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加氫裝置——重點部位設備說明及危險因素、防范措施!

作者:管理員 發布時間:2019-09-18 04:15 點擊數:

一、重點部位及設備


1重點部位


 


1.加熱爐及反應器區


加氫裝置的加熱爐及反應器區布置有加氫反應加熱爐、分餾部分加熱爐、加氫反應加熱器、高壓換熱器等設備,其中大部分設備為高壓設備,介質溫度比較高,而且加熱爐又有明火,因此,該區域潛在的危險性比較大,主要危險為火災、爆炸是安全上重點防范的區域。


2.高壓分離器及高壓空冷區


高壓分離器及高壓空冷區內有高壓分離器及高壓空冷器,若高壓分離器的液位控制不好,就會出現嚴重問題。主要危險為火災、爆炸和H2S中毒,因此該區域是安全上重點防范的區域。


3.加氫壓縮機廠房


加氫壓縮機廠房內布置有循環氫壓縮機、氫氣增壓機,該區域為臨氫環境,氫氣的壓力較高,而且壓縮機為動設備,出現故障的機率較大,因此,該區域潛在的危險性比較大,主要危險為火災、爆炸中毒,是安全上重點防范的區域。


4.分餾塔區


分餾塔區的設備數量較多,介質多為易燃、易爆物料,高溫熱油泵是應重點防范的設備,高溫熱油一旦發生泄漏,就可能引起火災事故,分餾塔區內有大量的燃料氣、液態烴及油品,如發生事故,后果將十分嚴重,此外,脫丁烷塔及其干氣、液化氣中H2S濃度高,有中毒危險,因此該區域也是安全上重點防范的區域。


2主要設備


 


1.加氫反應器


加氫反應器多為固定床反應器,加氫反應屬于氣-液-固三相涓流床反應,加氫反應器分冷壁反應器和熱壁反應器兩種:冷壁反應器內有隔熱襯里,反應器材質等級較低;熱壁反應器沒有隔熱襯里,而是采用雙層堆焊襯里,材質多為2×1/4Cr-1Mo。加氫反應器內的催化劑需分層裝填,中間使用急冷氫,因此加氫反應器的結構復雜,反應器入口設有擴散器,內有進料分配盤、集垢籃筐、催化劑支承盤、冷氫管、冷氫箱、再分配盤、出口集油器等內構件。


加氫反應器的操作條件為高溫、高壓、臨氫,操作條件苛刻,是加氫裝置最重要的設備之一。


2.高壓換熱器


反應器出料溫度較高,具有很高熱焓,應盡可能回收這部分熱量,因此加氫裝置都設有高壓換熱器,用于反應器出料與原料油及循環氫換熱。現在的高壓換熱器多為U型管式雙殼程換熱器,該種換熱器可以實現純逆流換熱,提高換熱效率,減小高壓換熱器的面積。管箱多用螺紋鎖緊式端蓋,其優點是結構緊湊、密封性好、便于拆裝。


高壓換熱器的操作條件為高溫、高壓、臨氫,靜密封點較多,易出現泄漏,是加氫裝置的重要設備。


3.高壓空冷


高壓空冷的操作條件為高壓、臨氫,是加氫裝置的重要設備,我國華北地區某煉油廠中壓加氫裂化裝置,高壓空冷兩次出現泄漏,使裝置被迫停工處理,因此,高壓空冷的設計、制造及使用也應引起重視。


4.高壓分離器


高壓分離器的工藝作用是進行氣-油-水三相分離,高壓分離器的操作條件為高壓、臨氫,操作溫度不高,在水和硫化氫存在的條件下,物料的腐蝕性增強,在使用時應引起足夠重視。另外,加氫裝置高壓分離器的液位非常重要,如控制不好將產生嚴重后果,液位過高,液體易帶進循環氫壓縮機,損壞壓縮機,液位過低,易發生高壓竄低壓事故,大量循環氫迅速進入低壓分離器,此時,如果低壓分離器的安全閥打不開或泄放量不夠,將發生嚴重事故。因此,從安全角度講高壓分離器是很重要的設備。


5.反應加熱爐


加氫反應加熱爐的操作條件為高溫、高壓、臨氫,而且有明火,操作條件非常苛刻,是加氫裝置的重要設備。加氫反應加熱爐爐管材質一般為高Cr、Ni的合金鋼,如TP347。


加氫反應加熱爐的爐型多為純輻射室雙面輻射加熱爐,這樣設計的目的是為了增加輻射管的熱強度,減小爐管的長度和彎頭數,以減少爐管用量,降低系統壓降。為回收煙氣余熱,提高加熱爐熱效率,加氫反應加熱爐一般設余熱鍋爐系統。


