乙烯装置裂解气压缩机吸入带液原因分析及对策.pdf
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1、压缩机乙烯工业2 0 2 4,3 6(1)45 5 0ETHYLENE INDUSTRY乙烯装置裂解气压缩机吸入带液原因分析及对策张丽霞,陈权,洪琨,朱斌,郝飞(中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司,新疆独山子8 3 3 6 9 9)摘要:介绍了独山子石化公司110 0 kt/a乙烯装置裂解气压缩机吸入管道带液的异常现象,分析了问题产生的原因,并针对裂解气压缩机吸入管道带液现象提出具体的在线缓解措施。分析结果表明,裂解气压缩机吸入管道带液及碱洗塔异常生成黄油的根本原因是裂解气压缩机段间罐及碱洗塔入口分离罐除沫器严重堵塞,致使除沫效率下降,进而导致压缩机吸入带液。故此,通过对裂解气压缩机段
2、间罐除沫器进行整体更换,从根本上解决了压缩机吸入带液及碱洗异常的问题。关键词:乙烯装置压缩机吸入带液原因及措施中国石油独山子石化公司新区乙烯装置于2009年9 月17 日投产,工艺流程采用林德前脱乙烷前加氢技术,设计乙烯生产能力为10 0 0 kt/a。2019年扩建至110 0 kt/a,其裂解气压缩机采用德国西门子压缩机组。来自急冷水塔的裂解气在裂解气压缩机中经CWS一段段间冷却器二段段间冷却器E-3111A/B/C/DCWSCWR裂解气压缩机一段K-31011水洗塔C-2801工艺水去P-317A/S凝液去V-97321裂解气压缩机系统运行异常现象2021年9 月,裂解气压缩机三段出口换
3、热器(E-3113A/B)压差上涨至9 6 kPa,按照方案对其五段压缩,压力(绝压)由0.13 MPa升高至3.8MPa。裂解气中的水和重组分在段间冷却器中冷凝,凝液分别从后段分离罐返回至前一段分离罐,最终由粗气体凝液泵送至汽油/水分离罐,分离出的汽油被送至汽油稳定塔,分离出的水返回至汽油/水分离器,具体流程见图1。三段段间冷却器E-3112A/BCWS-CWR裂解气压缩机二段裂解气压缩机三段K-3101IK-3101III二段吸人罐一段吸入罐V-3132V-3331凝液去V-9732粗气体凝液泵P-3172A四段段间冷却器E-3113A/BCWSCWR裂解气压缩机四段K-3101IV四段吸
4、人罐三段吸人罐V-3134V-3133凝液去凝液去V-9732V-9732XLV31014LV31011汽油/水分离罐LV31006V-3137?LV310232粗气体凝液泵LV31022P-3172S图1裂解气压缩系统流程示意收稿日期:2 0 2 3-0 2-12;修改稿收到日期:2 0 2 4-0 2-0 2。作者简介:张丽霞,女,2 0 12 年毕业于兰州交通大学化学工程与工艺专业,工学学士,主要从事乙烯生产管理工作,工程师。E-3114A/BCWRLV31017软水工艺水去V-2831,裂解汽油去C-5601碱洗塔C-3501碱洗塔人口分离罐V-313546进行洗油冲洗,4h后汽油/水
5、分离罐(V3 13 7)油水乳化发生波动,裂解气压缩机段间罐高液位,装置紧急将负荷由10 5%降至9 5%,同时段间凝液紧急排火炬罐,并外送罐区。3 h后系统恢复正常,但三段出口换热器压差上涨至10 3 kPa,同时裂解气压缩机二段出口温度由注洗油前6 5.3 下降至5 8,三段出口温度由6 5.6 下降至5 7。自乳化波动开始,裂解气压缩机粗气体凝液泵(P-3172A/S)开始不断清理滤网,为减少段间汽油和凝液量,停止压缩机注水,装置负荷降低至90%运行。降负荷后,二段出口温度由5 8 上涨7570652./605550454000:001008000:11008000:0.11280757
