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1、中国石油股份公司锦西石化分公司180万吨/年重油催化裂化装置再吸收塔操作故障分析北京石大圣铭科技有限公司石油大学（北京）精馏工程研究室2006年01月目 录180万吨/年催化装置再吸收塔操作故障分析3一、概述3二、设计分工、设计要求及设计结果32.1 设计分工32.2装置加工能力32.3改造后再吸收塔工艺参数32.4改造后塔设备结构参数32.5 改造后再吸收塔塔板水力学计算结果（100%设计点）42.6 塔板水力学控制指标42.7 塔板水力学设计结果分析52.8在整个操作弹性范围内的操作分析及说明5三、改造后再吸收塔操作故障可能原因分析53.1故障现象53.2 前期初步分析53.2.1 工艺方
2、面63.2.2 塔板结构的影响73.2.3 安装施工质量的影响73.2.4 其它可能的影响73.3 开塔的结果83.4 当前塔内破沫网对再生塔夹带柴油的影响83.5 故障诊断结论93.5.1 雾沫夹带产生的原因93.5.2 改造对策的讨论9四、故障排除方法10五 催化装置再吸收塔设计结构参数对比10三、影响雾沫夹带的因素11180万吨/年催化装置再吸收塔操作故障分析一、概述锦西石化分公司重油催化裂化装置于2005年10月将装置处理量改造到180万吨/年。其中再吸收塔的塔内件改造采用了石油大学（北京）精馏工程研究室开发的SUPER V1浮阀塔板。装置开车后，再吸收塔出现了塔顶携带柴油的操作故障，
3、并且柴油的携带量随着进塔柴油量而增加。因为再吸收塔塔顶干气经过后序的脱硫处理后作为乙苯苯乙烯装置的原料，干气携带柴油对乙苯苯乙烯装置有较大影响，所以需要解决再吸收塔携带柴油问题。二、设计分工、设计要求及设计结果2.1 设计分工洛阳设计院负责全塔工艺条件设计，石油大学负责塔板设计，供货范围仅为塔板相关的塔板、浮阀和卡子、连接件。2.2装置加工能力改造后加工能力达到180万吨/年，最低加工能力110万吨/年，最大处理能力为200万吨/年。即要求操作弹性为61111。2.3改造后再吸收塔工艺参数l 塔顶压力：1.25MPa。l 柴油流量：54640kg/h。l 干气流量：15136kg/h。2.4改
4、造后塔设备结构参数塔板号塔径mm板间距mm降液管/塔面积，%堰高mm降液管出口缝隙，mm开孔率%1-6140060013.52505011.547、14140080013.52505011.548-13140060013.52505011.5415-18140060013.52505011.5419、24140080013.52505011.5420-23140060013.52505011.5425-30140060013.52505011.542.5 改造后再吸收塔塔板水力学计算结果（100%设计点）理论板号空塔气速m/s阀孔气速m/s空塔动能因数pa0.5阀孔动能因数pa0.5液流强度m
5、3/h.m清液高度mm湿板压降mmHg10.3142.8070.9638.59658.62674.2854.947720.3152.8120.9718.66659.05174.4264.944830.3142.8040.9728.67859.21774.4924.944240.3132.7940.9728.67859.32074.5374.943350.3122.7860.9728.67859.40674.5754.941960.3122.7830.9738.68659.49774.6094.940170.3132.7920.9768.71759.62074.6434.937880.3162.
6、8250.9868.80359.88874.7064.934690.3232.8881.0119.02560.77274.9514.9307理论板号雾沫夹带%泄漏%降液管出口阻力mmliq降液管清液高度mm降液管出口液速m/s降液管停留时间,sec10.10850.984311.4921164.4520.27147.50720.11100.980611.6591164.9240.27347.45330.11140.983211.7248165.1060.27427.43240.11130.986511.7658165.2190.27467.41950.11130.989311.7999165.