6.新氫壓縮機


新氫壓縮機的作用就是將原料氫氣增壓送入反應系統,這種壓縮機一般進出口的壓差較大,流量相對較小,多采用往復式壓縮機。


往復式壓縮機的每級壓縮比一般為2-3.5,根據氫氣氣源壓力及反應系統壓力,一般采用2~3級壓縮。


往復式壓縮機的多數部件為往復運動部件,氣流流動有脈沖性,因此往復式壓縮機不能長周期運行,多設有備機。


往復式壓縮機一般用電動機驅動,通過剛性聯軸器連接,電動機的功率較大、轉速較低,多采用同步電機。


7.循環氫壓縮機


循環氫壓縮機的作用是為加氫反應提供循環氫。循環氫壓縮機是加氫裝置的“心臟”。如果循環氫壓縮機停運,加氫裝置只能緊急泄壓停工。


循環氫壓縮機在系統中是循環做功,其出人口壓差一般不大,流量相對較大,一般使用離心式壓縮機。由于循環氫的分子量較小,單級葉輪的能量頭較小,所以循環氫壓縮機一般轉速較高(8000-10000r/min),級數較多(6~8級)。


循環氫壓縮機除軸承和軸端密封外,幾乎無相對摩擦部件,而且壓縮機的密封多采用干氣式密封和浮環密封,再加上完善的儀表監測、診斷系統,所以,循環氫壓縮機一般能長周期運行,無需使用備機。


循環氫壓縮機多采用汽輪機驅動,這是因為蒸汽汽輪機的轉速較高,而且其轉速具有可調節性。


8.自動反沖洗過濾器


加氫原料中含有機械雜質,如不除去,就會沉積在反應器頂部,使反應器壓差過大而被迫停工,縮短裝置運行周期。因此,加氫原料需要進行過濾,現在多采用自動反沖洗過濾器。


自動反沖洗過濾器內設約翰遜過濾網,過濾網可以過濾掉≥25/1m的固體雜質顆粒,當過濾器進出口壓差大于設定值(0.1~0.18MPa)時,啟動反沖洗機構,進行反沖洗,沖洗掉過濾器上的雜質。


二、危險因素及其防范措施

 


1開停工時的危險因素及其防范措施


1.開工時的危險因素及其防范措施


(1)加氫反應系統干燥、烘爐


加氫裝置反應系統干燥、烘爐的目的是除去反應系統內的水分,脫除加熱爐耐火材料中的自然水和結晶水,燒結耐火材料,增加耐火材料的強度和使用壽命。加熱爐煤爐時,裝置需引進燃料氣,在引燃料氣前應認真做好瓦斯的氣密及隔離工作,一般要求燃料氣中氧含量要小于1.0%。防止瓦斯泄漏及竄至其他系統。加熱爐點火要徹底用蒸汽吹掃爐膛,其中不能殘余易燃氣體。加熱爐烘爐時應嚴格按烘爐曲線升溫、降溫,避免升溫過快,耐火材料中的水分迅速蒸發而導致爐墻倒塌。


(2)加氫反應器催化劑裝填


催化劑裝填應嚴格按催化劑裝填方案進行,催化劑裝填的好壞對加氫裝置的運行情況及運行周期有重要影響。催化劑裝填前應認真檢查反應器及其內構件,檢查催化劑的粉塵情況,決定催化劑是否需要過篩。催化劑裝填最好選擇在干燥晴朗的天氣進行,保證催化劑裝填均勻,否則在開工時反應器內會出現偏流或“熱點”,影響裝置正常運行。催化劑裝填時工作人員須要進入反應器工作,因此,要特別注意工作人員勞動保護及安全問題,需要穿勞動保護服裝,帶能供氧氣或空氣的呼吸面罩,進反應器工作人員不能帶其他雜物,以防止異物落入反應器內(一般催化劑裝填由專業公司專業人員進行)。


(3)加氫反應系統置換


加氫反應系統置換分為兩個階段,即空氣環境置換為氮氣環境、氮氣環境置換為氫氣環境。在空氣環境置換為氮氣環境時需要注意,置換完成后系統氧含量應<1%,否則系統引入氫氣時易發生危險;在氮氣環境置換為氫氣環境時應注意,使系統內氣體有一個適宜的平均分子量,以保證循環氫壓縮機在較適宜的工況下運行,一般氫氣純度為85%較為適宜。