6、065/360555045402222223344288888888888888888888888898988时间一三段排出温度;一三段压差图3 裂解气压缩机三段排出温度与压差变化趋势由图2 和图3 可看出:裂解气压缩机二段、三段排出温度下降时,二、三段压差随之上涨。对二段吸人管道排液,发现二段吸入线低点倒淋有连续凝液排出,装置负荷降至9 0%后,三段排出温度由5 7 上涨至6 5 后趋于稳定。当减小三段吸人罐(V-3133)至二段吸人罐(V-3132)返回凝乙烯工业至6 0.8,三段出口温度由5 7 上涨至6 5.4,压缩机出口温度上涨后,段间P-3172A/S泵清滤网频次明显下降。2裂解气
7、压缩机系统运行异常原因分析2.1裂解气压缩机出口温度及段间压差分析对近1个月内裂解气压缩系统操作进行排查,除裂解气压缩机机体正常注洗油外,曾多次对裂解气压缩机三段出口换热器洗油冲洗。查询裂解气压缩机二段、三段排出温度及二、三段压差数据,变化情况见图2 和图3。,0.060.050.04BdN/0.030.020.01000-8118200:91L00:701+7-时间一二段排出温度;一二段压差图2 裂解气压缩机二段排出温度与压差变化趋势M00:000:0三第3 6 卷00-0Z00:0100:90L10O-O0LL0-60 L0-6010-1O-6000:000:700:00:91LL0-60
8、00:90.1.80-600:800:80LLSO-60SOt0-600-6000:7O00:01160-60L90-60-60液量时,二段排出温度上涨,但凝液量恢复后温度又开始下降。初步判断裂解气压缩机二段V-3132罐除沫器效率下降,液体穿透除沫器进人裂解气压缩机三段,在压缩升温过程中液体汽化吸热,致使压缩机出口温度下降,出口温度接近裂解气露点温度,00:00L01L.80-6000:0000:00L11-6000:2O111-6000:0000:00100-111-6070.110.100.090.08BdN/0.07出0.060.050.040O:O1L00:9LL-6000:tOL0
9、0:01三-60第3 6 卷部分冷凝的液体随裂解气流将管道内的焦冲洗脱落,带入三段换热器和段间罐,造成三段换热器、除沫器压差高,凝液泵滤网堵塞。降负荷后,裂解气压缩机二段、三段出口温度不同程度上升。2.2碱洗塔异常分析碱洗系统自2 0 2 1年8 月底出现异常,导致含盐污水COD超标。装置排查原料、废烃及尾气排放,均无结果。因裂解气压缩系统异常,装置降负荷至9 0%运行,碱洗塔强碱段及弱碱段碱液颜色明显好转,且含盐污水颜色逐渐变浅,含盐污水COD也下降至指标18 0 0 mg/L以下,碱洗塔取样见图4。通过上述变化,查阅相关文献,碱洗塔异常的张丽霞等.乙烯装置裂解气压缩机吸人带液原因分析及对策
