李 果,張曉國(guó),劉海春,肖劍鳴,陳 超

(1.深圳市誠(chéng)達(dá)科技股份有限公司,廣東 深圳 518057; 2.中國(guó)石油化工股份有限公司長(zhǎng)嶺分公司,湖南 岳陽(yáng) 414012)

由于原油劣質(zhì)化,煉化裝置設(shè)備的腐蝕問(wèn)題較為突出;而為了提高收益,很多煉廠采用減壓深拔工藝,但隨著減壓塔高溫段操作溫度的升高,結(jié)焦問(wèn)題不可避免【1-3】,給減壓塔的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行帶來(lái)隱患。上述問(wèn)題已成為煉化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要瓶頸,亟待解決。

各煉廠與工程公司都在不斷研究,積極嘗試,尋求解決方案【4-9】。本文以華中地區(qū)某常減壓裝置的減壓塔為例,介紹了通過(guò)對(duì)填料表面材料進(jìn)行改性等一系列技術(shù)改造應(yīng)對(duì)原油減壓塔的腐蝕和高溫結(jié)焦問(wèn)題的方案。該方案實(shí)施后,裝置在改造后的一個(gè)檢修周期內(nèi)運(yùn)行安全平穩(wěn),取得了良好效果。

1 改造背景

1.1 裝置概況

華中地區(qū)某煉化公司原油劣質(zhì)化改造工程8 000 kt/a常減壓裝置減壓塔于2010年10月建成投產(chǎn),采用燃料-化工型加工流程。裝置設(shè)計(jì)加工原油為管輸原油,其中勝利原油占40%,進(jìn)口原油(以阿曼類原油為代表)占60%,S含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為1.16%,酸值(以KOH計(jì))為0.92 mg/g,API為28.5,含鹽(NaCl)為163.1 mg/L。減壓塔采用深拔設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)塔徑為φ6 400 mm/φ9 800 mm/φ6 000 mm,全塔共設(shè)置5段規(guī)整填料和6層汽提段塔盤。其中減一線(含分餾段)和減二線填料材質(zhì)為316L,減三線和洗滌段填料材質(zhì)為317L。減壓塔塔頂操作壓力為1.33 kPa(絕),全塔設(shè)計(jì)壓降不大于1.33 kPa。減三線和洗滌段的操作條件和各段油品的S含量如表1所示。

表1 操作條件及油品性質(zhì)

1.2 運(yùn)行情況

在投產(chǎn)后的第二個(gè)生產(chǎn)周期,即2014年5月～2017年4月期間,尤其是2015年3月以后,減壓塔壓降開(kāi)始有逐步上升趨勢(shì)(如圖1所示),運(yùn)行中后期全塔壓降高達(dá)5.47 kPa,其中,洗滌段壓降占絕大部分,約為4.1 kPa,使得減壓塔能耗升高,常減壓裝置拔出率顯著降低。

圖1 2017年檢修前減壓塔壓降變化趨勢(shì)

2017年檢修時(shí),開(kāi)塔后發(fā)現(xiàn)洗滌段填料表面結(jié)焦嚴(yán)重,第4～9層填料基本在整個(gè)塔截面上都被結(jié)焦產(chǎn)物糊住。圖2為洗滌段底部填料結(jié)焦情況。結(jié)焦使得整段填料清洗困難,無(wú)法繼續(xù)使用,只能全部報(bào)廢。檢修中還發(fā)現(xiàn)全塔各段填料出現(xiàn)了不同程度的腐蝕,其中減一線和減三線填料腐蝕較嚴(yán)重,減一線分餾段和減二線填料表面存在浮銹。

圖2 2017年檢修洗滌段頂部結(jié)焦情況

2 原因分析

減壓塔高溫段油品分子量高、密度大,同時(shí)存在各種瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等重質(zhì)組分;洗滌段操作溫度高,填料結(jié)焦趨勢(shì)明顯。特別是在原油S含量高和減壓深拔的工況下,減壓塔洗滌段填料結(jié)焦問(wèn)題凸顯,塔壓降升高、能耗增加、拔出率降低,影響裝置的經(jīng)濟(jì)效益和平穩(wěn)操作,同時(shí),施工過(guò)程中由于填料與焦塊緊密結(jié)合,導(dǎo)致拆卸十分困難,增加了檢維修的難度。

目前國(guó)內(nèi)同類裝置洗滌段填料的高度多為2 000 mm以下,且在底部設(shè)置表面光滑且比表面積小的格柵填料,以減緩結(jié)焦或使其在結(jié)焦后能夠維持合適的通氣面積,減小塔的壓降,避免因?yàn)閴航翟黾佣斐砂纬雎式档偷那闆r。根據(jù)陳建民等的研究【10】,減壓塔閃蒸段壓力增加0.67 kPa,閃蒸段汽化率可降低0.6%。另有文獻(xiàn)報(bào)道【11】,在相同減壓爐出口溫度條件下,壓降<2.67 kPa時(shí),壓降每降低0.13 kPa,汽化率增加0.40%～0.70%;2.67 kPa<壓降<4.00 kPa時(shí),壓降每降低0.13 kPa,汽化率增加0.40%～0.60%;壓降>4.00 kPa時(shí),壓降每降低0.13 kPa,汽化率增加0.35%～0.45%。

