常减压装置减压塔中段回流冷却效果降低的原因分析

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　　摘要：常减压装置作为炼厂中处理原油的第一道工序，其操作平稳与否直接影响整个炼油厂的正常生产，而笔者所在的千万吨级炼厂曾经发生过因减压塔中段回流冷却效果降低而不得不采取降低处理量的方式来控制减压塔塔顶温度，影响了炼厂的经济效益。本文将从事故的发生到原因层层分析，并根据最后检修结果反映的真实情况来阐述冷却效果降低的原因。
　　关键词：常减压;换热;填料
　　常减压装置作为炼厂中处理原油的第一道工序，其操作平稳与否直接影响整个炼油厂的正常生产，常被称之为“龙头”装置。常减压是常压蒸馏和减压蒸馏的简称，是通过常压塔和减压塔进行操作的。装置内还含有电脱盐、闪蒸塔（或初馏塔）、常压加热炉、减压加热炉、汽提塔等设备。一般来说，常压塔的蒸馏效果越好，减压塔的处理压力就越小。减压塔则是通过真空泵和蒸汽喷射器（气抽子）来保持塔内负压，从重油里拔出轻质油馏分。在笔者作为某千万吨级炼厂常减压装置内操期间，曾经发生过一起减压塔顶温度突然升高的事故，具体如下：
　　1.事故发生经过
　　常减压装置含有较多动设备，其中泵的数量较多且大多数为一开一备状态。为保证装置长周期运转，需要定期对在用泵和备用泵进行切换。在某次切换过程中，在切换减二线回流泵后不久，减压塔顶温度突然飙升至高报警设定值，并且有进一步升高的趋势。为控制减压塔顶温度，装置临时决定降低处理量。在降低处理量后，塔顶温度逐步稳定在高报警设定值附近。为保证下游装置正常供料，且经过长时间监测发现温度趋于稳定，装置决定不再降低处理量，维持该温度，提醒各当班内操时刻监控。
　　2.初步原因分析[1-2]
　　笔者所在常减压装置的减压塔是通过塔顶的液环真空泵和多级蒸汽喷射器来保持塔内负压。由于炼厂为新建炼厂且设备维护情况较好，减压塔顶压力基本可以控制在1kpa左右。进料（常压塔底油）通过减压炉加热至365℃左右，通过负压操作使塔底油里的蜡油组分（含重柴）蒸馏出来，通过减压塔层层分馏而出减一线、减二线、减三线产品。也就是说，三段回流需要逐次冷却、分离高温油气，最终从塔顶而出的温度控制在设定值范围内。
　　在紧急控制住塔顶温度后，笔者第一时间就怀疑中段回流出现问题。经过调查历史曲线，发现在减二线回流泵切换后，减二线回流对应的填料段（III段）上方气相温度升高，下方集液箱抽出温度降低。对比以往数据，在装置处理量在110%、100%、90%、60%的工况下，气体经过III段填料后，温度一般由260～270℃降低至180～190℃，温降约为80℃，事故发生后，此处温降仅为42.6℃。液体经过III段填料后，温度一般由170～180℃升高至240～250℃，温升约为70℃，事故发生后，此处温升仅为39.5℃。据此，笔者判断是III段填料出现了某些问题，影响了气液接触，减少了换热效率，导致上升气体温度未充分冷却引起温度升高，冷却回流未吸收气体热量导致未达到预定温度。相对来说，液体温度低对后续影响不大，而气体温度升高则十分影响减压塔操作。
　　3.控制措施[3-4]
　　在事故发生后，装置采用了多种方式控制减压塔塔顶温度，但效果极其有限。
　　3.1增大减二线冷却回流流量
　　此举的原理是希望通过增大冷却回流来增强气液接触，强化换热效果。但是在逐步增大回流后，气、液温度并没有明显的变化。其原因可能是该段填料出现了问题，导致气液并不是以常态进行接触，故而增大流量后，实际气液接触量并未增加。由于减二线冷却是通过换热器与电脱盐后原油换热，不易调整冷却温度，且根据流量增大并未产生效果的现状，故而实际操作中未调整冷却温度。
