位关小至0.5%，已没有调节余量；随即切换至B泵运行，发现压控返回阀阀位仍然只有0.9%，为了保证粗苯乙烯塔能正常运行，需要启动A、B双泵运行来维持生产，具体现象如下：

(1)粗苯乙烯塔进料负荷21 t/h，A泵单独运行时，压力返回阀阀位只有0.5%。

图2 2018年装置换剂之后真空泵A运行返回阀开度为0.5%

(2)粗苯乙烯塔进料负荷21 t/h，B泵单独运行时，压力返回阀阀位只有0.9%。

图3 2018年装置换剂之后真空泵B运行返回阀开度为0.9%

(3)粗苯乙烯塔进料负荷21 t/h，A、B双泵运行时，压力返回阀阀位开到了62.3%。

图4 2018年装置换剂之后真空泵A、B运行返回阀开度为62.3%

3 原因分析

(1)为了找出单台真空泵运行能力下降、制约生产负荷的提高、没有调节余量的原因，利用系统图展开分析如图5所示。

图5 系统图从4个方面分析

(2)要因确认

通过系统图5收集末端因素，制定要因确认为：真空系统串气。工艺管线存在真空系统串气的问题较难发现，因为装置已经平稳运行了3年，均未出现工艺管线的串气问题，并且已经对可能漏气的法兰进行了涂抹黄油密封处理。经过发散思维，收集所有可能的原因，并一一验证，最终确定是真空泵出口尾气突破冷却器E4003液封，进入到粗苯乙烯塔真空系统[3]，导致真空泵X4001入口压力调节阀阀位开度偏小。

图6 串气示意图

4 制定对策

对真空泵出口气体突破液封返窜回入口进行技术改进，在E4022壳程凝液出口加装不同规格的限流孔板。

4.1 在E4022壳程冷凝侧加盲板

经过调研，国内部分同类装置有的并没有设计E4022冷却器，在此基础上考虑增加盲板，摸索将E4022切除系统，加装盲板期间加强对系统的监控，观察系统的不良反应。加装盲板后，X4001真空泵压控阀阀位开度达到50%左右，但经过48 h运行后，发现E4003出口温度异常上涨。经过充分的分析，确定原因是E4022内部积液，导致真空泵排气压力上升，导致E4003壳程内部积液，影响了E4003换热效果，导致E4003壳程出口温度上涨从而增加X4001真空泵入口的气液夹带量，影响真空泵的正常运行因此需进一步改进[4]。

4.2 在E4022壳程冷凝侧加孔板直径为10 mm的限流孔板

根据增加盲板后，真空泵返回阀开度为50%，尝试将盲板换位内径10 mm的限流孔板。加孔板直径为10 mm的限流孔板后，真空泵返回阀开度2.7%，阀位开度偏小。

4.3 E4022壳程冷凝侧加孔板直径为8 mm的限流孔板

加孔板直径为8 mm的限流孔板后，真空泵返回阀开度6%，阀位开度不能满足要求。

4.4 E4022壳程冷凝侧加孔板直径为5 mm的限流孔板

加孔板直径为5 mm的限流孔板后，真空泵返回阀开度23.7%，阀位开度满足要求。

图7 加装Ф5 mm孔板后返回阀阀位开度为23.7%

图8 Ф5 mm孔板

5 巩固措施

5.1 加强对操作人员培训

(1)粗苯乙烯塔灵敏板温度控制，保证塔顶气相负荷稳定；

(2)真空系统液环液置换严格按操作销项卡执行，保证液环液的工作效果；

(3)真空泵密封罐D4004油相、水相液位严格按操作销项卡执行，控制65%～70%，保证真空系统背压稳定；

(4)精苯乙烯塔真空系统的平稳操作，减少对粗苯乙烯塔真空系统的影响。

5.2 精细化管理

为了巩固所取得的成果，保持真空系统稳定运行，将以下巩固措施纳入到苯乙烯装置的日常操作管理制度中。

(1)要进一步提高粗苯乙烯塔操作的稳定性，控制粗苯乙烯塔进料组分变化，严密监控压力返回阀阀位在20%～30%；

(2)监控E4003出口温度不超15 ℃，超过15 ℃需要对E4022进行排液。

(3)真空泵密封罐D4004液位控制在65%～75%，确保真空泵背压稳定。

(4)定期置换液环液，保持液环液流量稳定，保证真空泵抽气能力稳定。

6 结 论

依据改进的方案，应用于实际生产过程中，发现在E4022壳程冷凝侧加直径为5 mm的限流孔板对粗苯乙烯塔的操作最有利，并与目标设定最接近，在之后运行过程中，密切关注粗苯乙烯塔塔压压控阀的开度变化以及系统其它相关参数变化趋势[5]，实际效果达到了预期目标，主要体现有以下几点：

(1)在E4022壳程冷凝侧加直径为5 mm的限流孔板后，经过连续四个月的监控观察及评估，在系统其它操作参数均未发生改变的情况下，任意单台泵运行时塔压压控返回阀阀位都能保持开度在20%～30%之间，满足了粗苯乙烯塔的正常运行。

(2)经济效益

改进之前粗苯乙烯塔最大负荷是21 t/h，改进后可提高至25.8 t/h，按脱氢液进料苯乙烯浓度60%，年开工8000 h，苯乙烯吨利润2000元计算，一年可增加收入(25.8-21)×60%×2000×8000=4608万元；改进的费用，按每块限流孔板的制作、安装成本100元来算，总费用100×4=400元；因此这一问题的解决，每年可带来4600万左右的经济效益。