重整焊接板式换热器压差升高原因和处理
                               寇大成
        ( 中国石油化工股份有限企业天津分企业炼油部，天津大港300270)
    摘要: 先容了天津石化企业炼油部100 万吨/年连续重整装置进料板式换热器冷流进料侧压差升高的情况，从重整原料氮含量、干点和稠环芳烃含量以及进料温度的控制等方面进行了原因分析，认为铵盐结晶堵塞板束是造成冷流进料侧差压升高的主要原因，通过将加氢裂化石脑油从预加氢汽提塔进料改为预加氢反应系统进料，解决了压差升高的问题。提出了稳定控制压差的巩固措施。
    关键词: 连续重整; 焊接板式换热器; 铵盐; 压差
    中图分类号: TE624 文献标识码: C 文章编号: 1001 － 9677( 2013) 16 － 0196 － 03
    中国石化天津分企业100 万吨/年连续重整装置是100 万吨/年乙烯的配套项目，以直馏重石脑油和加氢裂化石脑油为原料，生产富含芳烃的高辛烷值汽油调和组分和高纯度的重整氢气。重整单元采用UOP 超低压连续重整工艺技术，催化剂连续再生单元采用UOP 第三代催化剂再生工艺CycleMax，以确保超低压、高苛刻度的连续重整装置工艺的实施，其中再生尾气的处理采用最新的ChlorsorbTM 氯吸取技术。装置于2009 年12 月18 日一次开车成功。
    重整反应系统混合进料换热器采用法国ALFA LAVALPACKINOX ( 帕奇诺) 企业生产的焊接板式换热器，该换热器是超大型的焊接板式换热器，它由一个焊接的板式传热板束和一个压力容器组成，板束装在压力容器内承受着来自系统最高压力循环氢的外压，在压力容器内无物料流通，只是用来承受操作压力和保护板束，压力容器采用的是全焊接结构从而可以保证最安全的操作。换热器立式安装，物料在板束内进行全逆流换热，冷物流从底部流入，加热后从顶部流出，热物流从顶部进入换热器，冷却后从底部流出。该换热器具有占地面积小、换热效率高、压力降低等优点。从装置开工到2010 年9 月份重整进料换热器冷流进料侧压差有大幅度的升高，板式换热器数据采集表中各项数据显示换热器进料侧存在严重堵塞现象。
    1 ·连续重整装置运行状况
    1. 1 原料
    重整单元的进料由直馏重石脑油和加氢裂化重石脑油组成。直馏重石脑油经过预加氢反应系统，脱除石脑油中S、Cl、N、O 以及各种重金属杂质与加氢裂化重石脑油一起进入预加氢汽提塔( C － 101) ，脱除轻组分、H2 S 和微量水，塔底则采出精制石脑油作为重整原料进入焊接板式换热器。装置自2009 年底开工以来，原料杂质含量基本在合格范围内，但是自2010 年3 月至9 月重整精制石脑油进料中氮含量曾多次出现超标，最高时氮质量分数达到5 μg·g － 1 ，通过对直馏重石脑油和加氢裂化重石脑油化验分析结果中的杂质含量进一步调查分析发现，造成重整精制石脑油进料中氮含量超标的原因是由于加氢裂化石脑油氮含量高。重整单元原料杂质含量见表1。
 
    1. 2 重整催化剂
    重整催化剂采用国产PS － VI 型重整催化剂。由于采用UOP 最新的ChlorsorbTM 氯吸取技术，在氯吸附运行过程中存在再生尾气水含量高的现象，对催化剂载体比表面造成很大影响，从催化剂跟踪数据来看，从开工到2011 年3 月份，催化剂运行110 个周期，比表面由187 m2 /g 下降至155 m2 /g。催化剂比表面积的下降严重影响到催化剂的持氯能力，待生催化剂氯质量分数最低时为0. 9%，为保持催化剂的酸性功能，维持再生催化剂氯质量分数( 正常为1. 1% ～ 1. 2%) ，再生注氯量由最初的5 kg /d 提至20 kg /d。由于催化剂持氯能力差，重整循环氢中氯体积分数达到8 ～ 10 μL/L。
    2· 压差升高的过程