　　3.2增大减一线回流冷却量
　　此方案拟合了两种手段，一是增大减一线冷回流流量，二是降低减一线冷回流温度，两种手段皆是为了增大减一线回流冷却量。但是，由于要最大程度的拔出更多的组分，减压塔内要严格控制压降，而常压塔常用的浮阀压降较大，不适用于减压塔，所以减压塔常用填料作为气液接触设备，仅塔底采用塔盘结构，且层数极少。减压塔上部由于气液相负荷都比较小，故而相应的塔径也小。减压塔底由于温度较高，塔底产品停留时间太长容易发生高温裂解、缩合结焦等化学反应，影响产品质量且对长周期安全运行不利，为了减少塔底产品的停留时间，塔的汽提段也采用较小的塔径。减压塔的负荷从下至上依次减小，就造成了除塔底外，减压塔直径从下至上依次减小，所以减一线冷却回流对应的填料段（I段）处的塔径较事故发生的III段处塔径缩小很多。在实际操作中，通过增大减一线回流冷却量确实可以降低减压塔顶温度，但是效果有限，通过多个班的监控跟踪，此方案对塔顶温降不超过2℃。
　　3.3降低装置处理量
　　减压塔的操作机理主要是针对350～500℃馏分的蜡油，在常压下，由于油品在高温条件下容易受热分解，一般加热炉出口温度不超过370℃（目前有通过向加热炉注入蒸汽的可以超过该温度），而在该温度下，重组分的蜡油难以蒸出。因为油品的蒸汽压随着温度降低而降低，或者说沸点随着系统压力降低而降低，所以减压塔采用降低系统压力的方法进行蒸馏，这些重组分就可以在1kpa、365℃的条件下蒸出。降低装置处理量，相应的减压塔减料减少，蒸出的重组分油气就少，在冷却量不变的情况下，油气温降就会变大，温度会降低，从而控制塔顶温度。但是受下游装置处理量制约，不宜将处理量降低过多影响经济效益，所以该方法虽然有效，但是最好要卡边操作，确保经济效益。
　　3.4提高常压塔拔出率
　　提高常压塔拔出率，就可以使常压塔底油中渣油含量变多，相应的，在减压塔进料、负压、温度不变的情况下，拔出的重组分就变少，塔负荷变低，塔顶温度就更容易控制。但是此方法仅为理论上可行，实际中，常压塔的拔出率在设计时已经确定。在实际操作中，很难通过常规手段来提高常压塔拔出率，所以此方案仅存在理论可能，实际中不适用。
　　4.检修查找原因
　　由于减压塔一直存在该隐患，在炼厂一个周期结束，进入停工检修期间，笔者特意关注减二线填料段的问题。在打开减压塔后，真实原因与笔者判断类似但是有所出入。原因确实是填料段气液接触出现问题，但是问题根源不是在填料段或者分布器，而是在管线：减二线冷回流管线进塔后的一道焊口撕开，导致大量冷回流没有引导至分布器，而是直接流至下一段填料。经过进一步调查分析，通过查阅曲线，发现在事故发生当日，在切泵时由于外操配合不到位，致使减二线回流流量曾上升约15%，但是该流量仍在设计流量范围内，目前猜测可能是流量的突然增大引起管线震动而导致焊口的撕裂。而原油的性质较设计时更为劣质、含硫量更高造成的严重腐蚀，可能是本次焊口撕裂的次要原因。
　　目前，由于已经发现了根源，在停工检修期间已经对焊口进行了处理，在开工后，减压塔已经恢复正常运行，证明减压塔中段回流冷却效果降低的原因分析是正确的。
　　参考文献
　　[1]樊丽秋，真空设备设计[M]，上海：上海科学技术出版社，1990
　　[2]王树楹，现代填料塔技术[M]，北京：中国石化出版社，1998
　　[3]何潮洪，冯霄，化工原理（下）[M]，北京：科学出版社，2007
　　[4]陳新志，化工热力学[M]，北京：化学工业出版社，2005
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