裂解气急冷水塔运行过程异常工况分析预防

贺宏伟 刘蓉蓉 师亚丽

(陕西延长石油延安能源化工有限责任公司轻油加工中心)

裂解气急冷水塔运行过程异常工况分析预防

贺宏伟*刘蓉蓉 师亚丽

(陕西延长石油延安能源化工有限责任公司轻油加工中心)

急冷水塔运行时塔顶温度偏高、汽油组分带水等异常工况制约其正常运行，分析原因并根据结果对急冷系统进行操作调整预防，确保急冷水塔稳定运行。

急冷水塔 塔顶温度 汽油组分 带水分析 预防调整

轻油裂解(ACO)工艺装置急冷水塔一般选用的是填料塔，通过裂解气和水在塔内逆流接触，起到降低裂解油气温度和洗涤裂解油气中携带的杂物的作用，从而实现裂解油气组分的分离。急冷水塔在运行过程中会出现塔顶温偏高、汽油带水等异常工况，这些异常工况导致急冷系统工艺操作波动大，运行稳定性差，严重制约着急冷水塔满负荷、长周期稳定运行。某公司年产100万吨的乙烯装置急冷水塔在运行过程中一直被异常工况所困扰。为了避免日后ACO工艺裂解气急冷水塔出现类似工况，笔者对装置在运行中出现的异常工况(塔顶温度偏高、汽油带水现象)进行分析，找到引起这些异常工况的原因并进行处理。

1 急冷水塔塔顶温度偏高

1.1异常工况出现

急冷水塔塔顶设计温度为38±6℃、塔釜温度为80±5℃，在满负荷时急冷水塔顶部回流温度为38℃，回流量为1 100t/h，中部回流温度为57℃，回流量为1 200t/h，在接近85%负荷时，急冷水塔顶部回流温度为31℃，回流量为900t/h，中部回流温度为55℃，回流量为1 400t/h，基本能维持急冷水塔塔顶温度为38℃、塔釜温度为80℃。随着负荷的增加，在超过85%负荷时，急冷水塔塔顶温度随着负荷增加开始不断升高，且塔顶温度波动加剧，操作调整频繁、难度大、汽油开始带水，最后导致急冷水塔停运。

随着塔顶温度稍微下降，急冷水塔塔釜温度快速下降。在92%负荷时，调整前塔顶温度在42～48℃之间波动，塔釜温度为80℃，塔顶部回流温度为31℃，中部回流温度为55℃(急冷水中部回流冷却器旁路已经全开)，中部回流量为1 800t/h时，将裂解气急冷水塔回流温度、回流量向设计值靠近，将塔顶部回流温度调整至33℃，回流量为980t/h，中部回流温度为57℃(急冷水中部回流冷却器旁路已经全开，并关小急冷水中部回流冷却器循环水量)，不断增加回流量，至1 900t/h时，急冷水塔塔顶温度在41～46℃之间波动、塔釜温度已经下降至78℃，此时急冷水温度过低无法保证丙烯精馏塔正常操作，引起丙烯产品不合格。为了确保丙烯产品合格，不把中部回流调整至设计值。

1.2原因分析

在急冷水塔顶部回流量较小时，顶部回流温度变化对塔顶温度影响较小，此时，当中部回流增加至一定量时，中部回流的增加对急冷水塔塔顶温度的影响较小，但对塔釜温度的影响较大；顶部回流量对急冷水塔塔顶、塔釜温度的影响都特别明显；在整个调整过程中发现急冷水塔塔顶温度一直波动很大。

对以上现象进行分析，发现裂解气急冷水塔塔顶部和塔中部设计结构是等径塔，填料床层厚度相同，在设计温度下，设计中部回流量和顶部回流量比为2∶1，如果顶部回流急冷水喷淋密度不够，就无法使裂解气全部冷却，从而使裂解油气温度变得很不稳定，最终导致急冷水塔塔顶温度偏高，而且温度波动较大。通过增加顶部回流，增加急冷水喷淋密度，使裂解气得到一定的冷却，急冷水塔塔顶温度得到一定的冷却降温控制，同时也使整个急冷水回流量增加，使与急冷水交换热量的循环冷却水带走过多的热量，直接导致塔釜温度快速下降至一个过低的温度。这就是引起急冷水塔塔顶温度偏高、塔釜温度偏低的主要原因。

1.3预防调整措施

在无法改变急冷水塔填料厚度的情况下，只有通过增加急冷水塔顶部回流量来调整急冷水的喷淋密度，但在增加顶部回流量的同时还必须控制好循环冷却水带走的热量。在上述条件限制下，只要控制好塔顶部和中部急冷水回流量，调整急冷水两股进料回流配比，从而使顶部回流急冷水喷淋密度增加、中部急冷水喷淋密度减小，就能调整急冷水塔塔顶和塔釜的温度。

在92%负荷时，维持回流温度不变，将顶部回流量由900t/h增加至1 200t/h，同时将中部回流量由1 750t/h降低至1 550t/h，经过调整后，急冷水塔塔顶温度下降至39～41℃之间，波动频率减少，塔釜温度基本维持至80℃以上，使急冷水塔塔顶温度偏高、塔釜温度偏低的异常工况得到缓解。

