編 輯 | 化工活動家

作 者 | 白宇辰

來 源 | 安全、健康與環境

關鍵詞 | 乙烯裝置  平穩操作

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導 讀

乙烯裝置的原料通常為石腦油、輕柴油、凝析油、加氫尾油、飽和液化氣、芳烴抽余油等，中間產品和最終產品有氫氣、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、粗裂解汽油、燃料氣等，均為易燃易爆介質。乙烯裝置流程長、設備多、工藝較為復雜，因此危險性較高。隨著加工原油的重質化、劣質化，乙烯原料也呈現劣質化趨勢，腐蝕、結垢、泄漏及老化等諸多問題，是影響乙烯裂解裝置長周期安全運行的主要因素。

乙烯裝置基本流程

某乙烯裝置采用前脫丙烷前加氫技術，由急冷單元、壓縮單元、冷分離單元、熱分離單元、制冷單元等組成。裝置年操作時間為8000h，年生產能力為100×104t聚合級乙烯和50×104t聚合級丙烯，同時副產氫氣、混合碳四、粗裂解汽油、裂解燃料油等。該分離技術充分考慮了能量的合理利用，降低了裝置投資。

乙烯裝置的本質安全設計與操作

前脫丙烷前加氫的乙烯裝置中急冷單元、壓縮單元和其他流程的乙烯裝置差別不大，重點對該裝置的高壓脫丙烷塔、碳二前加氫系統、前冷系統、脫乙烷塔、甲烷化系統、乙烯精餾塔、丙烯精餾系統和脫丁烷塔系統的本質安全設計與操作進行具體說明。

1

高壓脫丙烷塔

高壓脫丙烷塔壓力是保證塔達到設計分離效果的基礎條件，也是裂解氣壓縮機五段的進口壓力。壓力過低會造成壓縮機功耗增加，塔頂碳四含量升高，對碳二加氫系統產生危害；壓力過高會使塔溫度升高，使碳四及以上不飽和烴發生聚合，使再沸器結垢堵塞。具體控制方式是利用高壓脫丙烷塔進出料換熱器將進料溫度控制在-7℃，穩定裂解氣壓縮機的操作，將壓縮機五段入口壓力穩定在1.43MPa左右。

在正常操作中，易出現塔壓過低，塔頂碳四含量超標的情況。發生的主要原因是塔頂壓力降低、回流量偏小或靈敏板溫度過高。此時的解決措施通常是調整裂解氣壓縮機轉速和塔釜加熱量以控制塔壓、加大回流量或降低靈敏板溫度。

精餾塔靈敏板溫度是控制精餾操作的重要手段。靈敏板溫度的升高，容易造成塔頂碳四含量超標，影響碳二加氫系統，同時造成塔釜溫度升高，加快再沸器結焦；靈敏板溫度降低容易造成塔釜碳二超標。靈敏板溫度過高時，要盡快調整靈敏板溫度在正常值，恢復塔頂碳四在正常工藝指標之內，同時要密切注意碳二加氫床層溫度的變化，嚴防碳二加氫出炔、漏炔。靈敏板溫度過低會造成塔釜碳二餾分進入低壓脫丙烷塔，造成低壓脫丙烷塔壓力過高并影響塔的正常操作，此時要及時協調各崗位，減少盤油在各用戶的使用量，優先保證高壓脫丙烷塔釜加熱。

2

碳二前加氫系統

碳二加氫反應器操作中，入口溫度過高會造成催化劑活性過高，但是會降低催化劑的選擇性，可能會造成反應器的飛溫；溫度過低會使催化劑的活性低，造成反應器出口乙炔含量超標，從而影響到乙烯產品的質量。通常通過兩個反向操作的溫度控制閥分程控制碳二加氫反應器的進口溫度。

 

在正常操作中，易出現一些影響因素使脫甲烷塔的操作偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下：

a) 低壓蒸汽壓力高，會使催化劑活性升高，選擇性降低，床層溫度升高。需要緩慢關小蒸汽調節閥的開度，并聯系相關崗位穩定低壓蒸汽壓力；

b) 裂解深度發生變化，會使一氧化碳及乙炔含量增加，降低催化劑的活性。此時需聯系爐區崗位穩定裂解深度；

c) 爐區投油量發生變化。此時需聯系爐區崗位穩定投油量，根據負荷大小調整入口溫度。

碳二加氫系統最常出現的操作異常現象是漏炔和飛溫。漏炔會影響乙烯產品的質量，使乙烯產品不合格；而飛溫則會嚴重危害裝置的安全性。由于物料中氫氣處于過量狀態，如果床層空速低，乙炔反應放出的熱量無法全部被帶走，則存在飛溫的風險。此外，由于反應器處于裂解氣壓縮機的五段出口，所以裂解氣壓縮機的操作波動也會直接影響反應器的穩定。一旦裂解氣壓縮機發生跳車，反應器進料中斷，必須隨之跳車，否則也會發生飛溫。物料中的碳四含量對于反應器的穩定操作非常重要，一旦過多碳四進入反應器，將會發生飛溫，因此要嚴格控制高壓脫丙烷塔頂物料中的碳四含量。

