乙烯装置脱甲烷塔开车问题分析及应对措施.pdf

工工工工工工工工工工工工业业业业业业业业业业业业技技技技技技技技技技技技术术术术术术术术术术术术乙 烯 工 业()乙烯装置脱甲烷塔开车问题分析及应对措施吕定军 纪红兵(中山大学惠州研究院 广东 惠州 中山大学化学学院精细化工研究院 广东 广州 广东石油化工学院 广东 茂名)摘 要:对某乙烯装置开工过程中因脱甲烷塔再沸器失效导致塔釜超低温超过管道设计温度再沸恢复过程中导致塔顶温度过高组分紊乱等一系列次生波动问题进行了原因分析并提出改进方案同时进行技术改造确保装置安全稳定运行 针对脱甲烷塔塔顶冷凝器推动力不足的问题提出了优化改进方案改进后塔顶温度达标换热效果明显改善塔顶乙烯损失大幅降低提高了乙烯回收率关键词:乙烯装置 开车 脱甲烷塔 再沸器失效 乙烯装置脱甲烷塔的作用是通过精馏将甲烷从裂解气中分离出来 脱甲烷塔是深冷分离中温度最低的精馏塔 甲烷的分离在整个深冷分离系统中所占费用最大所耗冷量很大工艺复杂其操作效果严重地影响产品的纯度和后续的分离工序是裂解气组分分离的关键本文针对某采用 前脱丙烷前加氢专利技术的乙烯装置在开车过程中高压脱甲烷塔系统遇到的问题进行分析提出相应的应对策略 开车过程出现的问题在开车过程中脱甲烷塔系统多次发生运行波动其主要原因在于脱甲烷塔再沸器换热失效再沸器失效后轻组分下移塔釜温度及灵敏板温度持续下降 由于脱甲烷塔塔釜设置有低温联锁且塔釜轻组分过多不允许进入到脱乙烷塔与乙烯精馏塔只能排放至火炬系统物料损失较大 当塔釜温度下降时对丙烯热源侧过滤器进行了切换工艺侧打开冷排放()排放重烃依然没有效果塔釜温度持续下降最终切除再沸器工艺入口过滤器利用塔与 的大压差打开 冲洗约.再重新投用换热效果转好可逐步恢复加热 但此过程持续时间较长由于现场阀门为手动阀门且尺寸较大关闭阀门需.开 排放重烃.恢复投用.在工艺侧排重烃期间塔釜再沸热源缺失塔盘上轻组分下移塔的灵敏板温度最低降至 (见图)重新投用再沸器丙烯侧温度急剧下降由气相冷凝成液相并被过冷瞬间会低至 以下(见图)而丙烯再沸器出口管道设计为低温碳钢不足以耐受 以下的低温且在冷剂调节阀后管道设计为普通碳钢无法耐受低温 在开车过程中由于重烃累积问题连续 图 脱甲烷塔灵敏板温度变化趋势收稿日期:修改稿收到日期:作者简介:吕定军男 年毕业于中山大学化学工程专业硕士主要从事化工园区管理方面的研究工作工程师基金项目:国家自然科学基金重点项目()国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目()年度中央引导地方科技发展专项资金项目和广东石油化工学院科研创新团队项目资助 乙 烯 工 业第 卷出现再沸器加热效果差的情况被迫进行重烃排放导致热源侧丙烯管道骤冷对装置的安全运行造成威胁图 脱甲烷塔塔釜温度和再沸器丙烯热源侧出口温度变化趋势 另一方面在再沸器过滤器切除进行重烃排放操作的过程中脱甲烷塔塔顶温度初期尚能维持但在塔釜再沸器重新投用后塔顶温度逐步升高直至 (见图)导致再生气中的乙烯含量升高影响干燥器再生 且由于塔顶冷剂量的变化也导致乙烯制冷压缩机系统出现波动图 开工期间脱甲烷塔塔顶温度趋势 再沸器失效原因分析及应对措施.