水换热器
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加氢精制装置换热器结垢的原因分析点击：2552 日期：[ 2014-04-26 22:00:15 ] |
| 加氢精制装置换热器结垢的原因分析 吴德鹏 (中石化塔河分公司,新疆阿克苏842000) 摘要：研究了加氢精制装置换热系统铵盐结晶堵塞与其他同类装置不同的现象,分析了反应流出物高压换热器管束结盐的原因,提出了防范和改进的措施,通过控制原料总氯含量、硫含量及换热器出口温度,可有效防止加氢高压螺纹缩紧环换热器管束结盐,保证了装置长周期运行的要求。 关键词：加氢 换热器 结垢原因 措施 中图分类号：TE 624. 4+31 文献标识码：A 文章编号：1004-0935(2008)11-0773-03 中石化塔河分公司汽柴油加氢精制装置于2004年11月份建成投产,装置设计规模100×104t/a,是专为处理塔河重质原油配套的2次加工装置。装置设计加工焦化汽、柴油和直馏柴油为原料,设计原料含硫0. 878%。由于原油中硫含量的不断上升,加氢装置进料硫含量和杂质含量也逐渐上升,硫含量最高达到1. 45%,平均在1. 1%左右。装置设计没有循环氢脱硫系统,随着原料硫含量的上升循环氢中硫化氢含量也逐渐上升,平均控制在2%,最高达到了3. 8%。原料油含水高、中间罐沉降时间不够,原料中氯离子含量也比较高,平均在4~8×10-6,最大为11×10-6。杂质含量的上升引起了装置反应流出物两组4台换热器管束结垢,造成装置临氢系统压降上升,设备腐蚀加剧,给装置的正常生产带来困难。 1 临氢系统压降上升的现象及处理 1.1 临氢系统压降上升的现象 比较其他同类装置临氢系统结垢现象,引起压降上升的部位主要集中在,原料进料换热器进料壳程和低分油换热器、高压空冷器。进料换热器壳程是由原料中烯烃、氮化物、胶质和铁锈、焦粉杂质堵塞;低分油换热器和高压空冷器结盐是由铵盐结晶引起,用水较易溶解冲洗。本装置临氢系统换热器结盐全部集中在反应流出物换热器E-2101/AB和E-2102/AB的反应流出物管程内。换热系统结盐造成临氢系统压降升高,循环氢压缩机进出口压降由正常的1. 05~1. 2MPa上升至1. 96MPa,但反应器床层压降比较稳定并不升高。因反应流出物E-2101/AB换热器操作温度高,结盐后在正常生产运行中无法用水冲洗;E2102/AB反应流出物结盐,注水冲洗后压降能降低一部分,但不能完全恢复到原先的正常状态,压降总体上处于一个缓慢上升的状态;且水洗后压降上升速度快,平均每天压降上升0. 01~0. 1MPa,上升幅度非常大。 1.2 现象发生后的处理 由于换-2101与换-2102之间没有压力表生产中不能确认是那一组换热器结盐造成压降上升,根据反应器出口和换-2101/B出口安装的压力表能够测量出两组换热器的总压降,但不能判断出具体是哪组结垢,哪组结垢速度相对上升较快。为了维持生产的正常运行,如系统压力上升就只能将换-2102出口的注水改至入口进行水洗,几乎每间隔7天就要对换-2102进行水洗1次,但每次水洗后压降的绝对值处于缓慢上升的状态,连续运行时间不超过3个月,就得中断进料降温降压进行水冲洗。由于塔河分公司装置与装置之间联合、制约程度比较高,各中间原料罐罐容比较小,如果加氢停工其他蒸馏装置、焦化装置都要停工,因此没有条件停工彻底检查该换热器,只能采取不停工措施处理,此问题成为影响装置正常运行的主要难题。 2006年2月17日由于全厂停电,装置借停止进料待开工机会。将反应炉降温热氢循环,反应器出口温度降至220℃以下,在反应器出口反应流出物采样器上接临时水线进行水洗。注水量因受管径影响,只能达到4 t/h的流量,连续洗涤4 h。将换-2102出口的注水改入进口,加大水量进行了冲洗。开工后换-2101/AB原料换热进炉温度由洗前的245℃上升为269℃,压降达到了装置原始开工阶段的状态。本次水洗时间短,水洗后换-2101换热温度恢复较好,临氢系统压降下降比较低,与2004年开工试车阶段的压降相当;但开工10天后系统压降又逐渐开始上升,仍然采取调节E-2102注水点位置进行维持。40天后反应炉进料温度逐渐下降,截止装置5月10日停工检修时换热温度已降至248℃,系统压降上升至1. 48MPa。根据此现象判断换-2101/AB和换-2102/AB两组换热器同时有结盐堵塞的现象,换-2101/AB主要还是易溶解的氯化铵盐结晶造成,该换热器出口温度180℃以上,硫氢化铵不会在此结晶。 为了延缓结晶速率, 2006年5月大检修时增加了E-2102壳程低分油副线,每组换热器之间增加了压力表;新增一套循环氢脱硫膜回收系统;由于其他原因E-2101换热器没有加副线。开工后调整各组换热器操作温度,将E-2101出口温度由175℃调至205℃, E-2102出口温度由120℃调至150~165℃;原料罐增设高位抽出阀,加强原料脱水使原料含水控制在300×10-6以下;增加原料中氯离子分析频次,根据氯离子含量,协调上游装置加强电脱盐操作。 