1急冷区与裂解炉之间的关系
因急冷系统与裂解炉系统密切相关，其两者关系特点是:裂解炉系统原有8台ABBLUMMUS/SINOPEC联合开发的裂解炉，其中包括7台液体裂解炉:4台轻油炉和3台重油炉，1台气体裂解炉。正常生产时，6台液体裂解炉及1台气体裂解炉运行，1台液体裂解炉作为备用。7台液体裂解炉的裂解气分两条裂解气总管进入汽油分馏塔，而气体炉的裂解气作为裂解燃料油汽提塔即减粘塔的汽提介质。装置界区外来的新鲜裂解原料及分离回收系统的循环乙烷和丙烷经过预热后作为裂解炉进料，急冷系统的急冷油循环去裂解炉区的急冷器冷却裂解炉TLE出来的高温裂解气，稀释蒸汽去裂解炉区与进料烃混合后进入裂解炉。
2急冷系统的改造说明
2．1汽油分馏塔和急冷塔系统
1)汽油分馏塔系统。本次改造裂解炉新增2台裂解炉的裂解气分别并入原有的2根裂解气总管。从裂解炉来的裂解物流进入乙烯装置分离部分急冷系统的龙头，即汽油分馏塔(C15151)，汽油分馏塔是裂解气预分馏系统的主要组成部分，其担负的任务是将裂解气、裂解汽油、裂解柴油及重油进行初步分离［1］。汽油分馏塔和急冷塔系统的工艺流程见图1所示。在汽油分馏塔中裂解气被循环急冷油和盘油进一步冷却，侧线产品－裂解柴油从汽油分馏塔中采出，塔顶物料为汽油和轻组分。不断循环的急冷油将回收的热量用于发生稀释蒸汽，急冷油发生稀释蒸汽后部分去炉区冷却高温裂解气，部分循环回塔。从塔中部抽出的盘油用泵增压后大部分作为热源取热后返回汽油分馏塔，另一部分直接与发生稀释蒸汽后的急冷油混合返回塔的急冷油循环段，塔顶用急冷塔中冷凝的汽油作回流。急冷系统流程模拟难度较大，急冷油、盘油、燃料油的虚拟组分确定一直是难点，本次改造模拟计算急冷系统时根据装置新的裂解气组成和装置实际运转情况，调整了回流汽油、盘油、急冷油循环量，以便控制汽油分馏塔的温度梯度分布和合适的塔釜温度。汽油分馏塔(C15151)原设计为三段填料及15块折流板，根据改造后负荷核算，汽油分馏塔壳体利旧，需要改造内件，因盘油循环量加大，1号BED即盘油循环段不能满足新的负荷要求，需要更换能力更高的填料，下部15块折流板及2号BED、3号BED利旧，3号BED的集油箱底部需要略加改造，增加3根降液管。汽油分馏塔的塔径大，采用填料时塔内液体分布器的设计很重要，因此根据新的液体负荷核算结果更换了部分液体进料口的分布管和液体分布器:号2BED即柴油分离段和3号BED即汽油分离段上方的液体分布器不满足负荷要求，需要更换，回流汽油量加大回流汽油进口即10号管口相接的进料分布管及喷嘴更换，盘油返回口即20号管口相接的进料分布管需要更换，而且20号管口需扩径。原重燃料油汽提塔为没有塔板的旋风分离塔，也称为减粘塔，根据核算结果不满足改造后增大的负荷要求，需要更换新塔(C15161Ｒ)。气体炉(F01101)流出物料与急冷油在进料急冷器(M15161)混合后去重燃料油汽提塔，并切线进入塔，气液及夹带少量焦粒旋风分离，气相回汽油分馏塔。原卧式急冷器结焦堵塞严重，且气体炉改造后能力增加，急冷器不满足要求，因此本次改造更换立式急冷器(M15161Ｒ)，解决结焦堵塞问题和扩大能力。通过用气体炉流出物汽提，大部分沸点在280～330℃的中间馏分被汽提出来返回汽油分馏塔，从而达到控制循环急冷油(简称QO)的粘度，提高汽油分馏塔的塔釜温度目的，当气体炉清焦时，用高压蒸汽替代气体炉流出物汽提减粘。