再沸器底部重组分聚集开工过程中由于超高压蒸汽短缺造成裂解气压缩机无法正常运行脱甲烷塔进料和压力均无法维持 为维持冷区持续进料冷区氢气压力由 降低至 脱甲烷塔塔压降低至 (见图)进料流量和塔压的反复波动造成整个系统的操作紊乱重组分 进入塔釜再沸器 脱甲烷塔再沸器采用板翅式换热器重烃较难被移除导致换热效果变差 该塔的再沸器热源与工艺侧温差小 的丙烯无法汽化此压力下的 组分最终导致再沸器因不能建立热虹吸而失效 再沸器失效后塔顶轻组分进入塔釜 导致再沸器两侧温差大于 超出 铝制板翅式换热器制造协会标准要求在重新投用再沸器时板翅式换热器可能被损坏应对措施:)切除再沸器工艺入口的过滤器进行重烃排放以保证再沸器工艺侧热虹吸的建立 由于再沸器过滤器进出口阀门尺寸较大为加快排重烃进程减轻工艺系统的波动在脱甲烷塔再沸器工艺侧过滤器进出口手阀增设气动助力执行机构图 脱甲烷塔塔压趋势 )通过技术改造在再沸器工艺侧入口过滤器处新增来自乙烯制冷压缩机五段出口的 高温高压气相乙烯补入到脱甲烷塔再沸器入口过滤器内相当于提供一股强制推动力加强换热效果 补入的气相乙烯也是塔釜的主要成分不会导致系统被污染 实践表明该措施对解决该问题有明显的效果)在装置设计阶段 审查阶段其中分析在开车阶段或者在塔超压联锁触发后再沸器热源失效之后塔顶轻组分下降至塔釜由于温度过低重新投用换热器时会导致板翅式换热器两侧传热温差大于 超出 铝制板翅式换热器制造协会标准要求 为解决温差过大可能损坏板翅式换热器的风险在装置设计阶段对丙烯侧工艺流程进行了优化:在丙烯热源入口增设压力调节阀出口增设去丙烯制冷压缩机一段吸入罐管道 当换热器两侧温差过大时可通过压力调节阀降低丙烯侧冷凝压力并将液相丙烯切换流程返回至一段吸入罐 在温差符合要求后再切换至正常流程如此可避免损坏板翅式换热器 再沸器热源丙烯侧优化后流程见图 第 卷吕定军等.乙烯装置脱甲烷塔开车问题分析及应对措施 图 再沸器热源丙烯侧优化后流程示意.丙烯冷剂失效丙烯热源侧入口的过滤器压差会影响到丙烯冷凝的压力进而影响到丙烯的冷凝温度过滤器压差越大丙烯侧背压越低冷凝温度越低换热器的传热温差也越低就会导致换热效果变差 导致过滤器压差大的原因可能是由于丙烯侧带水而发生冻堵或是机械杂质堵塞过滤器应对措施:如因带水导致丙烯侧冻堵可注入甲醇解冻 如因机械杂质堵塞需及时切换入口过滤器并清理滤网丙烯热源侧若存在不凝汽会影响气相丙烯的冷凝也会导致换热效果变差最终影响再沸器的正常运行应对措施:及时进行不凝汽的排放如有条件建议不凝汽排放阀保持常开可快速开关丙烯液相调节阀破坏液封以排出不凝汽 换热器丙烯侧热源液封失效仅吸收丙烯显热而非潜热导致换热效果变差 按设计液位计下引线在换热器底部 处设计上有低液位超驰控制来保证换热器液封保证换热效果 但若液位过高换热管束被淹没气相丙烯无法直接与冷源接触会导致换热效果变差现场需经常核对远传表和室内表液位 再沸器失效的次生波动再沸器失效后在系统恢复过程中多次发生塔顶冷凝器及乙烯制冷压缩机发生次生波动 其原因是再沸器过滤器切除后塔釜再沸器停用塔釜热量输入停止塔内缺乏上升气流导致处于自动状态的塔顶冷凝换热器冷剂调节阀逐渐关小而在恢复再沸器热源时又需要加大塔顶冷凝器冷剂负荷由于冷热温差加大冷剂量需求更大汽化后的冷剂进入乙烯制冷压缩机一段吸入随着汽化量不断增大最终压缩机一段吸入流量计满量程 而压缩机防喘振控制系统的故障策略是在流量计满量程时计算值为零喘振控制系统认为机组进入喘振区自动打开一段防喘振调节阀进而引发乙烯制冷压缩机系统的工艺波动也导致脱甲烷塔塔顶温度偏高最高达到 