熱高壓分離器的案例
渣油加氫裝置關(guān)鍵設(shè)備控制方案，加氫人必讀！
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來(lái) 源 | 石油化工自動(dòng)化 中石油華東設(shè)計(jì)院
作 者 | 周曉龍等
關(guān)鍵詞 | 渣油加氫 關(guān)鍵設(shè)備 控制方案
共 3686 字 | 建議閱讀時(shí)間 16 分鐘
導(dǎo) 讀
渣油加氫裝置具有臨氫、高壓、高溫、高 H2S腐蝕的特點(diǎn)，由反應(yīng)部分（包括氫氣壓縮機(jī)和循環(huán)氫脫硫設(shè)施）、分餾部分、干氣脫硫部分、低分氣脫硫部分和公用工程部分等組成。
渣油加氫裝置的主要產(chǎn)品是加氫渣油，副產(chǎn)少量粗石腦油、脫硫干氣及脫硫低分氣。加氫渣油送至催化裂化裝置，粗石腦油送至常減壓裝置，脫硫干氣送至燃料氣管網(wǎng)，脫硫低分氣送至PSA裝置。
某渣油加氫裝置項(xiàng)目原料為減壓渣油、焦化蠟油等，核心反應(yīng)系統(tǒng)操作壓力達(dá)到20MPa，操作溫度達(dá)到397℃，設(shè)置有熱高壓分離器、反應(yīng)器、新氫壓縮機(jī)、循環(huán)氫壓縮機(jī)以及反應(yīng)進(jìn)料加熱爐等關(guān)鍵設(shè)備。
關(guān)鍵設(shè)備工藝特點(diǎn)與控制要求
渣油加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備的工藝特點(diǎn)與控制要求介紹如下：
1）熱高壓分離器液位控制。熱高壓分離器是高壓反應(yīng)部分與低壓分餾部分的分界設(shè)備，熱高壓分離器液位測(cè)量介質(zhì)為渣油，黏度高，難以測(cè)量。為避免熱高壓分離器液位減空，導(dǎo)致高壓氣體竄入低壓設(shè)備，需嚴(yán)格控制熱高壓分離器液位，因此熱高壓分離器等高壓容器的液位監(jiān)控成為了裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。熱高壓分離器液位通過(guò)控制熱高分至熱低分管道控制閥而實(shí)現(xiàn)，液位控制閥不僅靜壓高，而且前后壓差大。
2）新氫壓縮機(jī)級(jí)間壓力遞推控制。系統(tǒng)反應(yīng)壓力由新氫壓縮機(jī)補(bǔ)充新氫維持，由于渣油加氫系統(tǒng)壓力較高，新氫壓縮機(jī)采用多級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)。
展開(kāi) 加氫裂化裝置高壓換熱器選型分析
反應(yīng)進(jìn)料與氫氣混合后與反應(yīng)產(chǎn)物換熱，進(jìn)入加熱爐達(dá)到反應(yīng)所需溫度后進(jìn)入反應(yīng)器;反應(yīng)產(chǎn)物與汽提塔底油換熱后進(jìn)入熱高壓分離器;熱高壓分離器氣相先后與氫氣、冷低分油換熱，經(jīng)高壓空冷器進(jìn)入冷高壓分離器;冷高壓分離器氣相經(jīng)過(guò)脫硫后，進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)，而后一部分作為急冷氫，一部分經(jīng)反應(yīng)進(jìn)/出料換熱器返回反應(yīng)器。
上圖中有5臺(tái)高壓換熱器，E01~E05。不同的專(zhuān)利商設(shè)計(jì)的具體高壓換熱器臺(tái)數(shù)不同，但基本上都在上圖所示工藝位置。
2
高壓換熱器常見(jiàn)問(wèn)題
①壓力降大小直接影響裝置能耗
加氫裂化裝置高壓換熱器大部分應(yīng)用于循環(huán)氫回路，此回路中壓力降的大小直接影響循環(huán)氫壓縮機(jī)的能耗。對(duì)于一次通過(guò)的加氫裂化裝置，循環(huán)氫壓縮機(jī)的能耗約占裝置總能耗的15%~30%。因此，高壓換熱器壓力降的大小對(duì)裝置能耗影響較大，較小的壓力降有利于降低裝置運(yùn)行成本。
②換熱器運(yùn)行條件苛刻
加氫裂化裝置為高壓、臨氫工藝環(huán)境，對(duì)設(shè)備、材料要求高，部分緊急事故的處理需要對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行0.7MPa/min或2.1MPa/min泄壓，此時(shí)高壓換熱器壓力快速下降，溫度上升較快，容易出現(xiàn)泄漏、火災(zāi)等事故。
③大型化增加制造難度
