催化装置稳定塔底重沸器内漏原因分析及对策

李敏花，郭 阳，冯蕾博

（陕西延长石油（集团）有限责任公司延安炼油厂，陕西延安 727406）

0 引言

陕西延长石油（集团）有限责任公司延安炼油厂100万吨/年催化裂化装置以延安混合原油的常压渣油为原料，采用提升管反应和两段再生高低并列式的技术路线，一再贫氧不完全再生，二再富氧完全再生，沉降器与提升管为同轴分布。自2017年5月开工后，100万吨/年催化裂化装置陆续出现设备、管线腐蚀泄漏，其中突出表现在稳定塔底重沸器E-303的内漏上。至今已出现了两次内漏，其一，2017年12月24日，汽油颜色发绿，查找原因确认是稳定塔底重沸器E-303内漏，监护运行，至2018年10月1日，出现操作波动，致使汽油染色、下游装置停工，造成严重经济损失。于2020年3月检修更换。其二，自2020年3月开工后，2023年1月4日再次经排查确认为E-303内漏。为消除安全隐患，我们分析E-303内漏原因，剖析内在架构并采取及时有效的应对措施，对保证装置的长周期运行至关重要[1]。

1 E-303内漏原因分析

1.1 内漏的排查与确认

100万t/a催化裂化装置稳定塔重沸器E-303为浮头式换热器，型号为BJS1200-2.5-395-6/25-4。E-303以分馏塔第二中段回炼油为热源，为稳定汽油提供热量以实现稳定汽油与液化气的分离，保证稳定汽油饱和蒸气压的合格。其中，回炼油走管程，稳定汽油走壳程。

因稳定汽油出现颜色轻微变绿的现象，技术和操作人员通过对粗汽油、脱乙烷油（稳定塔前）、稳定汽油（稳定塔后）取样观察。其中，粗汽油、脱乙烷油颜色正常，从稳定塔取出来的稳定汽油明显颜色发深。通过上述取样对比，初步判断为稳定塔底重沸器E-303内漏。为确认判断结果，联系质量检测中心对E-303壳程介质进行了采样分析。分析结果显示，稳定汽油终馏点比前期略高，说明重组分增多。

为进一步确认，在E-303管程（回炼油侧）增加了压力变送器。通过调整回炼油压力，使管程压力低于壳程（稳定汽油）压力，汽油反向向回炼油系统渗漏，以此观察汽油颜色的变化。若汽油颜色好转，则充分说明E-303内漏。

1.2 内漏的原因分析

2020年3月，在催化裂化装置检修期间对E-303进行了更换。在更换时检查发现E-303管束腐蚀严重，主要表现在分馏塔第二中段回流进口侧管束断裂、腐蚀穿孔多根，裂口周边管束明显变薄且二中段回流进口侧管束表面比其他部位腐蚀严重[1]。经过查阅大量有关重沸器泄漏文献，结合两次泄漏进行对比分析，同时参考国内同类型装置同类问题的分析处置过程，我们找到了E-303内漏的原因，高温硫腐蚀引起的管束减薄泄漏。

2 高温硫腐蚀的现状分析及解决措施

2.1 含硫介质的来源及解决措施

2.1.1 含硫介质的来源

100万t/a催化裂化装置除以常压渣油为裂解原料外，生产过程中，其装置分馏单元粗汽油罐D-201会负责回收5处的污油，分别为：①D-204瓦斯管瓦斯凝液，一般在瓦斯带液的情况下使用；②R-2火炬山下小罐，一般在火炬系统带液情况下使用；③D-307装置内火炬凝液罐，一般在火炬系统带液情况下使用；④对污水汽提装置原料水罐除油后产生的污油、污水进行回收；⑤负责回收联合四车间装置产生的C5、OG排放气等。

2.1.2 可能采取的解决措施

（1）降低催化裂化汽油硫含量

降低催化裂化汽油中硫含量的措施大致分为3大类：裂化原料的预处理、装置中的脱硫处理、催化汽油后处理。我们要解决的是催化裂化装置中稳定塔底重沸器的内漏问题，催化汽油后处理脱硫技术暂不做探讨。

裂解原料预处理，即对原料进行加氢处理。大量数据表明，原料硫≤0.2%时，催化汽油中硫含量可≤300。尽管催化原料进行加氢预处理有许多优点，但投资高，要消耗氢气，操作费用高，不能降低汽油中的烯烃。

装置中的脱硫处理，一是降低汽油终馏点。汽油较重组分含有很多硫及芳香烃，如果将催化汽油终馏点降低，可以实现硫含量的减少，但汽油收率也大打折扣、得不偿失。二是使用减硫助剂脱硫。催化汽油中的硫化物主要以噻吩类化合物存在，这类硫化物在催化裂化条件下比较稳定，在不加氢条件下，噻吩必须经过氢转移反应饱和后才能进行C—S键的断裂。所以选用高氢转移活性的催化剂和添加剂有利于降低汽油中的硫含量[6]。此类技术使用方便、不需额外投资，但脱硫效果不佳，并增加了气体产品的净化负担。

（2）污油回炼进反应器

粗汽油罐回收的污油不直接进D-201罐，而是转存至污油储罐进行收集、脱水处理后，根据罐液位定期进反应部分回炼。利用MIP技术的优势，发生二次反应，再辅以氢转移活性实现C—S键断裂，且降低了烯烃。但这一过程的实施，对产品分布、产品性质、能耗等均产生一定影响。