塔下部通入中压蒸汽是为了控制裂解燃料油的闪点，同时降低急冷油的粘度，重质裂解燃料油从塔釜采出。汽油分馏塔优化设计，首先炉区送来进汽油分馏塔的物流为湿式裂解气，即气液混合物，在保证塔釜温的前提下，其温度降得越低，液相中的轻质油组分含量越高，有利于降低塔釜急冷油粘度，还可以使重质燃料油组分减少在高温区停留时间，减轻聚合结焦反应［2］，使得汽油分馏塔的塔釜温度在合理值。通常在炉区的裂解气急冷器喷入急冷油将高温裂解气冷却并部分冷凝，急冷油也部分气化，急冷器出来的裂解物流为气、液混相，同时夹带少量焦粒，温度降低至200～210℃进汽油分馏塔，塔釜温度控制在205℃以下［3］。汽油分馏塔除下段即急冷油循环段用折流板，中段和上段都采用填料塔，其填料段容易结垢，改造设计时考虑优化工艺参数，汽油分馏塔顶部回流汽油量加大，保证填料段的填料润湿以维持气液传质和传热的效率，回流量较低不利于将填料中的焦粒冲洗下来，不足时更容易造成填料内液体分布不均，沟流或干板，加速聚合物形成而结焦堵塞填料。中部热油循环量即循环盘油量加大，有利于将中部填料段的部分热量转移，减弱聚合物形成的热量因素影响，同时也可将一部分聚合物带出塔，减少聚合物堵塞填料的可能性［1］，利用循环盘油热量取代部分低压蒸汽，也有利于节能。汽油分馏塔的塔顶温度一般控制在100～105℃［3］。裂解柴油汽提塔(C15162)根据核算结果，壳体利旧，需要改造更换全部塔板。汽油分馏塔底循环急冷油泵(P15151A－D)按改造后负荷核算需要增加1台，但根据实际泵的运转情况和布置，新增泵(P15151EN)在库房备用没有实施安装。汽油分馏塔中部的盘油循环量增加较大，所以新增1台大循环盘油泵，与原有2台泵互备。急冷油循环泵后急冷油过滤器(SＲ15153A/B)因改造后流量增大，急冷油管道布置限制，确定改造方案是原急冷油过滤器壳体利旧，改造内部，更换滤芯，但实际运行中急冷油过滤器1开1备切换频繁，且因过滤器进出口管道的切断阀尺寸大，焦粒堵塞阀芯，造成切换麻烦，滤芯清理工作量大，对装置长期稳定运行不利，因此需要采取措施改进。比较理想的方案是采用旋液分离器脱除焦粒，但FＲEP乙烯装置目前受多因素限制，难以实施旋液分离器方案，所以采取每台急冷油/稀释蒸汽发生器前加单台过滤器的措施脱除焦粒，保证急冷油循环系统不发生堵塞，急冷油/稀释蒸汽发生器维持较高的传热效率，尽可能多产生稀释蒸汽，以便装置长周期、低能耗运行。重燃料油汽提塔底的燃料油泵(P15161A/B)和裂解柴油汽提塔底的裂解柴油泵(P15162A/B)也根据新的能力要求更换新泵。2)急冷塔系统。从汽油分馏塔来的塔顶气体进入急冷塔(C15171)，急冷塔系统的工艺流程如图2所示。在急冷塔中裂解气与急冷水直接逆流接触得到冷却和部分冷凝。从急冷塔釜分出来的急冷水(简称QW)温度控制在80～85℃，可向各种工艺用户提供低能位热量，急冷水被工艺物流取热后被冷却水进一步冷却，分成两股不同温度的急冷水返回急冷塔顶部和中部。急冷塔的塔顶约41℃气体送入裂解气压缩机系统。急冷塔中冷凝下来的汽油在塔底从循环急冷水和稀释蒸汽冷凝液即工艺水中分离出来，冷凝汽油的大部分返回到汽油分馏塔作为回流，其余汽油送汽油汽提塔。