    自首次开工至2010 年5 月底重整进料换热器冷流进料侧的循环氢/混合进料出口压差一直维持在0. 035 MPa 左右，板换运行情况良好。随着装置的运行该压差开始呈缓慢上升的趋势，自2010 年6 月初至2010 年8 月中旬该差压上升了约0. 05 MPa 左右达到0. 09 MPa，在重整负荷不变的情况下进料调节阀开度慢慢增大( 由63% 升至65%) ，循环氢流量开始有明显下降的趋势( 由80000 Nm3 /h 降至60000 Nm3 /h) ，机组运行正常，热端温差有明显上升趋势( 自28 ℃ 升至38 ℃) 。
    2010 年8月14 日20: 00 开始出现快速上涨的趋势，到8 月23日又上升了0. 05 MPa 左右，达到0. 14 MPa，车间采取适当增大重整循环氢流量的方法后，该差压得到初步遏制基本稳定在0. 1 MPa 左右。但2010 年9 月3 日16: 00 该差压又出现快速上涨的趋势，到9 月9 日最高已经涨到0. 19 MPa ( 板换厂家要求该压差≯0. 2 MPa) ，车间已做好停车检修清洗的各项准备工作。根据焊板式换热器数据采集表，冷流进料侧的循环氢/混合进料出口压差及喷淋管压差、循环氢流量、热端温差变化趋势分别见图1 ～ 图3。
            
            
    3· 焊板式换热器压差升高原因分析
    从图1中可压看出，喷淋管压差自首次开工以来，无明显上升的趋势，由此可基本排除喷淋管堵塞的可能性。焊板式换热器板束由不锈钢薄板经水下爆破成型后叠合焊接而成，每片板为之字形曲线的波浪板，相邻两张板的波浪走向总是正交形成成千上万个接触点，由于两张板之间的间隙很小，如果原料杂质含量超标，则很容易造成焊板式换热器板束结垢堵塞［1］。
    3. 1 焊板式换热器堵塞的原因
    3. 1. 1 铵盐产生并聚集
    预加氢汽提塔原料中的氮若以有机态存在，汽提塔将无法脱除，再经过重整反应系统后转化为无机态的NH3，过量的NH3与当时重整循环氢中高浓度的HCl 结合便生成了大量的氯化铵，氯化铵随重整循环氢进入板式换热器入口，并在低温部位析出且累积下来，造成板式换热器冷流进料侧压差升高。
    3. 1. 2 胶质聚合物结焦
    重整原料如果干点过高或稠环芳烃含量高，其中不饱和烃，特别是二烯烃在一定温度下易于聚合生成大分子的胶质，进一步生成焦状物，积结在设备表面造成堵塞，从而引起设备压差增大。
    3. 1. 3 进料过滤器失效
    为了防止液体进料分配系统( 喷淋管) 被固体颗粒堵塞，根据换热器生产厂家的安装建议，在喷淋管的上游精制石脑油进料管线上并行安装有两个篮式过滤器，滤芯为60 目不锈钢方孔网，在不需要装置停工的情况下可轮流对每一台过滤器进行清洁。如果过滤器滤芯安装不当或滤芯丝网、密封圈出现破损，原料中的铁锈或者其他固体异物将随着原料一起进入板换，从而堵塞喷淋管或板束。
    3. 2 焊板式换热器堵塞原因分析
    综上所述，结合本装置运行情况，对焊板式换热器堵塞原因分析如下:
    ( 1) 加氢裂化石脑油中的氮多以有机态的形式存在，在预加氢汽提塔( C － 101) 中无法脱除，进入重整精制石脑油原料当中，从而造成重整精制石脑油进料中氮含量超标。根据氯化铵生成模拟计算［2］( 见表2) 得到以下结论:
           
    ①在系统氮含量和HCl 浓度一定的情况下，系统压力越高越容易结盐。一旦压力增加到一定值以后，即使氮含量和HCl浓度没有变化，结盐速率也可能会成倍增加。
    ②原料氮含量越高，生成铵盐所需要的临界HCl 浓度越低。只要原料氮含量控制在指标范围内，系统结盐所需要的临界HCl 质量分数为60. 70 μg·g － 1 ，这在重整的实际操作中是几乎不可能发生的。换句话说，只要原料氮含量控制在指标范围，结盐的可能性就不会存在。
    ③提高进料温度，可抑制结盐反应的发生。通过计算，进料温度从90 ℃提高到100 ℃可以使临界HCl 浓度提高2 倍。因此，建议将重整进料温度从原来的90 ℃提高到100 ℃。
    ( 2) 通过与国内各大炼油厂重整装置进行沟通和交流，其他装置重整进料换热器循环氢入口分配板和进料喷淋棒处也发现有类似的聚合物，但并未出现冷流侧压差升高的现象，而且认为这类胶质聚合物结焦能被油带走，一般不会造成堵塞现象。因此判断胶质聚合物结焦不是造成重整进料焊板式换热器堵塞的主要原因。