7、3120.27507.40860.11160.990211.8362165.4130.27557.39770.11270.986511.8850165.5510.27607.38180.11590.974111.9922165.8560.27737.34890.12440.949212.3489166.8520.28147.2412.6 塔板水力学控制指标l 降液管的设计主要控制降液管液泛、停留时间、降液管出口液速等三项技术指标。降液管液泛制约降液管的生产能力小于0.5*（板间距堰高）停留时间控制降液管气液分离的程度大于3-5秒出口液速过高出口液速将引起塔板入口液流冲击小于0.4m/sl 塔板
8、的设计主要控制雾沫夹带、泄漏、阀孔动能因数等三项技术指标.雾沫夹带影响塔板的传质效率，制约气相通过塔板的生产能力。小于10%KgL/kgG泄漏影响塔板的传质效率，制约塔板的生产能力。小于10%KgL/kgG孔动能因数气相通过阀孔的综合指标，影响传质效率。3-19Pa0.52.7 塔板水力学设计结果分析l 降液管内清液层高度。允许值为300mm，设计值为167mm，不存在降液管液泛。l 降液管液体停留时间。允许值为5秒，设计值为7.2秒，不存在降液管停留时间不足。l 降液管出口液速。允许值为0.4m/s，设计值为0.28m/s，不存在降液管出口流速超标。l 塔板雾沫夹带。设计值为0.1%，远小于
9、允许值10%。l 泄漏。设计值为1%，远小于允许值10%。l 阀孔动能因数。设计值为8.6-9.0Pa0.5，尚没有达到浮阀的全开点。从设计结果来看，本塔根本不会出现雾沫夹带现象，完全满足生产要求！2.8在整个操作弹性范围内的操作分析及说明l 按照北京设计院和洛阳设计院对催化吸收类塔设备的规则：对于F-1浮阀塔板，设计点孔动能因数不应超过浮阀的全开点，谨防雾沫夹带和体系起泡造成不正常操作。l 当前设计的阀孔动能因数设计值为8.6-9.0Pa0.5，在61111%的设计范围内，最大值处于5.410pa0.5范围。而Super V1浮阀塔板的浮阀全开点为13pa0.5，因此该塔板设计完全满足设计控
10、制的经验要求范围，并且上限仍有20%以上较大的余度。l 该塔设计的最大压降不超过2022kpa。三、改造后再吸收塔操作故障可能原因分析3.1故障现象目前再吸收塔操作工艺参数如下。塔顶压力：1.28MPa。干气流量：约8000kg/h。当塔顶柴油流量为20000kg/h以下时，塔顶基本不携带柴油；当柴油流量超过20000kg/h时，塔顶开始携带柴油；当柴油流量为30000kg/h时，柴油的携带量达到40060/3=8000kg/h（3分钟内塔顶带出约400kg柴油）。3.2 前期初步分析根据再吸收塔塔顶携带柴油的操作故障看：塔顶携带柴油是因为再吸收塔塔板产生雾沫夹带，产生雾沫夹带的原因详见图1所
11、示。图1 再吸收塔带柴油可能的原因分析能够产生雾沫夹带的可能原因涉及工艺、塔内件和设备附属配套以及安装施工质量等四个方面，以下分别对可能产生雾沫夹带的原因进行分析。3.2.1 工艺方面塔内气相负荷远远高于设计值，精馏塔内雾沫夹带超过10、甚至发生冲塔！图2示出了当前再吸收塔在设计的柴油吸收剂用量（54吨/小时）条件下，再吸收塔内空塔动能因数（干气加工量）条件下，塔内泛点率（操作气速/冲塔气速，下同）的关系。在此需要说明地是，操作压力按照1.25MPa考虑。图2 当前再吸收塔塔结构下，泛点率与空塔气速间关系由图2可以看出，在原设计要求的60110负荷范围内，再吸收塔内操作的泛点率在3042范围内
12、，而产生雾沫夹带的起始点泛点率处于52左右，因此设计阶段的计算结果表明：塔内是无雾沫夹带发生的。按照当前的操作所产生的雾沫夹带情况来分析，操作的泛点率大约处于6070左右。在工艺计算所考虑的条件下，相当于干气进料量为2530T/h的情况。但是，按照整个工艺操作数据所估计的再吸收塔气相进料质量流量远低于100设计点！根本达不到2530T/h的情况。 由于再吸收塔无进料计量表，因此不能对再吸收塔进料的流量进行准确测量，当前操作的气体进料流量值是全装置物料平衡而估计的结果，因此有一定的偏差。 应当注意：工艺计算完全按照摩尔（质量）流率进行，而真正影响精馏塔操作的体积负荷。因此，再吸收塔的操作压力（影