分析認(rèn)為,因2014年停工檢修期間未對(duì)減壓塔填料進(jìn)行翻新清洗,使得填料表面上一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)產(chǎn)生的部分污垢為后續(xù)結(jié)焦物的沉積積累提供了前置基礎(chǔ)。同時(shí),減壓塔洗滌段填料的噴淋密度不夠。減壓塔洗滌段填料高度為2 600 mm,床層中部因液體噴淋密度小,容易形成局部“干板”從而導(dǎo)致結(jié)焦。2016年一季度時(shí),文中所述的減壓塔僅洗滌段的壓降已經(jīng)達(dá)到3.73 kPa,造成的拔出率損失超過(guò)1%。

減壓塔洗滌段的洗滌油流量原設(shè)計(jì)為84.3 t/h,過(guò)氣化油量為19.6 t/h,設(shè)計(jì)洗滌段頂部和底部填料的液體噴淋密度分別為1.47 和0.34 m3/(m2·h)。為了節(jié)省能耗,實(shí)際操作中洗滌油的流量為50～60 t/h,填料頂部的液體噴淋密度為1.05～0.87 m3/(m2·h),底部填料的噴淋密度<0.3 m3/(m2·h)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),減壓塔洗滌段底部噴淋密度<0.3 m3/(m2·h)時(shí),填料結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)明顯升高。

3 改造內(nèi)容

3.1 CTS表面改性技術(shù)

CTS(Corrosion-resistant Technology Surface)技術(shù)是為應(yīng)對(duì)加工高硫高酸重質(zhì)原油過(guò)程中出現(xiàn)的腐蝕及結(jié)焦問(wèn)題研發(fā)的一種不銹鋼表面處理技術(shù)。該技術(shù)主要通過(guò)對(duì)不銹鋼內(nèi)件表面的缺陷和機(jī)械加工形變誘導(dǎo)的馬氏體進(jìn)行消除,并在此基礎(chǔ)上生成一層嵌入基材內(nèi)部的富Cr、低Fe、低Ni的Cr2O3膜層,能大幅提升材料的耐蝕性能,降低催化結(jié)焦活性;同時(shí)通過(guò)改善材料表面的光滑度和油性物質(zhì)在材料表面的潤(rùn)濕性能,最終形成一種耐蝕、抗焦性能兼具的優(yōu)良新材料。CTS技術(shù)廣泛應(yīng)用于含Cl、S及硫化物和環(huán)烷酸等腐蝕介質(zhì)的復(fù)雜環(huán)境,在煉化行業(yè)得到了眾多的成功應(yīng)用。

3.2 改造方案

針對(duì)減壓塔填料腐蝕以及高溫段出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦的問(wèn)題,為了保障下個(gè)周期裝置的穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)減壓塔填料進(jìn)行了更新改造,主要包括對(duì)部分填料進(jìn)行整體更換、部分利舊填料進(jìn)行化學(xué)清洗、部分新填料進(jìn)行CTS處理,以及部分利舊填料循環(huán)再利用。

具體的改造內(nèi)容如下:

1) 減一線填料腐蝕較為嚴(yán)重,整體更換。

2) 減一線分餾段、減二線、減三線填料進(jìn)行清洗,繼續(xù)使用。填料的清洗由該煉化公司設(shè)備所實(shí)施,采用化學(xué)清洗的方式,利用強(qiáng)酸和強(qiáng)堿類型清洗劑清除填料表面的浮銹和油脂。

3) 對(duì)洗滌段填料進(jìn)行改造,填料高度由2 600 mm調(diào)整為1 800 mm。

4) 采用CTS技術(shù)對(duì)減三線和洗滌段填料進(jìn)行表面改性。

3.3 操作調(diào)整

重新開(kāi)車后,為了保證洗滌段中下部填料能夠得到足夠的潤(rùn)濕,對(duì)洗滌段洗滌油的流量進(jìn)行了調(diào)整,實(shí)際流量為100～120 t/h,填料頂部液體噴淋密度達(dá)到1.74～2.09 m3/(m2·h),對(duì)比上個(gè)周期有了不小的提升。

4 改造效果

4.1 壓降平穩(wěn)

如圖3所示,檢修完成重新開(kāi)車后,由于更換和清洗了填料,減壓塔全塔壓降恢復(fù)到正常水平,從檢修前的5.47 kPa下降至1.73 kPa。表2為檢修前后兩個(gè)周期減壓塔壓降數(shù)據(jù)對(duì)比。表2的數(shù)據(jù)表明,改造后減壓塔的壓降穩(wěn)定在1.65～1.78 kPa之間,未出現(xiàn)壓降上升的趨勢(shì)。

