乙烯装置急冷油除焦系统的设备改造应用

主要内容：乙烯装置急冷系统是裂解炉和压缩机的连接纽带，其重要作用相当于人体的中枢神经。急冷系统长周期运行与否，制约着装置运行负荷，也直接影响着经济效益。阐述影响急冷油系统长周期运行的主要因素，并着重提出相应的解决及预防措施以及较为实用、简单、前沿的技术应用。

关键词：急冷油；焦粉；过滤器；旋液分离器；吹焦线

0 引言

急冷系统位于乙烯装置的咽喉部位，吸收裂解炉通过裂解原料而产生的高温裂解气，依次经过油冷、水冷工序降温，分离出裂解气中的汽油、轻/重燃料油、水份等，回收其低品位热量，产生裂解炉所需的稀释蒸汽（DS），并保证油、水系统的运行温度。

1 急冷油系统的特殊性

急冷油主要成分是芳香族物质，其中芳烃含量约80%。急冷油的成分也是一种动态组成过程，裂解气源源不断的将急冷油中的重、轻燃料油置换分离出来。这种动态平衡的组成可以有多种状态，同时受着油塔釜温和急冷油循环量的影响。其中最特殊的存在便是急冷油系统中焦粒，他的成因是来自于裂解反应。因原料裂解时的二次反应产生的焦粒随裂解气进入急冷油系统，并进行携带循环。此外芳烃和不饱和烃，在较高的温度下也能自身聚合成为沥青质，一般来讲，急冷油中的沥青质含量应保持接近5%～6%（w.t.）范围内，当沥青质含量达到15%～20 %（w.t.），油系统将会有部分焦质开始析出，和裂解气中的焦粒统称为焦粉颗粒。

由于焦粉这种物质特殊的存在，会给生产装置的工艺流程以及设备带来影响和危害。焦粉的存在也影响着装置的稳定运行，并会在运行末期，成倍的加剧，造成恶性循环，大大缩短装置周期。

2 焦粉对各设备运行状态的影响及除焦手段

2.1 急冷油过滤器

急冷油是通过急冷油泵的升压，用来保证系统内的循环量，在每台急冷油泵的出入口管线上分别设置急冷油过滤器。型式属于篮式过滤器，筒体内设置滤框，滤框内表面通过中心轴安装固定2 套刮刷刮板。外部电机通过齿轮箱带动内部拨叉旋转，进而转动整根轴，刮刷刮板随轴的运动清理滤框上的焦质，最终焦质通过过滤器排放线排出系统。

2.1.1 影响

系统内的焦粉量较大时，会大大降低过滤器的使用寿命。主要有以下两点：①液下轴承磨损。投用后过滤器滤框中的下侧轴承由于与急冷油中焦质、焦粒长期接触，致使轴承容易出现磨损。当推力轴承出现初期磨损后，持续运转的轴会出现下方支撑力减少，导致整根轴存在向下位移，进而加剧推力轴承的磨损，恶性循环，最终推力轴承彻底损坏后，整根轴脱离原位置，轻则导致过滤器失效，重则使拨叉受力过大出现弯曲或裂纹，齿轮箱受力不均磨损，外部对轮出现应力裂纹，电机超载等情况；②过滤器填料密封磨损。填料密封通过使用特定形式的多层盘根进行压紧密封，填料主要由铜环、浸泽四氟的膨胀石墨环构成。由于日常转动，盘根会形成初期磨损，急冷油中焦粉在过滤器搅拌转动时，会窜入到盘根间隙内，造成中期磨损。这样，盘根密封会被一层层耗损穿透，最终介质直接泄漏到外界。

2.1.2 日常的除焦手段及措施

各台急冷油泵的前后过滤器始终保证全部正常投用，起到最初期的除焦目的。增加过滤器本体的排放频次，通过急冷油排放，除去油系统中的焦质。经一些装置的实际经验得出，这确实是一个任重道远的过程，在整个运行周期下，通过一些机泵滤网、地罐的清理状态来评判，其效果是显著的。但即使是长期这样调整，其余设备的损耗仍会出现，如急冷油排放泵等。

2.1.3 除焦的技术应用及设备改造

（1）旋液分离器。旋液分离器的设置就是把急冷油进一步过滤，除去其中更细小的焦粒，得到较为洁净的急冷油进行循环。分离原理是：急冷油从旋液分离器上侧面快速进入设备，急冷油夹杂着焦质在设备内快速旋转，焦质在离心力的作用下贴近设备内壁螺旋下降至分离器底部，而较为洁净的急冷油从顶部出口排出，实现了脱焦工序。通过一些装置实际应用的调研，旋液分离器会加装在急冷油过滤器流程的前面，用以提高除焦效果及效率。

（2）增设并联篮式过滤器。急冷油过滤器的下侧排放线上增设并联的篮式过滤器，这样的改造有利于减轻急冷油排放罐内焦粉的集聚，分担了罐内各排放点的脱焦压力，同时也防止排放量过大造成排放线堵塞的情况。脱焦工序变为日常清理，会起到滴水穿石的效用。

