减压塔填料结焦原因分析及应对措施

(中国石化青岛炼油化工有限责任公司，山东 青岛 266555)

某炼油厂12 Mt/a常减压蒸馏装置采用KBC减压深拔技术，减压塔自上而下共设有5段填料，塔底汽提段采用浮阀塔盘。Ⅰ段至Ⅲ段填料材质为0Cr18Ni9,Ⅳ,Ⅴ段为316L。在2015—2019年第三生产周期发生严重结焦的是第Ⅴ段，即洗涤段填料。该段采用的是组合填料形式，上部为波纹填料，底部为垂直格栅填料。在2011—2015年第二个生产周期，该段填料曾经发生过结焦，但结焦程度较轻，为保证设备的长周期运行，在2015年检修时对该段填料进行了整体更换。在2019年检修期间，发现洗涤段填料结焦情况比上一生产周期更加严重。

1 减压塔填料结焦情况

在检修期间，通过减压塔内部检查确认，第Ⅳ段及以上部分填料基本没有出现结焦情况，第Ⅴ段填料即洗涤段局部结焦比较严重，填料上部结焦形态为油泥状，越接近填料中下部，结焦越严重，结焦产物呈硬质焦块状(见图1)。

图1 减压塔洗涤段填料结焦形貌

分别对减压塔洗涤段填料中、下部焦状样品进行分析，结果见表1。

表1 洗涤段填料焦状样品分析

通过对样品组成进行分析，样品中元素大部分为碳，质量分数为69.32%和79.50%，判断该样品为结焦产物。样品中金属含量较低，这部分金属一部分来自原油本身，另一部分为高温硫腐蚀产物。洗涤段填料上部的油泥，是在停工期间柴油超级清洗过程中产生：柴油清洗时，洗涤油段流量仅为100 t/h左右，达不到填料最低喷淋密度要求，导致一些机械杂质和黏油等附着在填料表层而形成表层油泥。而填料中、下部的硬质焦块，判断是在生产过程中产生。

2 结焦原因分析

2.1 原料性质

统计该炼油厂2011—2015第二生产周期和2015—2019第三生产周期加工原油品种及数量，结果见表2。

表2 第二、第三生产周期原料统计

通过对比第二周期和第三周期加工原料发现：总加工量以及主要加工原油品种变化不大，但第三周期加工伊重原油的比例明显提高，伊重原油相比另外几个油种残炭、胶质和沥青质含量更高，结焦倾向性更大[1]。另外，从第三生产周期开始回炼储运罐区重污油，其性质较差，机械杂质含量较高，容易在填料层内形成垢物，加剧填料结焦。

2.2 操作参数

统计该炼油厂第二周期和第三周期减压炉出口温度、减压塔洗涤油流量等与洗涤段填料结焦密切相关的运行参数(剔除异常工况条件下的极值)，并与设计值作比较，结果见表3。

由表3可以发现，第三周期减压炉平均出口温度为422 ℃，较上周期平均低2 ℃，较设计值低4 ℃，减压塔闪蒸段平均温度为397 ℃；洗涤油流量最低不小于180 t/h，高于设计值166.3 t/h。

第三生产周期操作参数波动不大，均未超过设计控制要求，操作参数的变化并不是导致填料结焦的原因。另外，运行末期，减压塔各运行参数、减压深拔效果和产品质量指标等均未发现明显异常，因此判断洗涤段填料属于局部区域结焦，填料尚能满足减压塔分离要求，检修时填料拆解过程中也证实了这一点。

表3 减压系统相关操作参数

2.3 异常工况

在第三生产周期，由于外部电网线路故障，导致该炼油厂现场设备供电中断，装置被迫紧急停工。减压塔各中段回流突然中断，特别是洗涤段，其温度在390 ℃左右。洗涤油中断后，填料层内局部过热，加快了重质油品裂化和缩合反应，从而导致结焦[2]。这些焦块停留在填料层内，导致填料层润湿不均匀，局部润湿不足，进一步加剧结焦[3]。洗涤油的突然中断是洗涤段填料结焦的重要原因。

2.4 设备问题

通常情况下，比表面积在125～200 m2/m3的规整填料，推荐最小洗涤油的喷淋密度在0.5 m3/(m2·h)左右。喷淋密度与洗涤油的流量、性质和洗涤段压力等操作参数有关[4]，利用HYSYS流程模拟软件建立仿真模型，以设计加工量12 Mt/a为基准，洗涤段残压3.8 kPa条件下，得到不同洗涤油量对应的气液相负荷数据[5]，并计算出喷淋密度(见表4)。

表4 不同条件下洗涤段填料喷淋密度

由表4可知，为满足最小喷淋密度要求，洗涤油流量应控制在160 t/h以上，最小不得低于150 t/h。按照2015—2019年第三生产周期的洗涤油流量为180～200 t/h，在正常生产的条件下，理论上完全满足喷淋要求，但在检修过程中，发现洗涤油个别喷头出现了堵塞的情况。喷头堵塞导致洗涤段填料局部区域得不到充分润湿，是洗涤段填料结焦的另一个重要原因。

2.5 加工负荷

该炼油厂于2015年第二次大检修时进行了扩能改造，加工量由10 Mt/a扩大至12 Mt/a，但减压系统未进行同步改造，通过优化操作参数，按最初设计负荷的110%操作。另外，自2017年底起，为改善下游柴油加氢装置原料性质而降低常三线95%馏出点，常三线柴油拔出量降低，导致减压塔实际操作负荷进一步上升。减压塔负荷的增大，对洗涤段填料结焦有一定促进作用。

3 结论及建议

3.1 结焦原因

(1)全厂停电和紧急停工，导致洗涤油突然中断，致使填料层局部过热；

(2)洗涤油个别喷头堵塞，导致局部填料润湿不均匀；

(3)劣质原油及重污油掺炼比例提高和减压塔加工负荷的增大，一定程度上加剧了洗涤段结焦。

3.2 建议措施

(1)控制劣质原油的加工比例，控制重污油掺炼比例，每次掺炼不超过150 t/h。

(2)操作参数严格按照减压塔设计要求，并保证一定的安全裕量。日常操作中，严格监控洗涤段填料压力降，发现异常时，及时调整。

(3)做好异常工况应急响应，严格控制减三线集油箱液位不低于40%，防止减三线泵抽空导致洗涤油突然中断。建议在减二线泵出口和洗涤油管道增加一条跨线，在洗涤油突然中断时，可由减二线临时代替洗涤油，防止洗涤段填料局部过热。

(4)对减压塔洗涤油喷头全部疏通、清洗，堵塞严重的喷头进行更换，避免因设备原因导致填料结焦。

(5)进行工艺技术改造，常压塔增加常四线以便蜡油直接送至下游装置,从而降低减压塔负荷。