隨著近年來(lái)裝置大型化的迅速發(fā)展，高壓換熱器規(guī)格越來(lái)越大，加工難度增加。對(duì)于螺紋鎖緊環(huán)式換熱器，直徑大于1600mm為大型，加工難度較大，管板容易變形、平整度要求苛刻，更容易出現(xiàn)內(nèi)漏問(wèn)題。近兩年已經(jīng)出現(xiàn)1800mm的螺紋鎖緊環(huán)式換熱器，但制造難度更大，內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)也更大。
展開(kāi) 加氫裝置高壓換熱器開(kāi)裂原因分析及預(yù)防和解決對(duì)策
編 輯 | 化工活動(dòng)家
來(lái) 源 | 石油化工設(shè)備技術(shù)、沈陽(yáng)中科韋爾
作 者 | 劉殿如等
關(guān)鍵詞 | 加氫裝置 高壓換熱器 開(kāi)裂
共 3359 字 | 建議閱讀時(shí)間 15 分鐘
導(dǎo) 讀
某煉油廠(chǎng)加氫裂化裝置原料油主要是常減壓直餾蠟油，可以摻煉部分焦化蠟油抽余油和外購(gòu)蠟油。氫氣由制氫裝置及氫氣提純裝置提供。
2018年7月17日，因脫丁烷塔安全閥啟跳，無(wú)法復(fù)位，且脫丁烷塔頂干氣含氫氣78%，因此確認(rèn)高壓換熱器出現(xiàn)內(nèi)漏，裝置開(kāi)始停工檢修。經(jīng)打壓試漏發(fā)現(xiàn)，高壓換熱器反應(yīng)餾出物/低分油換熱器（E106A）管束出現(xiàn)泄漏。
工藝概況
高壓換熱器E101、E102、E103、E104A/B、E105、E106A/B串聯(lián)連接，反應(yīng)產(chǎn)物自E106A上半管程流入，流入溫度為230℃，從E106B下半管程流出，流出溫度為160℃。殼程為低分油，逆向進(jìn)行換熱，E106B殼程進(jìn)口溫度為50℃，E106A殼程出口溫度為198℃。換熱網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。
E106A管程操作壓力為16.41MPa，殼程操作壓力為1.90MPa，操作壓差為14.51MPa。
為防止高壓換熱器銨鹽析出，在E105（反應(yīng)流出物/循環(huán)氫換熱器）前、E106前、A101（空氣冷卻器）前設(shè)置注水點(diǎn)，當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物流經(jīng)換熱器后換熱效率下降或者壓降過(guò)大時(shí)，通過(guò)采用E106A前臨時(shí)注水的方式對(duì)析出的NH4Cl進(jìn)行沖洗，緩解壓降并改善換熱效率。注水方式均采用一股水直接注入系統(tǒng)的方式。
E106A為U形管式換熱器，雙管程、單殼程。其殼體材質(zhì)為15CrMo（H）/Q345R；管束材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti，規(guī)格為6000mm×19mm×2mm（換熱管長(zhǎng)度×直徑×壁厚）。
展開(kāi) 加氫裝置高壓換熱器開(kāi)裂原因分析及預(yù)防和解決對(duì)策
編 輯 | 化工活動(dòng)家
來(lái) 源 | 石油化工設(shè)備技術(shù)、沈陽(yáng)中科韋爾
作 者 | 劉殿如等
關(guān)鍵詞 | 加氫裝置 高壓換熱器 開(kāi)裂
共 3359 字 | 建議閱讀時(shí)間 15 分鐘
導(dǎo) 讀
某煉油廠(chǎng)加氫裂化裝置原料油主要是常減壓直餾蠟油，可以摻煉部分焦化蠟油抽余油和外購(gòu)蠟油。氫氣由制氫裝置及氫氣提純裝置提供。
2018年7月17日，因脫丁烷塔安全閥啟跳，無(wú)法復(fù)位，且脫丁烷塔頂干氣含氫氣78%，因此確認(rèn)高壓換熱器出現(xiàn)內(nèi)漏，裝置開(kāi)始停工檢修。經(jīng)打壓試漏發(fā)現(xiàn)，高壓換熱器反應(yīng)餾出物/低分油換熱器（E106A）管束出現(xiàn)泄漏。
工藝概況
高壓換熱器E101、E102、E103、E104A/B、E105、E106A/B串聯(lián)連接，反應(yīng)產(chǎn)物自E106A上半管程流入，流入溫度為230℃，從E106B下半管程流出，流出溫度為160℃。殼程為低分油，逆向進(jìn)行換熱，E106B殼程進(jìn)口溫度為50℃，E106A殼程出口溫度為198℃。換熱網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。