 

若飛溫得不到及時的處理，會使物質在催化劑的作用下發生分解反應，繼續放熱，當溫度足夠高且停留時間足夠長時，又發生非接觸放熱反應，引起分解爆炸。因此這兩種異常情況是在正常生產操作中要密切關注的。

為保證碳二加氫反應器的安全運行，通常設置SD-1和SD-2兩個安全聯鎖措施。當反應器床層、進口溫度、出口溫度的任一溫差超過60℃時觸發SD-1聯鎖，此時聯鎖關閉進料加熱器的工藝側閥門、打開進料冷卻器的工藝閥門，同時關閉出料冷卻器旁路的閥門、打開出料冷卻器的工藝側閥門，使裂解氣進行最大冷態的操作。如果反應器溫度進一步升高，當反應器床層、進口溫度、出口溫度的任一點溫度超過180℃時觸發SD-2聯鎖，此時完全切斷反應器的進出料閥門，同時將物料泄放至火炬以確保裝置的本質安全。

3

前冷系統

甲烷-氫分離是利用低溫，使裂解氣中除甲烷氫外的各組分全部液化，然后將不凝氣體甲烷-氫分出，此操作在脫甲烷塔內進行。前冷系統也稱之為前脫氫，此時冷箱在脫甲烷塔之前。

 

前冷系統的操作關鍵是掌握好壓力降，建立壓力降等級時，要注意處理好各系統之間的關系。另外，脫甲烷塔的頂溫在-99℃以下是保證甲烷產品合格的關鍵，預脫甲烷塔和脫甲烷塔的設計采用自身回流，回流量的大小控制，是通過控制預脫甲烷塔頂冷凝器、脫甲烷塔頂冷凝器的冷劑量來進行。

 

前冷各系統設計的甲醇注入點，是在系統進料帶水，使塔盤、管線、閥門出現凍堵時使用。此時會造成冷箱系統壓差過大，溫度分布異常。注入甲醇后需在低點排甲醇，以免帶入下游影響產品質量。此外，還需要及時檢查冷箱各入口過濾器的情況并進行必要的清理。

 

預脫甲烷塔1#進料分離罐的進料溫度對預脫甲烷塔和脫甲烷塔的的進料負荷影響很大。溫度高時，進入冷箱、HRS系統的負荷將增大，會造成深冷分離效果變差，尾氣的乙烯含量增加而造成損失。

 

脫甲烷塔操作中，塔頂壓力也是膨脹機入口壓力。壓力高會造成甲烷對乙烯的相對揮發度降低，塔釜甲烷含量升高，致使乙烯產品不合格。壓力低會使塔頂甲烷中乙烯含量較高，乙烯損失加大，同時塔壓的波動還會影響膨脹機的穩定操作。

 

預脫甲烷塔靈敏板溫度過高，容易造成塔頂碳三超標；靈敏板溫度偏低容易造成塔釜甲烷超標，最終造成乙烯產品不合格。脫甲烷塔靈敏板溫度過高，容易造成塔頂碳二損失超標；靈敏板溫度偏低容易造成塔釜甲烷超標，造成乙烯產品不合格。兩個塔的靈敏板溫度溫度偏低時需要加大丙烯的加熱量，溫度偏高時需要減小丙烯的加熱量。

 

在正常操作中，易出現一些影響因素使脫甲烷塔的操作偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下：

a) 根據塔壓的升高或降低來調整塔頂冷凝器液位。

b) 裝置負荷降低將造成塔壓低。此時應考慮停止膨脹機的運行。

c) 塔壓快速升高?？赡茉斐傻脑蚴桥蛎洐C轉速突然降低、塔頂冷凝器液面過低或是靈敏板溫度過高。此時的通常調整方法是調整膨脹機的壓控閥提高轉速、手動控制冷凝器的液面以穩定液位或排放冷凝器頂部的不凝氣。

d) 塔壓快速降低。可能造成的原因是膨脹機轉速過高或是冷凝器液面過高。此時的通常調整方法是調整膨脹機的壓控閥降低轉速、手動控制冷凝器的液面以穩定液位或現場檢查調節閥是否出現故障。