10、,47可能原因为装置扩建过程中,裂解气压缩机段间罐未进行改造,本应在裂解气压缩机前四段除去的重组分被带入碱洗塔系统,生成黄油,最终导致废碱氧化含盐污水COD超标。3裂解气压缩机系统运行异常在线处理措施3.1二段、三段吸入带液处理措施针对裂解气压缩机二段、三段吸入管道带液问题,采取以下措施:1)将三段V-3133罐、四段吸人罐(V-3134)返回至前段间罐的液相引出,减小段间罐液相量,从而减小除沫器的处理负荷;2)将裂解气压缩机二段、三段吸入管道中的凝液排出,避免压缩机吸人带液。具体临时排液流程见图5。(a)105%负荷强碱段取样凝液去冷排污罐,NDN25金属软管XV-9732裂解气来自二段出口
11、换热器E-3111A/B/C/D凝液去冷排污罐。V-9732粗气体凝液2 号泵P-3172A粗气体凝液2 号泵P-3172S(b)90%负荷强碱段取样图4碱洗塔各段碱液颜色三段出口换热器二段出口换热器CWSE-3112A/BCWR裂解气压缩机二段K-31011I二段吸人罐V-3132FV31015此调节阀拆除,前法兰用盲法兰封堵,后法兰接V-3133UV米管线CV3101汽油/水分离罐LV31006V-3137图5段间凝液临时排液流程示意()105%负荷弱碱段取样CWSE-311A/BCWR裂解气压缩机三段K-3101 II一凝液去V-9732DN25金属软管三段吸人罐V-3133新加阀门凝液
12、去冷排污罐V-9732此单向阀拆除,前法兰用盲法兰封堵,后法兰接V-3134UC来管线LV31023工艺水去+汽油水分离罐V-2831LV31022裂解汽油去汽油稳定塔C-5601(d)90%负荷弱碱段取样四段出口换热器CWS-E-3114A/BCWR裂解气压缩机四段K-3101IV四段吸人罐V-3134新加阀门DN80金属软管CLV31014软水,碱洗塔入口分离罐V-3135凝液去冷排污罐V-973248.将裂解气压缩机四段V-3134罐凝液通过罐底UC口,新增1条管道连接至汽油/水分离罐进料管道上的开工软水线进行连续排放。将裂解气压缩机三段V-3133罐凝液通过罐底UC口,新增1条管道连接
13、至粗气体凝液2 号泵最小流量返回线流量控制阀FV31015后进人二段V-3132罐;将裂解气压缩机二段人口管道低点液相通过倒淋引至一段吸人罐(V-3131)。临时凝液排放线投用后,裂解气压缩机二段排出温度由5 8 上涨至64,三段排出温度由6 3 上涨至6 7,裂解气BFW来自E-8313乙烯工业压缩机二段、三段压差稳定,无继续上涨趋势。3.2碱洗塔异常处理原林德公司设计中,在碱洗塔(C-3501)强碱循环、中碱循环、弱碱循环均设有黄油抑制剂注人预留口,为保证碱洗塔的碱洗效果,减少废碱液黄油生成,在碱洗弱碱段循环泵人口处加入黄油抑制剂 2 (见图6)。加注黄油抑制剂4d后,含盐污水及废碱颜色明
14、显好转,但强碱样仍有轻微淡黄色,含盐污水COD小于18 0 0 mg/L,合格外送。+裂解气压缩机五段第3 6 卷20%新鲜碱液C-3501V-3135裂解气压缩机四段出口返回裂解气压缩机前向段间罐C-3501碱洗塔;V-3135碱洗塔人口分离罐;V-3532汽油废碱分离罐;C-3601废碱汽提塔;P-3571A/S弱碱循环泵;P-3571B中碱循环泵;P-3571C/R强碱循环泵;AP35004弱碱取样;AP35005中碱取样;AP35006强碱取样;AP36003含盐污水取样4裂解气压缩机系统短停检修情况2021年9 月,裂解气压缩机二段吸人管道、三段吸人管道出现气液夹带,10 月2 7