导致脱甲烷塔物料被迫排火炬且塔顶乙烯损失较大再生气中的乙烯含量较高影响到干燥器的再生操作应对措施:在乙烯制冷压缩机一段流量计满量程时确认压缩机未处于喘振状态将压缩机一段防喘振控制暂时切手动控制避免乙烯制冷压缩机波动 将塔顶冷剂调节阀切手动控制并逐渐关小减少压缩机一段吸入流量确保压缩机正常运行 等待压缩机一段吸入温度下降后再逐渐 乙 烯 工 业第 卷加大冷剂用量降低脱甲烷塔塔顶温度 避免冷剂温度高且流量大导致乙烯冷剂一段温度无法降低的恶性循环此过程恢复时间较长对系统影响较大需要耐心操作 脱甲烷塔塔顶冷剂设计优化在()早期设计的乙烯装置上脱甲烷塔塔顶冷剂来源于乙烯制冷压缩机二段的液相乙烯温度为 压力(表)为 液相乙烯在塔顶冷凝器被汽化后返回到一段吸入罐其压力通常在 由于在换热器冷剂调节阀前后压差仅为 乙烯液相密度按/估算脱甲烷塔自身高度加上基座通常在 以上其压差所提供的液相推动力不足以克服塔的高度使液相乙烯到达塔顶进而影响到换热器换热效果为此经与专利商沟通将脱甲烷塔塔顶冷剂来源改为自乙烯制冷压缩机三段吸入罐引出温度 压力(表)且经过二段吸入罐冷剂过冷后送至脱甲烷塔塔顶从而避免了冷剂推动力不足的问题(见图)在装置后期运行过程中塔顶冷剂温度能达到设计的 塔顶乙烯损失小于 /大幅降低了乙烯损失 结语针对乙烯装置脱甲烷塔系统开车过程中出现的问题进行原因分析并提出应对措施确保装置安全稳定运行 在多套授权装置均采用高压脱甲烷塔流程但专利商在设计时并未充分考虑塔釜再沸器低温及换热器两侧温差过大的问题 在某新建乙烯装置设计阶段 安全分析过程中在吸取其他装置教训的基础上将丙烯热源侧出口管道材质整体升级为不锈钢材质以避免可能发生的低温冷脆风险确保本质安全图 脱甲烷塔顶冷凝器冷剂优化后流程示意参考文献:白宇辰李仑.乙烯装置脱甲烷塔系统乙烯损失的影响因素及相应措施.石油炼制与化工():.宋毅王翔阴曙光.乙烯装置脱甲烷塔顶乙烯冷剂的优化.化工管理():.乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙烯烯烯烯烯烯烯烯烯烯在在在在在在在在在在线线线线线线线线线线镇海炼化乙烯装置开车创行业纪录 月 日镇海炼化 号乙烯装置产出合格乙烯产品从裂解炉投料到乙烯产品合格仅用时 小时 分钟创造国内石化行业乙烯装置投料开车到产出合格产品最短时间纪录 号乙烯装置是乙烯工程的龙头装置开车情况直接关系着下游其他装置的生产情况 镇海炼化锚定“不开坏一台设备、不浪费一点能耗、不耽搁一秒时间、不泄漏一滴物料、不产生一丝异味”的目标周密部署全力以赴推进有序开车 此次开车前该装置刚刚完成 多个检修改造项目面对大机组改造多、关键设备更新等挑战开工难度增加 各部门组成技术团队针对大机组试车、低温管线置换干燥等关键性工作开展专项攻关逐个破解开工难点为装置顺利开车畅通“道路”月 日该装置 号裂解炉开始引入液化气投料 按“网格化作战”方式合理分配岗位人员严格按照开工方案推进内外操加强协作岗位间紧密联系控制好系统物料压力平衡把握好开工火炬减排关键点克服夜间操作的困难实现稳步开车 当日 时 分 号乙烯装置产出合格乙烯装置开车一次成功实现高架火炬“零排放”绿色环保目标摘自中国石化新闻网 书书书?