4

脫乙烷塔

脫乙烷塔的正常壓力控制通過塔頂壓力控制“A”閥調節冷凝器的冷劑量來實現，塔頂回流罐頂部設置壓力控制“B”閥，超壓時放火炬?！癆”閥和“B”閥分程控制。此外，回流罐頂部設置了流量調節閥，將多余的不凝氣排至裂解氣壓縮機系統以防超壓。此外，脫乙烷塔頂碳三過多影響到乙烯精餾塔和乙烷爐的操作，必須盡量控制其含量。靈敏板溫度串級控制急冷水流量，控制再沸器的加熱量。在急冷系統波動時，應密切注意急冷水的溫度變化。

 

在正常操作中，易出現一些影響因素使脫乙烷塔的操作偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下：

a) 塔壓高。造成的原因主要是進料甲烷含量高、冷劑溫度高、冷凝器液位低等，此時的解決方法通常是調整預脫甲烷塔的加熱同時排放不凝氣至裂解氣壓縮單元、調整丙烯制冷壓縮機、提高液位等。

b) 塔壓差高。造成的原因主要是負荷高、回流量大、再沸器加熱量大等，此時的解決方法通常是降低負荷、減小回流、調整再沸器加熱量。

c) 塔頂甲烷含量超標。造成的原因是預脫甲烷塔釜溫度低。此時需要提高預脫甲烷塔釜溫并加大脫乙烷塔回流罐不凝氣排放。

d) 塔釜乙烷含量超標。造成的原因是急冷水溫度低或加熱量小、塔壓過高造成塔釜加不上熱、靈敏板溫度低。此時需要提高急冷水溫度和加熱量、降低塔壓、提高靈敏板溫度。

e) 塔頂碳三含量超標。造成的原因是回流不夠或是靈敏板溫度高。此時需要提高回流量使回流比滿足要求、降低靈敏板溫度至正常值。

5

甲烷化系統

甲烷化過程一氧化碳的轉化是強放熱反應，在反應器內形成溫升。實際溫升取決于氣體中一氧化碳的含量。增加進口溫度可補償催化劑活性的損失，進口溫度最大可升高約10℃。在滿足產品中一氧化碳規格的前提下，一般進口溫度應設定在所允許的最低溫度，溫度過高會縮短催化劑壽命。物料通過反應器時溫度會上升，因此要防止激烈反應，造成飛溫，一般來說，在一氧化碳含量過高、粗氫進料乙烯超標時要十分注意操作。

 

甲烷化出料分離罐的液位太高，氣水分離效果變差，過多的水分將進入氫氣干燥器，使不能完全脫除的水分進入氫氣產品。液位太低，生產波動時氫氣將竄進急冷水塔。氫氣產品的壓力對前冷影響很大，需密切注意壓力變化。停爐、負荷降低時，要考慮切斷氫氣外送。甲烷化系統壓力高，因此現場要十分注意泄漏情況，遇有危急情況要果斷處理。

 

在正常操作中，易出現一些影響因素使其偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下：

a) 根據反應器入口溫度控制器升高或降低來調整溫度控制閥的開度，控制蒸汽加熱量(人工手動調節或DCS自動調節控制)。

b) 反應器入口一氧化碳含量升高。此時需要聯系裂解爐崗位，控制裂解溫度，降低反應器入口一氧化碳含量。

c) 反應器入口碳二含量升高。此時應聯系冷區，控制冷箱溫度，降低反應器入口碳二含量。

d) 當反應溫度不論因何種原因高于280℃時，應立即啟用切斷聯鎖，停止加熱及進出料，同時打開放火炬的閥門。

此外，甲烷化催化劑由于是鎳基催化劑，尤其要注意低溫時會生成劇毒物羰基鎳。因此在開停車、卸出催化劑時應謹慎操作。

6

乙烯精餾塔

乙烯精餾塔的靈敏板溫度過高，容易造成塔頂乙烯產品中乙烷含量超標；靈敏板溫度偏低容易造成塔釜乙烷中乙烯含量增加，造成乙烯損失。靈敏板溫度和加熱量采用串級控制，回流量根據乙烯塔頂采出量采用比值調節控制。乙烯精餾塔塔頂產品純度是通過塔頂回流量和塔釜加熱量來控制的，該塔和乙烯壓縮機構成開式熱泵系統，控制比較特殊，正常情況下通過調節塔釜加熱量和輔助回流量調整來控制塔頂乙烯中乙烷的含量。

 