13、响气体密度）和进料组成（分子量）会对体积流量有较大的影响，因此会造成一定的偏差。因此再吸收塔实际塔内的气相负荷很难准确确定！ 全塔压降是准确判断塔内气相负荷、了解塔内操作工况的另一种重要手段，但遗憾地是该塔塔底未安装压力表，因此不能在现场装置中判断塔内气相负荷情况。 需要指出地是：操作压力降低，塔内气相负荷增加；组成变轻，在进料质量流率一定的情况下，塔内体积流量增加！实际操作的塔内气相负荷较设计值高具有可能！3.2.2 塔板结构的影响按照图2的结果，当前再吸收塔内塔板的设计结果根本不可能产生雾沫夹带。3.2.3 安装施工质量的影响依据3.2.2的结果，造成再吸收塔内产生雾沫夹带的原因只可能是安
14、装结构不当所引起的。 塔板上浮阀卡死，造成气体的喷射作用而产生雾沫夹带！经过塔板流体力学计算，在当前的塔板开孔率条件下，当塔板上有111*2/3=74个浮阀（全塔设计111个浮阀）被卡住不能浮动时能够产生雾沫夹带而出现携带柴油的现象。塔板上浮阀卡死造成雾沫夹带的可能性极小！ 降液管堵塞，造成降液管不能有效地输送液体，引起塔板持液大幅度增加。在当前的降液管结构条件下，当某层塔板的降液管出口有30%以上面积（相当于降液管出口缝隙变为34mm）被堵塞时能够产生降液管内液面升高，由此出现携带柴油的现象。柴油是极为优良的高效溶锈剂！会使塔内器壁附着的铁锈快速脱落，从而造成降液管堵噻！降液管部分堵噻而造成
15、雾沫夹带存在一定的可能性！3.2.4 其它可能的影响 塔底液相管线不畅。在当前的塔板开孔率和降液管结构条件下，当塔底的液相管线上的液位控制（塔釜液位控制）机构不灵敏，能够发生塔釜液位超标，一旦塔釜液位标高超过塔底气相进料口底部，柴油将被大量逐层携带出再吸收塔塔顶。 塔顶柴油进料管线分布孔角度错误。在当前的塔板开孔率和降液管结构条件下，当塔顶柴油进料分布管的分布孔方向向上或斜向上时，能够产生进塔柴油直接被带出塔顶而携带柴油的现象。这种影响产生雾沫夹带的可能性极小！综上所述，在当前再吸收塔的设计结构下，塔内产生雾沫夹带的原因只可能是塔内气相负荷较设计值高、降液管堵噻和浮阀出现大面积卡死等情况。3.
16、3 开塔的结果为了验证再生塔内产生雾沫夹带的原因。锦西石化分公司在公司领导的支持下，技术处、生产处和重催车间领导和技术人员经过大量的努力，于2006年2月20日对再吸收塔进行了停车、开塔检验，结果如下： 全塔浮阀升降灵活，无卡阀现象； 降液管内部无任何杂物和固体颗粒物存在； 降液管出口间隙基本处于4750mm范围内，完全满足设计要求。以上检查结果表明该塔的制造和安装施工质量是十分优良可靠的。 发现塔顶破沫网的安装位置存在问题，处于塔浮顶位置，并且破沫网的内部有些垢状物存在。3.4 当前塔内破沫网对再生塔夹带柴油的影响塔板上的气液分散存在着一定的液滴粒径分布。能否产生雾沫夹带取决于塔内空塔动能因
17、数的大小。空塔动能因数越高，按照沉降定律，气体携带的液滴粒径越大，雾沫夹带越高。图3示出了当前再吸收塔破沫网的安装结构及位置。当前破沫网安装在塔顶缩径段，并且破沫网上部无液滴自由沉降高度。在破沫网内的操作速度逐渐增加，因此对液滴的携带能力大大增加，不仅不能产生液体捕集作用，而且也会起到收集液滴而通过塔顶管线带出塔外的作用。这也就是说，最早期的再吸收塔设计存在着很大的问题。图3 当前再生塔内破沫网的安装位置 在改造前的操作条件下，由于气相负荷小于改造后，在顶层塔板以上1.6m的气相分离空间内液滴基本可以自由沉降，气体基本不能将液滴携带到破沫网的位置，因此无雾沫夹带产生。破沫网的原设计存在的问题没
18、能显现出来。说明：当前设计要求的加工量范围内，再吸收塔的泛点率仅处于2040左右，参见图2，而此时塔内无雾沫夹带发生。而改造前的气相负荷更低，因此液滴基本达不到破沫网的位置。 随着再吸收塔改造后的气相负荷大大增加，塔内空塔气速大大增加气相对液滴的携带能力大大增加，这样在顶层塔板以上1.6m的气相分离空间内，液滴不能有效地自由沉降，一旦液滴接触到破沫网而很快被收集、聚并，并随着气速的增加而很快被携带到塔外。 普遍认为，塔板上液相负荷越高，塔内气液分散程度越高，液滴密度越大。在当前再吸收塔的破沫网安装结构下，达到破沫网的液滴量越大，这就是为什么随着柴油吸收剂流量的增加，塔顶罐很快就满了的原因。3.
