常压塔顶压力高原因分析及应对措施

2022-09-22席欢欢陈文文

山西化工 2022年5期

王恒，席欢欢，陈文文，胡涛

（陕西延长石油（集团）延安炼油厂，陕西延安 727406）

引言

陕西延长石油（集团）有限责任公司延安炼油厂260 万t/a 常压装置1998 年建成投产，2005 年进行扩能改造，由150 万t/a 扩能改造为260 万t/a，此次改造是在常压塔外型尺寸不变的前提下，通过对装置原有工艺流程及部分设备进行改造和更新，将塔盘改造为圆形浮阀塔盘，2017 年4 月将提馏段1 层至4 层塔盘改造为NS 深拔器，提高了常压塔的拔出率。由于改造过程中未对常压塔尺寸进行改造，造成常压塔只有在压力较小（≤0.05 MPa）条件下才能达到设计要求。

常压装置的主要产品有常顶汽油、常一线、常二线、常三线及常渣油，常顶汽油作为汽油精制的原料，常一线作为航空煤油原料，常二线及常三线进入柴油加氢装置，常渣油则进入催化裂化装置进行进一步加工。

根据企业节能降耗需求，三年一修已成为装置检修工作的总体目标，260 万t/a 常压装置自2017 年4 月开工运行，至2020 年4 月停工检修，已达到三年一修的目的；但是在装置运行后期，则出现常压塔塔顶压力持续升高、常压装置收率降低的制约装置长周期运行的因素。

1 常压塔压力高的影响

1.1 轻质油收率低

常压塔实质上是精馏塔，工作原理是介质被加热到一定温度下通过进料段进入精馏塔，进入精馏塔后轻组分气化向上移动，重组分向下移动，向下移动的重组分在提馏段通过过热蒸汽进一步将里面的轻组分气化，精馏塔内有气液相接触的场所——塔盘，精馏塔设置有回流，气液相在塔盘上充分传质传热，气相继续向上移动，液相向下移动[1]。常压塔流程见图1。

图1 常压塔流程

在一定温度下，压力越高，液体越难气化，因此塔顶压力升高造成精馏塔内的液相气化变得困难，因此各轻组分的收率就会降低，收率降低就使得能耗升高，对企业效益有一定影响。

通过分析2019 年12 月份260 万t/a 常压装置的收率数据（表1），随着塔顶压力的升高，产品收率明显降低。

表1 常压塔压力与收率的关系

1.2 产品品质变差

塔顶压力升高使得精馏塔内的液相向下移动，这就造成汽油组分进入煤油，煤油组分进入柴油，柴油组分则进入渣油，造成各组分变轻，闪点降低，初馏点及终馏点均降低，这样使得汽油、煤油及柴油等轻组分产品不合格，也对下游装置造成不利的影响。

1.3 塔盘结盐严重

塔顶压力的升高造成塔内油气移动缓慢，原本将组分中的大部分NH4Cl 等盐分本来可以通过油气管线进入汽油系统，然后通过汽油水洗处理掉，但是由于塔顶油气移动缓慢造成组分在塔顶停留时间长，使得大部分NH4Cl 等盐分被留在塔盘上，长时间运转使得顶循抽出口附近塔盘结盐严重，造成顶循系统不上量，进而影响整个常压塔的操作。

2019 年9 月3 日，延安炼油厂260 万t/a 常压装置由于顶循量不足（由正常的100 t/h 降为65 t/h）而进行水洗常压塔操作[2]，这属延安炼油厂首次，洗塔过程就是利用水将塔盘上盐分溶解，然后通过侧线抽出，在洗塔过程中，通过顶循泵放空及常一线取样口排出大量黏稠状液体，如图2 所示，洗塔过程进行了1.5 h，常顶循量由原来的65 t/h 涨至125 t/h，水洗效果明显，这就说明塔盘结盐对装置运行会造成很大的影响。

图2 水洗常压塔排出物

2 常压塔压力高的主要影响因素

2.1 常顶压缩机进口过滤器堵塞

260 万t/a 常压装置塔顶产生的不凝气一部分通过常顶压缩机送入100 万t/a 催化装置进行回收，长时间运转造成常顶压缩机进口过滤器堵塞严重，从而使得大量不凝气滞留，造成常压塔顶压力升高。

2019 年6 月份，常顶压缩机流量由原来的1 200 m3/h 降至650 m3/h，随着流量降低常压塔顶压力进而升高，这就说明常顶压缩机对控制塔顶压力起着重要的作用。