（3）急冷油过滤器改造。急冷油过滤器最容损坏的两个位置，一个是液下轴承，另一个是密封盘根。要想让过滤器始终处于正常的除焦状态，长周期运行必不可少。①液下推力轴承的改造。延长轴承的使用寿命，尤其是推力侧轴承。通过在推力侧轴承下方增设一处滑动支撑，介质进行润滑，来保证整根轴的垂直方向受力。即使当推力轴承出现初期磨损时，也持续保持向上的支撑力，不会造成后续的问题发生，延长轴承的使用寿命，同时调整轴承的间隙配合，减轻焦质的渗入磨损；②斜角固定改造。对整根轴和刮刷刮板增设斜角固定，保证轴在旋转时，减轻侧向剪应力或受力偏差情况，保证整根轴良性运行，延长径向轴承使用寿命；③刮刷刮板改造。经过长期的运转及检修，滤框原始的椭圆度会发生改变，造成滤框部分位置无法被刮刷刮板清理及刮渣，甚至也会出现滤框过盈挤压，造成转动过程中扭矩过大，便会出现电机超载甚至滤网撕裂情况发生。故刮刷刮板可改造为伸缩结构，自适应补偿或收缩，这样可有效的进行刮渣作业，同时也减少由于刮刷刮板损耗后的检修、调整甚至整体更换工作；④密封改造。将填料密封升级为机械密封，并配置外部冲洗。这是由于机械密封属于非接触式密封，密封性及稳定性高。通过机封处的持续冲洗，阻止急冷油夹带焦粉进入密封副，保证运转中的磨损降低至最小，会最大程度的延长过滤器的使用寿命，做到除焦效用最大化。

2.2 急冷油排放泵

急冷油排放泵属于立式长轴液下泵，用于外送地罐内污油。设备随排随启，间断性运转，但由于他的特殊工况，检修频次并不低。

2.2.1 影响

焦粉颗粒对该泵的最大影响就是使用寿命减短，检修频次增加。

（1）叶轮磨损。由于该泵的吸入口处于液下状态，硬质焦粒会伴随急冷油一起被吸入叶轮，并持续摩擦叶轮流道。时间一久，流道处出现减薄漏点，造成机泵外送能力下降。减薄过程又破坏叶轮的原动平衡状态，会使得转子在高速旋转中出现轻微晃动，而转子的晃动便又促使转子和液下轴承之间的磨损。

（2）液下轴承磨损。长时间的运转，造成泵壳盘根出现磨损，且间隙增大，较细的焦粉窜入支撑管内，与液下轴承和对应位置的轴套发生摩擦，造成磨损，液下轴承与轴套间隙增大，导致后续运转过程中轴在轴承内发生晃动，加速磨损。叶轮和液下轴承的磨损会相互影响，相互干扰。

2.2.2 日常的改善手段及措施

使用过程中，急冷油排放前后均要保证机泵液下轴承的冲洗流程畅通，并要根据实际工况提升冲洗油压力，保证冲洗效果。检修安装时，要控制液下滑动轴承和轴套之间的间隙，防止出现间隙大造成振动超标，间隙小造成抱轴等情况。同时叶轮口环间隙也要调整到适合位置，并将口环焊接固定，防止由于个别焦粉卡涩，将口环研磨脱落，引发次生事件。

2.2.3 设备技术改造

（1）轴承数量：减少滑动轴承的跨距，增加滑动轴承的数量，提高抗径向力的冲击。

（2）材质升级：选择正确的滑动轴承和轴承材质，滑动轴承和轴套的材料要耐介质的腐蚀，还需要有足够的抗磨性和硬度，两者之间有一定的硬度差，最好要有一定的自润滑性，比如选择铜基合金作为轴衬或液下滑动轴承的材料。这样的轴承在日常运转中会有较好的耐磨性和导热性。可以较大程度的改观机泵现有运行状态，从而延长机泵使用寿命，减少由于焦粉磨损而造成的故障检修。

2.3 急冷油系统

2.3.1 影响

焦粉会随着急冷油系统运转的时间持续增多。那么过滤器前后的压差必然会持续高，尤其到装置运行末期时，急冷油压力降低，循环量降低，换热效率下降，塔釜温度升高，急冷油中的沥青质析出更加严重，恶性循环。

2.3.2 日常除焦手段及措施

（1）增设急冷油塔和减粘塔的塔釜排放线，通过对两个塔的定期排放，来缓解急冷油系统中焦粉的夹带量。同样以防当系统突发波动等情况出现时，塔釜的焦粉经过扰动纷纷混入急冷油内，造成急冷油压差骤升，压力波动较大，甚至会引起局部管线堵塞的情况出现。

（2）裂解炉烧焦期间，单位时间内提高通风量，延长烧焦时间，并保证烧焦质量，控制焦粉产生的源头。

（3）重质裂解炉SLE 一急冷内管定期水力清焦，同样也可以降低裂解气将焦粉带入急冷系统的量。根据装置运行实际情况，每年清焦1～2 次。

2.3.3 除焦的技术应用及设备改造

对裂解气大阀及阀前短管增设吹焦蒸汽线。裂解炉下线烧焦过程中，裂解气大阀始终处于关闭状态，吹扫烧出的一部分焦粉会在裂解气大阀前短管处堆积，直到裂解炉再次上线后，裂解气大阀打开，该部分焦粉会被直接带入急冷后系统，造成急冷油中的焦渣激增。故为了直接从源头减少焦粉进入急冷系统，在裂解气大阀本体及阀前短管处配出两条中压蒸汽线，在烧焦时，吹焦线投用，将炉管内壁烧焦出的焦粉直接送入烧焦罐。该项改造通过多家同类装置试验，均获得极好的成效。也可以更直观的对比，在乙烷炉配线改造后，减粘塔的重燃料油产品泵清网频次近乎为零，清网检查干净基本无焦粉。事实证明吹焦线是急冷油除焦工作最源头的一步，也是至关重要、不可或缺的一步，为急冷系统长周期运转奠定扎实的基础。

3 结束语

急冷系统的脱焦工作不会是朝发夕至，需要日常做好扎实基础，在装置设备的实际应用上，还需要更前沿的技术支持，达到最佳及最有效的除焦目的。（作者：常亮 中国石油大庆石化公司）