E106A管程操作壓力為16.41MPa，殼程操作壓力為1.90MPa，操作壓差為14.51MPa。
為防止高壓換熱器銨鹽析出，在E105（反應(yīng)流出物/循環(huán)氫換熱器）前、E106前、A101（空氣冷卻器）前設(shè)置注水點(diǎn)，當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物流經(jīng)換熱器后換熱效率下降或者壓降過(guò)大時(shí)，通過(guò)采用E106A前臨時(shí)注水的方式對(duì)析出的NH4Cl進(jìn)行沖洗，緩解壓降并改善換熱效率。注水方式均采用一股水直接注入系統(tǒng)的方式。
E106A為U形管式換熱器，雙管程、單殼程。
展開(kāi) 
柴油加氫精制裝置的擴(kuò)能升級(jí)技術(shù)改造
該裝置反應(yīng)部分增加熱高分流程和熱低分流程，采用熱高分+冷高分工藝流程，改造后反應(yīng)流程示意圖如圖1所示。
若在原方案即冷高分流程基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，則需調(diào)整反應(yīng)流出物/低分油換熱器和精制柴油/脫硫化氫汽提塔進(jìn)料換熱，增加反應(yīng)流出物空冷器四臺(tái)。若采用熱高分流程，則需新增熱高壓分離器、熱低壓分離器、低分氣空冷器，利舊熱高分氣/混合氫換熱器。
熱高分流程改造方案的投資比冷高分流程改造方案的投資節(jié)省151.5萬(wàn)元，約占全裝置投資的1.75%，據(jù)此認(rèn)為熱高分流程的投資和冷高分流程的投資相差明顯。相比之下，熱高分流程的熱利用更充分，綜合能耗較低。裝置加工能力增大15%，油品質(zhì)量提高，且裝置初期總能耗要低于改造前，單位能耗平均下降約20%，長(zhǎng)期運(yùn)行成本更低。
考慮本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件，若采用冷高分流程，則改造方案中需要新增的四片高壓空冷器無(wú)處安裝；而反應(yīng)流出物/低分油換熱器是高低壓換熱器，存在內(nèi)漏串壓的安全隱患。綜合上述安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)施難度等多重因素，采用熱高分流程合理可行、有效節(jié)省成本。
03
反應(yīng)流出物/混合進(jìn)料換熱器采用繞管式換熱器
在本次改造中，反應(yīng)流出物/混合進(jìn)料換熱改造提供三種方案：
①改為三臺(tái)高壓螺紋鎖緊環(huán)換熱器；
②改為三臺(tái)Ω環(huán)高壓換熱器；
③改為一臺(tái)繞管式換熱器。
螺紋鎖緊環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度高、制造難度大且造價(jià)高。承壓內(nèi)件(內(nèi)法蘭、螺栓等)在高溫高壓條件下容易變形及腐蝕，在發(fā)生內(nèi)泄時(shí)需不斷擰緊螺栓，加大密封壓力，內(nèi)件受損較大，檢修時(shí)需要經(jīng)常更換。Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及拆裝方便，密封效果好，但若換熱管結(jié)垢，清洗時(shí)需沿Ω環(huán)頂部焊口切開(kāi)，檢修完畢后組對(duì)時(shí)再將環(huán)焊上。
展開(kāi) 范詠峰老師解讀SIS和BPCS的共用問(wèn)題，儀表人快來(lái)學(xué)習(xí)~
4 工程應(yīng)用
4.1 低低液位聯(lián)鎖保護(hù)
加氫裝置熱高壓分離器（V103）設(shè)有低低液位聯(lián)鎖保護(hù)。液位低低時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉V103底部出料切斷閥XZV101，流程圖示例如圖1所示。
為便于說(shuō)明，本案例進(jìn)行了簡(jiǎn)化，例如獨(dú)立保護(hù)層中的“報(bào)警和人員響應(yīng)”假設(shè)有獨(dú)立的操作閥門(mén)；假設(shè)SIS和BPCS獨(dú)立，包括測(cè)量?jī)x表、最終元件和邏輯控制器。SIF（低低液位聯(lián)鎖防止高壓竄低壓）的LOPA分析見(jiàn)表2所列。