19、5 故障诊断结论3.5.1 雾沫夹带产生的原因 精馏塔板的设计需要控制的雾沫夹带速率最大不超过10，也就是说在雾沫夹带10以下，精馏塔板都可以达到高的传质效率。但由于再吸收塔扩能后，塔内空塔气速大大增加，对液滴的携带能力大大提高，再吸收塔破沫网的安装位置不当和塔顶澄清高度（第一层塔板到破沫网间距离，1.6m）不足，造成了液滴被当前破沫网收集并被气体携带。随着溶剂量的增加，第一层塔板上液滴密度大大增加，携带的液滴量大大增加，从而造成大量的柴油被携带而柴油罐满贯。 关于再吸收塔内的气相负荷问题的讨论普遍认为：浮阀塔板雾沫夹带的起始点为浮阀的全开点，这也就是说，在浮阀全开前，塔板上根本不产生雾沫夹带
20、。Super V1浮阀塔板的浮阀全开点为13pa0.5, 再吸收塔的设计点动能因数为8.6pa0.5,在设计的操作弹性范围内，阀孔动能因数处于5.169.46pa0.5之间，浮阀远远未达到全开。A由于Super V1浮阀塔板浮阀重量远较F1园阀大，因此塔板上也不会出现气体的沟流现象，即部分塔板鼓泡，部分塔板为清液，因此当前塔板设计无产生雾沫夹带的条件。B. Super V1浮阀塔板在再吸收塔扩能应用了近10多座塔设备，包括催化II装置，从未发生过柴油的携带问题。因此可以佐证在本RFCC项目的技术报价书中所承诺的操作弹性范围内无任何产生问题的设计原因。开塔检测表明了改造后的浮阀开启状态良好，无卡
21、阀现象，降液管也无堵噻现象，也无造成雾沫夹带的任何原因。对于这些问题唯一的解释就是实际塔内操作的气相体积负荷远较设计值高！3.5.2 改造对策的讨论 由图2可以看出，再吸收塔距离发生液泛冲塔尚有巨大的空间，因此表明该塔塔径和塔板结构是充分的，完全可以满足现有的加工能力要求。无需更换新塔！ 由于推测出塔内的实际体积负荷较设计值高，产生了显著的雾沫夹带，因此技术改造对策应当从增加塔顶的一层塔板以上的分离空间高度、增加液滴分离的手段两方面着手。 强烈建议：为了正确判断改造后的再吸收塔内的操作工况，建议塔底安装操作压力表！四、故障排除方法按照以上的分析和讨论，提出如下故障排除方法： 拆除现有塔顶破沫网
22、！ 拆除塔顶第一层和第二层塔板。由于SuperV1浮阀塔板具有很高的传质效率，对于当前再吸收塔的工艺要求而言，28层塔板完全可以满足生产要求！ 将溶剂进料管加长，将溶剂直接引入第三层塔板的降液管！需要将第一层塔板的受液盘开孔穿过！ 在原第二层塔板位置，安装大液滴液滴捕集板，捕集大部分液滴； 在原第一层塔板的位置，安装破沫网！以捕集剩余的小液滴！详细具体的方法参见设计施工图！五 催化装置再吸收塔设计结构参数对比锦西乌石化哈炼化陕西双翼锦西焦化处理量，万吨/年1801405030140塔径，mm1400180012008001000塔板数3030103012流程数11111板间距600600500
23、600600Ad/At13.5120.1014.2410.0014.15堰高，mm5050505050出口缝隙，mm5050505050塔顶空高，mm16002500140015001150开孔率，%11.546.222.683.5011.61最大气相流量，kg/h17508105072853161111393气相密度，kg/m39.779.4159.2169.7296.748最大液相流量，kg/h566076037511008590816385液相密度，kg/m3842.950802.798807.600835.418782.819空塔气速，m/s0.3230.0900.0760.0920.597阀孔气速，m/s2.8031.4492.8542.6225.146空塔动能因数，Pa0.51.0110.2760.2320.2861.552阀孔动能因数，Pa0.58.7594.4408.6658.17913.367液流强度，m3/m.h60.77240.93414.21712.16626.190降液管停留时间，S7.24118.64523.31616.63212.424三、影响雾沫夹带的因素(1-1)(1-2)(1-3)(1-4)四Super V1浮阀塔板的压降对于Super V1浮阀(1.5)对于F-1及其它浮阀(1.6)