调整操作条件后装置结盐速率有所下降, E-2102入口水洗时间延长至10~20天;但随着上游电脱盐脱后盐含量的变化,系统压降上升幅度与其紧密相关。 2 原因分析 2.1 化验分析 2006年5月组织进行了全厂大检修,由于考虑到停工时高压换热器要进行检修,为防止临氢系统连多硫酸的腐蚀,对临氢部位进行了化学清洗钝化。换热器管束卸开检查换-2101A换热器比换-2101B级换热器结垢轻,管束内基本没有什么杂物或结晶盐, B级换热器管子出口有黄色水滴,经过采样分析氯离子含量比较高。换热器壳程内隔板上堆积有少量的焦粉油泥(见表1)。 换-2102/AB拆开后管束内没有明显的结晶盐或焦粉、催化剂粉末等杂物堵塞,A级换热器入口有14根被施工遗留的铁渣、氧化皮堵死,进行清理。B级换热器管束入口较为干净。 2007年5月28日E-2102管束泄漏,装置停工拆检发现换热器管束内氨盐结晶严重,厚度大约有1 cm左右,有很多管子结盐堵死,涡流检测时发现管子垢下腐蚀坑蚀点比较多。采样送抚顺研究院分析全部为氯化铵,排除该部位硫氢化铵结盐的可能。 从两次换热器拆开检查情况来看, 2006年5月检修临氢系统进行化学钝化,大量的铵盐被水溶解; 2007年5月抢修时临氢系统没有进行水洗、钝化,存在大量氯化铵结晶物。说明操作调整后引起系统压降上升的主要原因是氯化铵的结晶引起的。 2.2 原料性质 由于塔河重油盐含量高、粘度大,原油脱盐问题一直是总公司攻关的技术课题。原油蒸馏装置电脱盐脱后盐含量比较高,脱后盐含量只能达到5×10-6左右,脱后原油含水波动大、不稳定。原油中的盐带入常压分馏塔及焦化装置,造成直馏柴油和焦化汽柴油氯离子含量比较高,加氢原料中氯含量最高达到11×10-6,平均在(4~6)×10-6;原料含水在(300~700)×10-6,平均在350×10-6左右;原料干点控制在385℃以下。 2.3 结垢原因分析 从2年多的生产情况分析, 2006年5月操作参数调整前引起压降上升原因主要上氯化铵、硫氢化铵结晶;调整操作条件后压降上升原因主要是氯化铵结晶引起。氯离子的来源主要是原料油中带入。因循环机出口混氢管线压降一直比较稳定,多次分析重整氢中氯离子含量低于0. 5×10-6,排除重整氢带入氯离子的可能。 由于NH4Cl结晶温度一般在172~350℃。根据氯化铵结晶热平衡数据计算,氯化铵的结晶点温度、速率与反应流出物中氯化氢分压有对应关系,氯化氢分压越高结晶点温度相应升高。原料中总氯波动,结晶点温度位置也发生变化,因此原料总氯含量高低是决定结晶盐在E-2101和E-2102产生的条件,压降上升幅度也随其变化。 根据控制反应压力在6. 0MPa和5. 4MPa条件下,原料进料总氯平均5×10-6操作条件下,计算氯化铵结晶KP值: HCl+NH3=NH4Cl KP=PHCl×PNH3 查图表可得在6. 0MPa和5. 4MPa下氯化铵的结晶温度分别为205℃和195℃,但我们前期换-2101反应流出物出口操作温度一直在175~180℃,低于氯化铵结晶温度,造成E-2101换热器管束结盐堵塞。调整操作后将E-2101出口温度提高为205℃,可避免E-2101的结盐;但E-2102的结盐无法避免,只有通过控制原料总氯含量和水洗来解决结盐问题。 3 应对的措施 通过检查、分析排除了换热器管束是焦粉、催化剂杂物堵塞的可能性,调整操作避开硫氢化铵结晶,两组换热器全部为氯化铵盐结晶造成系统压降上升。为延长装置开工周期制定预防措施,延长装置运行时间。 (1)加强与上游装置的联系,加强装置电脱盐的操作管理尤为重要,控制原油脱后盐含量在3×10-6以下,含水达到痕迹,并尽量保持平稳。 (2)加强中间原料罐的脱水工作,长期以来加氢进料水含量都在450×10-6左右,原料含水高造成无机盐的携带。控制加氢装置进料中氯含量不大于3×10-6,最好低于1×10-6,含水低于300×10-6。 (3)通过降低加氢原料含氯量,从而降低反应流出物中氯化氢分压。将氯化铵结晶点温度降低至200℃以下,调整换热器出口操作温度使之高于结晶温度,将氯化铵的结晶位置转移至换-2102,根据压降上升情况将注水改入换-2102前面进行水洗。 (4)将低分油走的壳程加付线,调节反应产物出换-2102的温度高于140℃,使操作温度高于硫氢化铵的结晶温度。 4 结 论 塔河重油生产加工的加氢原料性质较为恶劣,为防止反应系统换热器结盐,延长装置运行周期,控制好原料中总氯含量为关键,原料中总氯最高不大于3×10-6,最好达到1×10-6以下,防止反应产物内产生氯化铵结盐;加工含硫高的原料必须设计循环氢脱硫系统,根据催化剂要求保持循环氢中较低硫化氢分压,提高低分油换热器出口温度在140℃以上,可有效防止加氢高压螺纹缩紧环换热器管束结盐,延长装置开工周期。 |
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