如果SIS和BPCS共用控制閥，為BPCS故障初始原因和SIS存在共因失效，當(dāng)共用的控制閥故障，會(huì)同時(shí)造成BPCS和SIS的失效，存在同時(shí)失去BPCS和SIS各自承擔(dān)的削減風(fēng)險(xiǎn)能力的可能性。因此，如果共用控制閥，上述LOPA需要重新分析，為便于討論這里將分析進(jìn)行了簡(jiǎn)化，共用設(shè)備需要承擔(dān)BPCS和SIS消減風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)的總和，即SIS需求的風(fēng)險(xiǎn)減低會(huì)由10-1變成10-2，相當(dāng)于SIL級(jí)別要求由SIL1變?yōu)镾IL2或者SIL1的上限值10-2，所以SIS和BPCS共用設(shè)備對(duì)PFDavg（PFH），HFT，SC的要求都有影響。
通常來(lái)說(shuō)，SIS和BPCS共用時(shí)，共用環(huán)節(jié)可能需要由更高級(jí)別的儀表實(shí)現(xiàn)，如本例中，獨(dú)立時(shí)可以采用SIL1的控制閥，共用后，可能需要采用SIL2的控制閥。
由于共用的控制閥參與BPCS控制，SIF從低要求模式變?yōu)檫B續(xù)模式，其操作和維護(hù)模式及策略都應(yīng)相應(yīng)的改變。
4.2 雙電磁閥配置
工程實(shí)踐中，共用控制閥是討論較多的問(wèn)題，方案一般采用2臺(tái)電磁閥，1臺(tái)由SIS控制，1臺(tái)由BPCS控制，這樣的配置是否算SIS和BPCS獨(dú)立，是否算符合要求的安全儀表系統(tǒng)，是否滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。答案是明確的，上述雙電磁閥配置不算SIS和BPCS獨(dú)立，不滿(mǎn)足獨(dú)立保護(hù)層的獨(dú)立性要求。
展開(kāi) 科普｜煉油廠(chǎng)主要加工工藝之催化加氫！
這兩類(lèi)反應(yīng)都有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，其反應(yīng)描述如下：
R—CH=CH2+H2→R—CH2—CH3
R—CH=CH—CH=CH2+2H2→R—CH2—CH2—CH2—CH3
nCnH2N→iCNH2N
iCNH2N+H2→iCNH2N+2
烯烴加氫飽和反應(yīng)是放熱效應(yīng)，且熱效應(yīng)較大。因此對(duì)不飽和烴含量高油品加氫時(shí)，要注意控制反應(yīng)溫度，避免反應(yīng)床層超溫。
三、催化加氫工藝流程
1、加氫處理工藝流程
（1）餾分油加氫處理
汽油餾分加氫
焦化汽油與熱裂化汽油中硫、氮及烯烴含量較高，安定性差，辛烷值低，需要通過(guò)加氫處理才能作為汽油調(diào)合組分、重整原料，或乙烯裂解原料。
煤油餾分加氫
直餾煤油加氫處理，主要是對(duì)含硫、氮和芳烴高的煤油餾分進(jìn)行加氫脫硫、脫氮及部分芳烴飽和，以改善其燃燒性能，生產(chǎn)合格的噴氣燃料或燈用煤油。
柴油餾分加氫
柴油加氫精制主要是焦化柴油與催化裂化柴油的加氫精制。
（2）渣油加氫處理
渣油加氫處理工藝流程與有一般餾分油加氫處理流程有以下幾點(diǎn)不同：
①原料油首先經(jīng)過(guò)微孔過(guò)濾器，以除去夾帶的固體微粒，防止反應(yīng)器床層壓降過(guò)快；
②加氫生成油經(jīng)過(guò)熱高壓分離器與冷高壓分離器，提高氣液分離效果，防止重油帶出；
③由于一般渣油含硫量較高，故循環(huán)氫需要脫除H2S，防止或減輕高壓反應(yīng)系統(tǒng)腐蝕。
2、加氫裂化工藝流程
加氫裂化裝置，根據(jù)反應(yīng)壓力的高低可分高壓加氫裂化和中壓加氫裂化。根據(jù)原料、目的產(chǎn)品及操作方式的不同，可分為一段加氫和兩段加氫裂化。
展開(kāi) 煉油廠(chǎng)采用的主流石油加工工藝——催化加氫工藝詳解
這兩類(lèi)反應(yīng)都有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，其反應(yīng)描述如下：
R—CH=CH2+H2→R—CH2—CH3
R—CH=CH—CH=CH2+2H2→R—CH2—CH2—CH2—CH3
nCnH2N→iCNH2N
iCNH2N+H2→iCNH2N+2
烯烴加氫飽和反應(yīng)是放熱效應(yīng)，且熱效應(yīng)較大。因此對(duì)不飽和烴含量高油品加氫時(shí)，要注意控制反應(yīng)溫度，避免反應(yīng)床層超溫。
催化加氫工藝流程
一、加氫處理工藝流程
（一）餾分油加氫處理
餾分油加氫處理典型工藝流程圖