    ( 3) 根据换热器生产厂家的安装建议，液体进料过滤器前后压差达到0. 5 MPa 时需对过滤器进行切换清理［3］，而现场实际测量重整进料过滤器前后压差仅为0. 005 MPa。为了进一步确认过滤器内部情况，对过滤器进行了切换，由过滤器生产厂家进行了仔细检查，确认滤棒安装正确牢固，滤网和密封圈未发现破损，因此完全排除了过滤器滤芯安装不当或滤芯出现破损导致板换压差增大的因素。
    3. 3 解决措施和效果
    针对造成焊板式换热器压差升高的原因分析，制定了相应的解决措施，具体如下:
    ( 1) 通过生产部协调，对上游常减压装置进行调整，适当降低直馏重石脑油干点;
    ( 2) 最大限度的降低加氢裂化重石脑油中的氮含量，自罐区来加氢裂化重石脑油由原先的预加氢汽提塔( C － 101) 进料改为预加氢反应系统进料，进一步脱除裂化油中的有机氮等杂质后再进入预加氢汽提塔( C － 101) 。
    ( 3) 通过设备部联系板换厂家对E － 201 进行了评估，确认该换热器已具备在检修中进行化学清洗的条件［4］。接下来车间制定了针对E － 201 检修清洗的开停工方案，准备对板换进行清洗。
    ( 4) 提高进料温度，通过调节预加氢汽提塔进料/塔底换热器( E － 103) 管程旁路的开度，将重整进料温度由85 ℃提高至100 ℃
    ( 5) 在生产部的积极协调下，2010 年9 月10 日15∶25，实现了加氢裂化重石脑油从预加氢汽提塔( C － 101) 进料改为预加氢反应系统进料，原料切换后大约10 min 冷流进料侧差压开始出现明显下降的趋势，同时循环氢流量也开始上涨。到9 月15 日该差压已降至0. 05 MPa， 循环氢流量涨至88000 kNm3·h － 1 ，板换热端温差降至27 ℃左右，各项数据基本恢复到开工初期的水平。但是由于预加氢单元加氢反应系统的处理能力为70 万吨/年，将加氢裂化重石脑油从预加氢汽提塔( C － 101) 进料改为预加氢反应系统进料，只能维持重整86t /h( 约71%负荷) 的负荷运行，严重制约了重整装置的高负荷运行。
    4· 结论和建议
    通过这次对焊板式换热器压差升高的原因分析和处理，认为重整进料氮含量超标所导致的板换结盐是造成压差升高的主要原因，而加氢裂化重石脑油氮含量高直接造成了重整进料氮含量超标。为保证连续重整装置安全稳定长周期运行，结合装置的现状有以下几点建议: 
    ( 1) 要求上游装置严格控制加氢裂化重石脑油中氮、硫、氯含量小于0. 5 μg /g［5］，加强对预加氢反应系统和汽提塔的操作，保证重整进料杂质含量在合格范围。
    ( 2) 运行班组严密监测原料杂质和干点，有变化及时通知车间技术人员。
    ( 3) 保持重整进料温度稳定在100 ℃左右，最大限度的抑制结盐反应的发生。
    ( 4) 完善重整进料板式换热器数据采集记录表，每班坚持对板换相关数据的采集工作，并及时分析板换运行情况。
    ( 5) 针对可能出现的重整进料板式换热器进料侧差压突然升高的异常情况，制定了重整焊接板式换热器应急处理预案，并加强对操作人员的培训、学习和演练，确保出现紧急情况做到正确处理，达到保护板换的目的。
    ( 6) 建议对预加氢反应系统进行扩产改造( 处理量100 万吨/年) ，达到与重整反应系统满负荷相匹配的规模，保证重整装置能够在满负荷时稳定运行。
参考文献
［1］ 刘传强，邵文，尹祚明． 焊板式换热器冷流侧压力降增大原因及对策［J］． 炼油技术与工程， 2010，40( 10) : 25 － 29．
［2］ 潘洋． 重整进料换热器压力降问题解决方案探讨［J］． 炼油技术与工程， 2010，40( 8) : 44 － 46．
［3］ 迟春雨． 重整装置进料换热器的选择［J］． 辽宁化工，2007，36( 8) :31 － 33．
［4］ 魏德江． 连续重整装置焊板式换热器化学清洗［J］． 清洗世界，2013，29( 2) : 17 － 20．
［5］ 张琰彬，郝鹏飞． 连续重整装置运行问题分析及对策［J］． 石化技术与应用，2010，28( 1) : 46 － 49．