15、日装置停工,检查段间罐内件问题。4.1二段吸入罐(V-3132)裂解气压缩机二段V-3132罐人口分布器完好,叶片除沫器多孔板存在少量的焦,相对堵塞不严重,降液管液封槽下部泪孔堵塞,降液管无聚合物堵塞。叶片除沫器的拦液沟槽处无聚合物,除沫器出口侧托板处有较多的聚合物,见图7。引起V-3132罐内叶片除沫器效率下降的主要原因是:该罐进料中的固体聚合物较多,部分固体颗粒堵塞叶片除沫器的拦液沟槽,导致分离液体的能力下降,出现气液夹带。叶片无焦堵塞推测为在装置降负荷、压缩机氮气运行、系统倒空、乙烯二部废碱AP350059AP35006AP35004黄油抑制剂P-3571A/SP-3571BP-3571
16、C/R图6 碱洗塔工艺流程示意系统涨压氮气置换等环节中,叶片除沫器上非黏性的固体颗粒脱落,进入出口侧或降至罐底部。图7 裂解气压缩机二段吸入罐(V-3132)内件4.2三段吸入罐(V-3133)裂解气压缩机三段V-3133罐人口分布器完好,但其顶部有较多从叶片除沫器上脱落下的聚合物焦粒,直径5 8 mm。叶片除沫器上部2 块多孔板上有较多的聚合物。在叶片的拦液沟槽处未发现明显的聚合物,但在叶片除沫器下方集液C-3601V-3532AP35009废碱氧化系统DAP36003去净化水单元甲烧+汽油去急冷水塔裂解汽油第3 6 卷板上有明显的聚合物颗粒,除沫器降液管的水封装置有焦,泪眼堵塞,降液管未堵
17、塞。飞溅板无机械故障,且无结焦物附着,见图8。张丽霞等.乙烯装置裂解气压缩机吸人带液原因分析及对策49约5 0 mm,V-3 13 5 罐内件见图9。人V3133进料分布器顶部图8 裂解气压缩机三段吸人罐(V-3133)内件引起V-3133罐内叶片除沫器效率下降的主要原因是:该罐进料中的固体聚合物较多,部分固体颗粒堵塞多孔板及叶片除沫器的拦液沟槽,导致分离液体的能力下降,出现气液夹带,人口温度下降,除沫器压降增大。4.3P四段吸入罐(V-3134裂解气压缩机四段V-3134罐人口分布器完好,叶片除沫器多孔板干净,叶片除沫器集液槽中存在较多热固溶的脱落物质,除沫器降液管的水封装置泪眼堵塞,降液管
18、未堵塞。此处堵塞程度相对较轻,运行数据无明显变化。4.4碱洗塔入口分离罐(V-3135)V-3135罐入口分布器完好,叶片除沫器无多孔板,叶片除沫器集液槽有大量焦,会堵塞降液管的管口,降液不顺畅。该罐中共2 个液封槽,其中1个液封槽中焦渣量已漫过管口,造成降液不畅,致使更多液相随着气相被夹带至碱洗系统。另1个液封槽中积累的焦渣距离降液管下沿一段出口换热器三段出口换热器E-3111E-3112段段裂解气来白急冷水塔C-2801-3131凝液去汽油/水分离罐V-2831图9 碱洗塔入口分离罐(V-3135)内件引起V-3135罐内叶片除沫器效率下降的主要原因是:V-3135罐进料中的固体聚合物较多
19、,部分固体颗粒堵塞叶片除沫器的拦液沟槽,单支降液管堵塞,下液不畅,导致分离液体的能力下降,出现气液夹带,重油进入碱洗塔发生皂化反应生成黄油。图10 为裂解气压缩机各段间罐除沫器堵塞情况图。经此次鉴定,各罐入口分布器、除沫器无明显的机械故障。除沫器效率下降的主要因素是受结焦影响,以V-3133罐、V-3135罐最为严重。去裂解气1号冷却器一段出口换热器四段出口换热器E-3113E-3114换热器堵塞严重换热器堵塞三段四段内件完好四段吸入塔除沫器局部堵塞内件完好无堵塞3132入链气流中伴有焦粉粗气体凝液2 号泵P-3172图10裂解气压缩机各段间罐除沫器堵塞情况五段出口换热器E-3711E-311