1-加熱爐 2-反應(yīng)器 3-冷卻器 4-高壓分離器 5-低壓分離器 6-新氫儲(chǔ)罐 7-循環(huán)氫儲(chǔ)罐
1、汽油餾分加氫
焦化汽油與熱裂化汽油中硫、氮及烯烴含量較高，安定性差，辛烷值低，需要通過(guò)加氫處理才能作為汽油調(diào)合組分、重整原料，或乙烯裂解原料。
2、煤油餾分加氫
直餾煤油加氫處理，主要是對(duì)含硫、氮和芳烴高的煤油餾分進(jìn)行加氫脫硫、脫氮及部分芳烴飽和，以改善其燃燒性能，生產(chǎn)合格的噴氣燃料或燈用煤油。
3、柴油餾分加氫
柴油加氫精制主要是焦化柴油與催化裂化柴油的加氫精制。
（二）渣油加氫處理
渣油加氫處理工藝原則流程圖
渣油加氫處理工藝流程與有一般餾分油加氫處理流程有以下幾點(diǎn)不同：
①原料油首先經(jīng)過(guò)微孔過(guò)濾器，以除去夾帶的固體微粒，防止反應(yīng)器床層壓降過(guò)快；
②加氫生成油經(jīng)過(guò)熱高壓分離器與冷高壓分離器，提高氣液分離效果，防止重油帶出；
③由于一般渣油含硫量較高，故循環(huán)氫需要脫除H2S，防止或減輕高壓反應(yīng)系統(tǒng)腐蝕。
二、加氫裂化工藝流程
加氫裂化裝置，根據(jù)反應(yīng)壓力的高低可分高壓加氫裂化和中壓加氫裂化。
展開(kāi) 石科院專(zhuān)家│劣質(zhì)渣油清潔高效加工技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用
在高壓氫氣和高活性催化劑作用下，渣油中絕大部分由較大烴分子裂化形成的自由基都能快速與活性氫自由基結(jié)合轉(zhuǎn)化為小分子，劣質(zhì)渣油的瀝青質(zhì)分子得到了輕質(zhì)化。
基于對(duì)渣油加氫反應(yīng)及分離過(guò)程的研究，RMX技術(shù)采用適合瀝青質(zhì)輕質(zhì)化且能減少縮合結(jié)焦的緩和臨氫熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器與不同分離單元相耦合的工藝流程。其核心反應(yīng)器是氣液固三相高度返混的鼓泡床反應(yīng)器，高度分散的催化劑均勻地分布在反應(yīng)器內(nèi)。反應(yīng)物料在催化劑上適度裂化后進(jìn)入分離單元，使已轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)組分的部分與未轉(zhuǎn)化的瀝青質(zhì)分離，分離得到的餾分油或改質(zhì)油不含瀝青質(zhì)和金屬。而塔底重組分（富含金屬的瀝青質(zhì)和催化劑）進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)化，部分尾渣外甩，最終實(shí)現(xiàn)渣油的高效轉(zhuǎn)化。
SHVR和YHVR為中國(guó)石化某煉油廠(chǎng)加工劣質(zhì)減壓渣油的延遲焦化原料，其主要性質(zhì)見(jiàn)表2。
由表2可知，這兩種原料是典型的中東劣質(zhì)渣油，也是中國(guó)石化最具代表性的焦化原料，其殘?zhí)烤笥?6%，延遲焦化生焦率均在35%以上，重金屬Ni、V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在300μg/g以上，而瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為14.2%和17.1%。
從2013年起，石科院分別以SHVR和YHVR作為原料油，在2~5kg/h的RMX連續(xù)中試裝置上進(jìn)行不同原料、不同工藝條件的中型試驗(yàn)，考察催化劑活性變化、反應(yīng)體系穩(wěn)定性及物料分布，優(yōu)化反應(yīng)條件和工藝流程。
在該中試裝置上，渣油原料經(jīng)高壓泵送入加熱爐，在加熱爐加熱后進(jìn)入臨氫熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)熱高壓分離器（簡(jiǎn)稱(chēng)熱高分）、熱低壓分離器（簡(jiǎn)稱(chēng)熱低分）和冷高壓分離器（簡(jiǎn)稱(chēng)冷高分）實(shí)現(xiàn)氣體、輕組分及重組分的分離，從熱低分底部出來(lái)的重油進(jìn)入溶劑萃取分離單元或減壓蒸餾分離單元，分離得到重改質(zhì)油或餾分油，以及塔底的重組分（尾渣）。
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