急冷塔中冷凝的稀释蒸汽即工艺水送入工艺水汽提塔系统。急冷塔原设计为3段填料及塔釜油水分离隔板，根据改造后急冷塔的水力学核算结果，急冷塔壳体及塔釜油水分离隔板利旧，1号BED、2号BED、3号BED都需要更换填料。急冷塔径大，液体负荷大，顶部和中部急冷水返回口及塔内液体分布采用分布管、预分布槽和分布盘，根据新的液体负荷核算需要更换2号BED和3号BED上的预分布槽、分布盘，填料床层限位器、支撑板也相应更换。急冷塔底的急冷水泵(P15171A－D)按改造后负荷核算需要增加1台，但根据实际泵的运转情况和布置，新增泵(P15171EN)没有实施安装，新泵在库房备用。回流汽油泵(P15172AＲ/BＲ)根据流量和布置情况，更换新泵。
2．2工艺水汽提及稀释蒸汽汽发生系统
急冷塔(C15171M)塔釜中的工艺水进入工艺水汽提系统，工艺水汽提及稀释蒸汽发生系统的工艺流程如图2所示。工艺水系统原设计没有设置工艺水聚结器对工艺水进行除油，改造新增工艺水聚结器(D15171N)，增加此设备后压力降增加，扩能后管线压力降也增加，原有工艺水泵已不能满足要求，工艺水汽提进料泵(P15173AＲ/BＲ)的改造方案是换能力更大及扬程更高的新泵。工艺水经工艺水汽提塔进料泵增压进入新增的工艺水过滤/聚结器包(D15171N)脱除夹带固体颗粒和除油后送入工艺水汽提塔(C15181M)，工艺水进塔前先用盘油换热器(E15176M)预热，塔底用新增盘油再沸器(E15183N)提供再沸热量，不足部分由低压蒸汽再沸器(E15182)补充，也可低压蒸汽直接进入塔底汽提，脱除酸性气和挥发性烃，工艺水汽提塔塔顶气体送入急冷塔。经核算工艺水汽提塔(C15181)改造方案是将全部塔板更换为70号IMTP填料，增加11号管口进料分布管。工艺水汽提塔塔底出来的工艺水经过泵(P15181AＲ/BＲ)加压后再进入稀释蒸汽发生罐(D15191M)，由循环急冷油和中压蒸汽汽化发生稀释蒸汽，稀释蒸汽罐气液分离负荷增加，需要改造更换高效除沫器。稀释蒸汽发生器产生的稀释蒸汽进入过热器(E15191Ｒ)用中压蒸汽过热后送到炉区，作为裂解炉所需的稀释蒸汽和仪表、阀门的吹扫蒸汽。为了利用稀释蒸汽罐排污水的余热和减轻排污水冷却器(E15196)的热负荷，新增进出料换热器(E15195N)预热部分工艺水，稀释蒸汽发生器排污经冷却到41℃后送出装置界区处理。急冷油/稀释蒸汽再沸器(E15192A～H)因循环急冷油量增加，设备中急冷油压降过大，考虑设备布置限制，增加1台大尺寸的换热器(E15192JN)，中压蒸汽再沸器也根据需要增加2台(E15193CN/DN)。稀释蒸汽过热器因负荷增大而更换(E15191Ｒ)。急冷系统设备改造方案汇总见表1。综上所述，本次FＲEP乙烯装置改造采用了中石化自有的工艺包设计和工程设计，为乙烯装置改造提高生产能力、装置的热量回收效率以及消除瓶颈，提供了强有力的保证。急冷系统改造设计中汽油分馏塔、急冷塔等大塔利用原壳体，通过改造塔内件如采用高效填料等内件，更换分布器等，说明国内特大型乙烯装置的塔内件设计、制造、施工安装、操作运行经验和能力已达到国际先进水平。
作者：雷正香 单位：中国石化工程建设有限公司