2 汽油带水

2.1问题出现

在汽油液位正常、急冷油水界位正常时，裂解气急冷油塔塔顶温度骤降，当塔顶温度由103℃迅速下降至98℃时，在汽油回流低点倒淋采样可发现汽油中含30%以上的水。分析判断认为油水界位不准，导致汽油外采量过大、整个急冷水系统汽油量偏低，汽油中含水量偏高，水随着汽油进入汽油槽，在汽油槽中静止后引起相对的分层，从而使汽油带水。

经过上述判断后，为减少汽油外采量，在减少急冷水塔汽油外采量的同时通过汽油回流泵入口引入开工汽油，并打开汽油槽火炬排放线对汽油进行置换。在置换过程中，通过急冷油塔塔顶温度低于99℃后全关汽油回流来防止塔顶温度偏低，使盘油带水、急冷油塔塔顶温度高于107℃后恢复汽油回流防止重组分进入急冷水塔，避免急冷油塔和急冷水塔运行情况的进一步恶化。

2.2原因分析

经过分析操作调整过程，发现汽油、水液位下降至85%后，汽油开始恢复正常，分析急冷水塔的结构图发现汽油槽顶布有一个排气管，排气管最高点在水液位85%处，当水超过85%液位时，油水混合物就会从排气管排气口进入汽油槽，导致汽油带水。

现场水界位、汽油液位指示和中控室汽油液位指示不准，显示油水界位(假界位和液位)仍维持在正常范围内，但系统内汽油、水量都已过量，汽油槽已经满液位，汽油、水量过大使水液位不断上升，在水位高于85%时，水液位高于汽油槽顶上排气管，油水混合物就从排气管入口进入汽油槽，使汽油带水，随着水位的增加，通过排气管进入汽油槽的量就越多，汽油带水就越严重，这说明早期发现汽油带水后，马上就减少了汽油外采，同时引入汽油，在水外采量没有很大改变时，系统内的汽油越来越多，水位也不断上升，直接导致进入汽油槽的水越来越多，加上汽油外采量减少，汽油槽内相对波动较小，使水慢慢分层，汽油槽底部水含量越来越高，采出汽油水含量也越来越高。在重新校对水液位时，发现水液位已经全满，加大水外采量和油外采量使水位下降至85%后，终止水通过汽油槽顶上排气管进入汽油槽，随着汽油槽内水置换完、汽油中水含量下降至正常指标后，系统恢复正常。

2.3预防调整措施

引起油液位、油水界位和水液位波动的几种情况：

a. 图1中A1线、C1线最低位置是正常情况，汽油采出可以根据汽油外送调节阀开度来调整汽油外送流量，而汽油进入汽油槽的速度取决于水液位，汽油进入汽油槽的前提是水液位必须高于汽油槽入口低点，在油水界位不高于100%时，随着水高度的增加，汽油进入汽油槽的速度不断增加，在汽油进入汽油槽的速度和采出汽油速度相等时，油液位就维持稳定；如果汽油的采出速度小于进入汽油槽的速度，汽油液位不断升高直至将整个汽油槽充满，出现图1中A1线、C1线处于中间位置，即异常工况；如果水的补入和采出量维持平衡，在汽油槽充满后，油水中油越来越多，使水位不断升高，最终升高至图1中A1线的最高位置时，油水混合物就从排气管入口进入汽油槽，使汽油带水。

b. 油水液位维持在0%～100%之间、水的补入和采出量维持平衡时，如果汽油外采量大于汽油补入量，汽油液位不断变低，最终将使汽油液位低于安全液位以下，但是油水界位、水的液位基本维持正常。

c. 如果水外采量低于油水分离后水的补充量，将使水液位不断增加同时油水界位也不断升高，汽油进入汽油槽的速度不断增加，如果维持汽油正常采出，汽油液位不断变高直至将汽油槽充满，如果增加汽油采出量，维持汽油液位，最终油水分离后补入的汽油不足以维持汽油采出，将使水通过汽油槽入口进入汽油槽。水外采量低于油水分离后水的补充量时，不管汽油采出多、平衡或少，油水界位都是不断上升至油水界位大于100%，最终水进入油槽。

d. 如果水外采量高于油水分离后水的补充量，油水界位不断下降，水位也不断下降，汽油进入汽油槽的速度不断下降，不管汽油采出多、平衡或少，最终水位和油水界位都将下降至0%，导致汽油最高点也无法达到汽油槽入口最低点，最后汽油无法进入汽油槽，汽油液位最终降至0%。

图1 油液位、油水界位和水液位的波动示意图

3 结束语

从急冷塔异常工况分析中可知，只有对生产中存在的问题不断深入地分析，并根据分析结果进行适当的调整，才能有效解决生产中存在的问题。从对急冷水塔几次的处理过程中发现，对新工艺流程、新设备的理解还存在很多不足，需要在今后的工作和学习中不断提高。

*贺宏伟，男，1968年10月生，工程师，副经理。陕西省延安市，727500。

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