圖3 改造前后減壓塔壓降對(duì)比

表2 檢修前后兩個(gè)周期內(nèi)減壓塔壓降數(shù)據(jù)

4.2 維持平均總拔出率穩(wěn)定

如表3所示,在隨后的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi),總拔出率一直維持在較高的水平,根據(jù)月度技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表統(tǒng)計(jì),常減壓裝置的總拔出率與上個(gè)周期對(duì)比平均增加了3.79%,總拔增產(chǎn)柴油、蠟油組分83.95萬(wàn)t。

表3 改造前后一個(gè)周期常減壓拔出率的數(shù)據(jù)對(duì)比

效益=增加蠟油收率×加工負(fù)荷×

蠟油與減壓渣油加工綜合收益差

(1)

如果蠟油與減壓渣油加工綜合收益差價(jià)按500元/t計(jì),年加工負(fù)荷按800萬(wàn)t計(jì),則此次改造后產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化的效益為:

3年效益=83.95萬(wàn)t×500元/=41 974.29萬(wàn)元

平均每年13 991.43萬(wàn)元。

4.3 減緩結(jié)焦

2021年檢修過(guò)程中,洗滌段填料頂部第1～4盤填料未出現(xiàn)結(jié)焦的情況,填料表面干凈,無(wú)結(jié)焦產(chǎn)物粘附,可見(jiàn)CTS填料表面典型的彩色膜層。洗滌段填料中部的第5～6盤中間直徑4 000 mm左右區(qū)域出現(xiàn)少量結(jié)焦的情況,結(jié)焦位置主要在兩片填料波峰接觸的位置,焦塊尺寸約5～20 mm,但并未堵塞填料的空隙。洗滌段底部第8～9盤CTS填料沒(méi)有結(jié)焦的情況,表面附著一層 0.5 mm厚的油泥。

如圖5～圖8所示,與2017年時(shí)該塔洗滌段相比,本次317L+CTS 填料結(jié)焦情況有明顯改善。結(jié)焦的范圍大幅減少,上個(gè)周期2 600 mm高的填料有1 000 mm發(fā)生結(jié)焦,占比40%,此次僅有中部2盤填料的1/6少量結(jié)焦,占比僅3.7%,且結(jié)焦程度減輕。上個(gè)周期的結(jié)焦產(chǎn)物與填料形成了一個(gè)整體的焦塊,需要用風(fēng)鎬等輔助設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)力拆除;此次填料表面的附著物與填料基體的結(jié)合并不緊密,能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的物理方法清除。

圖5 洗滌段頂部(第1～4盤)填料表面情況

圖6 洗滌段底部(第8～9盤)填料表面情況

圖7 洗滌段中部(第5～6盤)填料表面情況

圖8 洗滌段中部(第5～6盤)填料表面詳情

4.4 其他效果

4.4.1 減小檢修施工成本與難度

2017年檢修時(shí),因?yàn)闇p壓塔洗滌段填料結(jié)焦嚴(yán)重,增加了填料拆除的施工難度和工作量,也相應(yīng)增加了人員、時(shí)間以及工具的消耗。洗滌段填料拆除比原計(jì)劃多用6 d,增加了拆除的成本。此次檢修洗滌段填料,拆除僅用5 d,與2017年相比,節(jié)約5～6 d。減三線填料僅拆出頂部4盤CTS填料進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)腐蝕問(wèn)題,原樣裝回塔內(nèi),節(jié)省了檢修的時(shí)間與費(fèi)用。

4.4.2 減少固體廢物產(chǎn)生

檢修過(guò)程中,因?yàn)楦g、結(jié)焦和拆除等原因,會(huì)造成一定量的填料報(bào)廢。2017年檢修時(shí),洗滌段填料(材料為317L)高2 600 mm,體積為196 m3。填料報(bào)廢產(chǎn)生固體廢物(簡(jiǎn)稱固廢)的量為196 m3,報(bào)廢的比例為100%。2021年檢修時(shí),洗滌段填料高1 800 mm,體積為136 m3,其中約10 m3為317L填料,其余為317L+CTS填料。此次填料報(bào)廢約75 m3,報(bào)廢的比例為55.1%,同比減少44.9%,有效減少了檢修時(shí)固廢的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)改造,減壓塔壓降在改造后的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)保持在1.7 kPa左右,維持平穩(wěn)運(yùn)行。常減壓裝置的總拔出率對(duì)比上一個(gè)周期平均增加了3.79%,年均增加13 991.43萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)一個(gè)周期的應(yīng)用證明,對(duì)填料應(yīng)用CTS技術(shù)并配套調(diào)整洗滌油的流量,可明顯減緩洗滌段填料的結(jié)焦,且填料表面少量的結(jié)焦產(chǎn)物易于去除。該技術(shù)的應(yīng)用可大幅減少檢修期間填料拆除的施工量及人工消耗、減少固體廢物的產(chǎn)生,在節(jié)省減壓塔檢修成本的同時(shí),也提高了檢修的環(huán)保管理水平,使裝置能夠真正做到安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行。