在正常操作中，易出現一些影響因素使其偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下：

a) 塔壓差高。造成的原因是凍塔、進出料不平衡導致淹塔。通常需要立即注入甲醇解凍、加大塔釜采出和提高裂解深度。

b) 塔壓偏低。造成的原因是預脫甲烷塔靈敏板溫度高，碳二中碳三含量高、脫乙烷塔靈敏板溫度過高或冷劑量偏小、回流量偏小。此時需要調整預脫甲烷塔靈敏板溫度至正常、脫乙烷塔靈敏板溫度至正常、增加回流量。

c) 乙炔含量高。造成的原因是碳二加氫不合格。此時需要將不合格乙烯改送不合格乙烯儲罐，如所有乙烯儲罐裝滿，裝置減負荷，多余乙烯從塔頂放火炬，直到產品合格為止。此外，切斷進料和乙烷送出停止熱泵出口氣相乙烯采出，高、低壓乙烯由罐區提供。維持熱泵循環操作及前系統的正常操作。將脫甲烷塔底產品送入不合格乙烯儲罐。

d) 乙烷含量高。造成的原因是回流/采出比小、靈敏板溫度設定過高。此時需要減小乙烯送出流量設定調整回流比、降低靈敏板溫度。此外，裝置在投油或者退爐時進料會出現較大的波動，也會導致乙烷超標。此時應及時根據具體的生產負荷和生產情況調整塔的進料。

7

丙烯精餾系統

裝置生產丙烯產品將送往下游聚烯烴裝置用于生產聚丙烯，聚丙烯的生產對丙烯的純度要求較高。主要控制回路是塔頂的丙烯產品純度。一般而言，丙烯精餾塔塔頂丙烯產品純度需要大于99.60%。通常通過控制丙烯汽提塔的塔釜加熱量及丙烯精餾塔的回流量及丙烯精餾塔頂冷凝器等來調節產品純度。

 

在正常操作中，易出現一些影響因素使其偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下：

a) 塔的回流減小。此時需要根據丙烯產品的采出量，調整回流調節閥，調整回流比。

b) 塔的加熱過大。此時需要調整加熱量。

c) 塔壓過低。此時需要通過減小丙烯精餾塔冷凝器循環水閥門的開度，減少循環水用量來提高塔壓。

d) 當發現丙烯精餾塔塔頂丙烯產品純度降低時，需要立即判斷發生的原因并采取必要的解決措施。產品純度不達標的主要原因有急冷水調節閥失控導致加熱量過大，或急冷水的溫度突然升高。此時應馬上停止將不合格丙烯送往聚丙烯裝置，改送至不合格丙烯球罐或放火炬。

8

脫丁烷塔系統

脫丁烷塔壓力是保證脫丁烷塔達到設計分離效果的基礎條件。如果塔壓升高，會造成精餾塔兩個關鍵組分相對揮發度降低，所需理論分離板數增加，造成塔頂塔釜產品不合格，如果塔壓過低，物料飽和溫度降低，會造成塔頂溫度降低，嚴重時塔頂產品不合格。脫丁烷塔系統的塔壓一般采用熱旁通A閥與排火炬的B閥分程控制方式。

 

在正常操作中，易出現一些影響因素使其偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下：

a) 靈敏板溫度高，使碳四產品中碳五含量超標。此時需要降低熱媒低壓蒸汽量。

b) 塔釜液面過高或過低，使再沸器加熱效果不好。此時需要控制塔釜液面維持在50%左右。

c) 塔頂不凝氣含量高，使碳四產品中碳三含量超標。此時需要開大不凝氣返回閥的開度。

d) 塔壓高?？赡茉斐傻脑蚴沁M料中碳二含量較高或是冷卻水溫度高/壓力低。此時需要調整低壓脫丙烷塔的加熱量或調整冷卻水的進水溫度/壓力。

e) 塔壓差高。可能的原因是塔盤堵塞或塔釜再沸器加熱量過大。此時需要停車清理塔盤或調整再沸器加熱量。

f) 靈敏板溫度低。可能的原因是再沸器結焦嚴重、再沸器凝液罐排液不暢通或是低壓蒸汽壓力低。此時需要切斷再沸器、檢查凝液罐液位控制閥位和凝液總管壓力或提高低壓蒸汽管網設定壓力。

g) 塔釜碳四含量超標?？赡艿脑蚴窃俜衅鹘Y焦嚴重靈敏板溫度提不上造成釜溫偏低。此時需要切換再沸器進行處理。

h) 正常操作中，當塔頂裂解碳四和塔釜裂解碳五產品不合格時，要及時通知下游裝置，同時將不合格產品改送不合格產品罐。同時要查明原因，盡快調整產品合格。