2.2 高温环境的现状分析及解决措施

2.2.1 高温环境的现状分析

在100万t/a催化装置中，吸收稳定部分的物料来自分馏部分粗汽油罐。粗汽油罐的气相部分经压缩机压缩后进入凝缩油罐，粗汽油罐的液相部分经吸收塔与气相接触后进入凝缩油罐。凝缩油又经脱乙烷塔后进入稳定塔分离出稳定汽油和液化气。稳定塔要实现稳定汽油和液化气完全分离，且要保证稳定汽油的饱和蒸气压合格，必须有足够的热源满足精馏过程产品分离需要。

2.2.2 可能采取的解决措施

（1）降低热源温度

原有的热源介质不做改变，在与稳定汽油换热前增加一冷却器，将分馏塔第二中段回流温度降至240 ℃以下再进行换热。因为稳定塔底有大量循环的稳定汽油，这样一来，会造成稳定汽油达不到既定的温度，须在稳定塔底增加另一热源重沸器，保证稳定塔的取热。这一措施打破了高温环境，但增加了能耗，延长了流程，未合理利用高温热。

（2）热源替代方案

分馏塔第二中段回流不做稳定塔的热源，将高温位余热发汽利用。稳定汽油的热源改为1.0 MPa的低压蒸汽。蒸汽重沸器在运行过程中，如果蒸汽量超过换热器设计参数，极有可能产生振动，导致换热器泄漏。尤其是冬季蒸汽管网压力低时，所需蒸汽量增大，流速增大，会进一步加剧换热器振动。如果发生泄漏，会使汽油进入蒸汽及凝结水系统。

2.3 管束材质的现状分析及解决措施

2.3.1 管束材质的现状分析

目前，稳定塔底重沸器在运行期间使用的是10#钢。它的硬度大，质量大，塑性较低，比较容易生锈，耐腐蚀一般。

2.3.2 10#钢升级为304L不锈钢

不锈钢换热器是目前市面上比较常见的耐腐蚀换热器，不锈钢因含有不锈元素铬，使其表面形成一层氧化薄膜。其304L不锈钢最大的特征就是改善晶间腐蚀敏感性，在焊接部位不产生热敏化问题。但直接将E-303的现用管束材质直接换成304L会存在膨胀伸缩量的问题，要计算伸缩量来确定304L管束的尺寸或者直接将E-303换热器壳体一并更换。

3 重沸器更换

通过上述分析，只要打破硫-高温-材质三者之间任意一环即可解决这一问题。

3.1 重沸器的基本情况

本套装置的稳定塔重沸器采用虹吸式原理，重沸器壳程（汽油侧）出入口间设有阀门进行隔断。目前，虽然E-303管程配有DN100开工用蒸汽线，压力1.0 MPa。但是稳定塔塔底压力约为1.3 MPa，在管束内漏的状态下，隔离换热器投用蒸汽，会使汽油进入蒸汽以及凝结水系统。所以在此基础上，更换换热器管束只能将稳定塔整塔停用。在隔离吹扫合格后，进行E-303的检修更换工作。

3.2 更换重沸器可采取的方案

3.2.1 应急措施

在等待换热器备件的过程中，技术人员制定了一系列防止E-303介质相互泄漏的处置措施：①每小时取样观察稳定汽油颜色，若发现颜色有变重的趋势及时停用补充吸收剂，防止污染扩大；②通过入口节流的方式，关小回炼油到E-303现场手阀，开大回炼油出E-303调节阀，降低管程压力，使汽油向回炼油系统泄漏；③通过观察粗汽油干点变化及粗汽油至吸收量的变化，估算泄漏量大小。

3.2.2 不停工更换重沸器

（1）停用吸收-稳定系统

在重沸器更换过程中，反应部分、分馏部分维持低负荷运行，吸收稳定系统停止运行；直接粗汽油从分馏部分出装置，进罐区不合格罐储存；干气、液化气等轻组分要放空，燃烧会增加环境污染压力。这一过程必须严格控制检修时长，防止储罐储存的次品汽油给罐区的安全工作增加难度。装置恢复正常运行后，大量的不合格汽油要经催化装置回炼，无形中增加了操作难度和经济损失。

（2）停用稳定塔系统。

在重沸器更换过程中，反应部分、分馏部分保持低负荷运行，尽可能地保证产品质量合格；吸收稳定部分停用稳定塔，其他塔维持正常运行，将脱乙烷油送至200万t/a催化裂化装置的吸收稳定系统，可处理一定量的脱乙烷油。为更换重沸器赢得时间，减少次品汽油的储存量，200万t/a催化裂化装置也必须降至最低负荷运行。这一过程的实现需要加配至200万t/a催化裂化装置的管线或送至罐区并经罐区泵输送脱乙烷油。

4 结论

1）加工原料的现状和所选用的生产工艺不可避免地形成了S-H2S-RSH型高温硫腐蚀环境。高温条件下，硫腐蚀是稳定塔底重沸器数次内漏的直接原因。

2）分析背后的原因实质问题，提出相应的解决对策；从材质着手，对换热器进行材质升级改造，采用304L耐腐蚀材料；提出方案，解决不停工期间实现换热器更换。

3）在今后的技术改造和下个周期检修时，必须考虑原料中硫含量和裂解产品中硫分布的情况，对换热器管束选用耐高温腐蚀的材料；及时优化工艺流程，减少开停工次数，改善长周期运转水平。