2.2 加热炉低压瓦斯火嘴堵塞

260 万t/a 常压装置塔顶产生的另一部分不凝气进入加热炉作为燃料进行燃烧，由于瓦斯火枪头是由很小的孔组成的，在运行过程中，不凝气中的杂质会造成枪头堵塞，从而使得气路不畅，造成塔顶压力升高。

2.3 塔顶冷却效果变差

常压塔顶汽油流程为塔顶的轻组分通过油气大管线首先进入空冷器，然后通过塔顶水冷器将介质温度降至40 ℃左右。

在260 万t/a 常压装置运行的第三年里，由于空冷器及水冷器的管束堵塞严重，加之延安炼油厂循环水水质随着装置运行而变差，使得塔顶油气冷却环境极其恶劣，而且这种情况也随着气温的变化而影响较大。从表1 中可以看出，塔顶压力会在晚上降低，而在白天达到最大值，这就更进一步说明塔顶压力的主要影响因素还是塔顶冷却效果变差。

此外，在对常压塔塔顶压力高的原因进行排查时，塔盘结盐被认为是主要影响因素，但是通过水洗常压塔，常顶循环量恢复正常，但常压塔顶压力未得到改善，因此将这一因素排除在外。

3 采取的措施及效果

自2019 年6 月份开始，260 万t/a 常压装置常压塔顶压力持续升高，白天塔顶压力持续在0.060 MPa以上，这使得常压塔操作变得异常困难，因此我们通过讨论分析出以上原因，根据分析出的原因采取了一些行之有效的措施。

3.1 清理常顶压缩机进口过滤器

常顶压缩机进口过滤器为Y 型过滤器，结构简单，已清理，在对常顶压缩机进行停机吹扫以后，进而清理进口过滤器。

清理完成后，对比前后常顶压缩机流量与塔顶压力的数据，如图3，流量由清理前的650 m3/h 涨至1 100 m3/h，同时常压塔顶压力也随之发生变化。

图3 清理前后常顶压缩机流量变化

3.2 改善塔顶冷却环境

由以上分析可知，塔顶冷却效果变差是常压塔顶压力高最主要的因素。通过清洗后冷气管束及空冷管束等行之有效的措施，当然也取得了相当不错的效果。

2020 年5 月份，260 万t/a 常压装置检修完成并一次开车成功，开工完成后，常压塔顶压力持续升高，到2020 年6 月中旬塔顶压力已达到0.065 MPa，最后还是将重点放在了空冷管束上，因为大修期间更换了塔顶油气水冷器管束，可以排除后冷器管束堵塞的原因，于是安排清理了4 台空冷管束，清理完成后，常压塔顶压力由原来的0.065 MPa 降低为0.050 MPa（控制指标），而且在投用时，由于塔顶压力降速较快，因此停运了8 台空冷风机（清理前开启12 台）。

上文提到影响塔顶压力的因素还有加热炉低压瓦斯火嘴堵塞，但是由于目前环保指标比较苛刻，常顶不凝气已经不能满足加热炉的燃料质量需求，因此这方面目前没有采取措施。

综上所述，常顶空冷管束堵塞还是造成常压塔顶压力升高最主要的因素，而通过这一系列的措施，改善了现状。以下分析了造成空冷管束堵塞的原因。

4 空冷管束堵塞原因分析

260 万t/a 常压装置自1998 年开工至今已20 年之久，在过去，装置每两年一修，没有出现像常压塔顶压力升高而无法操作的情况，经过分析将原因归结于空冷管束堵塞。

一是过去装置连续运行两年，在两年时间内，空冷管束也会面临结盐等情况，但是这种盐分会在装置大检修吹扫阶段将管束内的结盐清理，而目前连续运行三年使得管束内的结盐更加严重且结实，不能通过简单的蒸汽吹扫而去除，这就是为什么2020 年大修以后还会出现空冷结盐的情况。

二是近年来，随着电脱盐超声波破乳的投用，且取消了电脱盐罐定期反向冲洗的工作，这就使得大量的油泥会随着原油进入常压塔内，从而使得塔盘及空冷管束堵塞，而这些油泥也会随着装置连续运行三年而加重，而这一点则在2019 年9 月份所进行的洗塔作业而得到验证，因为当时塔盘中清洗出的东西有一部分不溶于水（盐分可以溶于水）。