20、5五段破洗墙内件完好C-3501减洗圳除沫器局部堵塞入康内件完好-3133气流中伴有焦粒降液管中伴有焦粒汽油/水分商罐V-3137五段吸内件完好入诺入口分-3134气流中伴有焦粒降液管中伴有焦粒工艺水去汽油/水分离罐V-2831汽油去汽油稳定塔C-5601气流中伴有焦粒Y-3135降液管中伴有焦粒支降液管堵塞-3136无堵塞裂解气凝液去汽油废碱分离罐V-3532碱液液去汽油废碱分离罐V-3532505下除沫器失效原因根据理论研究基础和设计资料,除沫器分离效率受操作变量(包括气流速度、液滴粒径)以及乙烯工业除沫器自身的结构参数(包括转折角、折板间距、级数等)变化的规律影响。除沫器结构示意见图11
21、。D第3 6 卷气体人口汽体出口液体排出(a)垂直折流板式图11除沫器结构示意影响叶片式高效除沫器分离效率的主要因素量)。因此,一旦负荷超过10 3 工况要求,必须对为:叶片级数、折流板间距、转折角大小、气流入口段间罐容器进行改造。扩建后10 0%负荷下,乙烯速度、导液沟(或叫拦液沟)设置、除沫器压降(压装置原料加工量为443.5 t/h,10 3 工况下总进料降为除沫器的综合因素结果)。在实际使用过程为46 0.5 t/h,负荷为扩建后的10 3.8%。2 0 19 年中,叶片级数、叶片折流板间距、折流板转角、导液检修后,提高负荷运行,负荷约10 3.5%,2 0 2 0 年4沟等均为机械设
22、计,气速是随装置负荷变化的动月开始持续高负荷运行,直至系统出现异常,负荷态参数。故操作中除沫器失效分析主要针对机械均高于10 4%,最大负荷达10 9%,远超于10 3 工故障和工艺参数偏离设计。况要求。5.1除沫器存在的机械故障另外,2 0 19 年检修开工后,乙烯装置持续维持1)多孔板堵塞或局部破损,造成除沫器压降高负荷生产,压缩机流道不变,高负荷生产时,在升高,非堵塞区域在同等负荷下承受更大的气相裂解气流量增加15%的情况下,压缩温升升高,结焦反应速率相应增加,导致裂解气压缩机结焦量流速,超过叶片分离的临界气速,形成二次气液夹增加,注洗油时裂解气夹带着被冲洗下来的焦粒带,除沫失效。进人除
23、沫器,导致多孔板堵塞。2)液封槽堵塞,无法降液,造成除沫叶片分离的液随气体夹带穿透,除沫功能失效。5.2工艺参数偏离方面1)装置负荷和工况较设计有偏离,进入除沫设施的气相流速超过分离能力,在叶片上形成气液二次夹带,造成压缩机吸入带液。2)因实际工艺变动,液相量增加,如高负荷下注洗油、液相工况大负荷运行、生产波动期间返回段间罐入口的液相增加(注洗油波动期间)。3)2019年乙烯装置进行扩能改造,乙烯产能由10 0 0 kt/a扩至110 0 kt/a,裂解气压缩机透平相应进行了改造,但压缩机及段间罐并未进行扩能改造。其次,对于林德公司设计的10 3 工况而言,所有容器的气体负荷均高于设计负荷4%
24、5%,若不对段间罐进行改造,则所有容器的运行负荷均将达到其最高处理能力(设计值10 5%的流(b)新型险沫器6后期运行措施1)根据实际运行工况计算裂解气压缩机气相负荷,核算气速,与苏尔寿设计的除沫器气速范围对比,气速在设计范围内靠上限运行,保证加工负荷最大。2)检修开工后,装置以林德工况10 3 裂解气气相摩尔数的10 0%为依据,控制裂解炉进料负荷,避免段间罐超设计条件运行。此工况下观察各段吸人管道带液量及压缩机出口温度变化,评价确定长周期运行负荷。参考文献:1 隋丰伟.裂解气压缩机段间罐改造减少烃类损失J.乙烯工业,2 0 10,2 2(1)3 3-3 5.2王松汉.乙烯装置技术与运行 M
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