(4)加氫反應系統氣密


加氫反應系統氣密是加氫裝置開工階段一項非常重要的工作,氣密工作的主要目的是查找漏點,消除裝置隱患,保證裝置安全運行。加氫反應系統的氣密工作分為不同壓力等級進行,低壓氣密階段所用的介質為氮氣,氮氣氣密合格后用氫氣作低壓氣密。由于加氫反應器材質具有冷脆性,一般要求系統壓力大于2.0MPa時,反應器器壁溫度不小于100℃,所以,氫氣2.0MPa氣密通過以后,首先開啟循環氫壓縮機,反應加熱爐點火,系統升溫,當反應器器壁溫度大于100℃后,系統升壓,作高壓階段氣密。


(5)分餾系統冷油運


分餾系統冷油運的目的是檢查分餾系統機泵、儀表等設備情況,分餾系統冷油運應注意工藝流程改動正確,做到不跑油、不竄油。


(6)分餾系統熱油運


分餾系統熱油運的目的是檢查分餾系統設備熱態運行狀況,為接收反應生成油作好準備。分餾系統升溫到100~C左右時應注意系統切水,防止泵抽空。升溫到250℃左右時應進行熱緊。


(7)加氫反應系統升溫、升壓


加氫反應系統升溫、升壓時應按要求的升溫、升壓速度進行,一般要求系統升溫速度為20℃幾左右,系統升壓速度不大于1.5MPa/h。如升溫、升壓速度過快易造成系統泄漏。


(8)加氫催化劑的硫化、鈍化


加氫反應催化劑在開工前為氧化態,氧化態催化劑沒有加氫活性,因此,催化劑需要進行硫化。催化劑硫化的方法有濕法硫化、干法硫化兩種方法,常用的硫化劑有二硫化碳、DMDS,催化劑進行硫化時系統的H2S濃度很高,有時高達1%以上,因此,要特別注意硫化氫中毒問題。


新硫化的加氫裂化催化劑具有很高的加氫裂化活性,為抑制這種活性,需要對加氫裂化催化劑進行鈍化。鈍化劑為無水液氨。加氫裂化催化劑進行鈍化時應注意維持系統中硫化氫濃度不小于0.05%。


(9)加氫反應系統逐步切換成原料油


加氫催化劑的硫化、鈍化過程完成后,加氫反應系統的低氮油需要逐步切換成原料油,切換步驟應按開工方案要求的步驟進行。切換過程中應密切注意加氫反應器床層溫升的變化情況。


(10)裝置操作調整


加氫反應系統原料切換步驟完成之后,應進一步調整裝置的工藝操作,使產品質量合格,從而完成開工過程。


2停工時的危險因素及其防范措施


 

(1)反應系統降溫、降量


加氫裝置停工首先反應系統降溫、降量。在此過程中應遵循先降溫后降量的原則。反應系統進料量降低,空速減小,加氫反應器溫升增加,易出現反應“飛溫”現象。所謂“飛溫”就是反應器溫度迅速上升,以致不可控制的現象。


(2)用低疑點原料置換整個系統


加氫裝置的原料油一般較重,凝點較高,在停工時易凝結在催化劑、管線及設備當中。為避免上述情況出現,在停工前應用低疑點油置換系統,所用的低凝點油一般為常二線油。


(3)停反應原料泵


切斷反應進料時,應注意反應器溫度應適宜,使裂化反應器無明顯溫升。


(4)反應系統循環帶油及熱氫氣提


切斷反應進料后,反應加熱爐升溫,用熱循環氫帶出催化劑中的存油,熱氫氣提的溫度應根據催化劑的要求確定,一般為枷℃左右,熱氫氣提的溫度不能過高,以避免催化劑被熱氫還原。


(5)反應系統降溫、降壓


加氫反應系統按要求的速度降溫、降壓。


(6)反應系統N:置換


反應系統用N,置換成N:環境,使系統的氫烴濃度<1%。


(7)卸催化劑


使用過的含碳催化劑在空氣中易發生自燃,反應器是在N2氣環境下進行卸催化劑作業,必須由專業的卸劑公司人員進反應器進行卸劑,因此,在卸催化劑裝桶應使用N:或干冰保護催化劑,避免催化劑自燃。


(8)加氫設備的清洗及防腐


加氫裝置高壓部分的設備及部件,在停工后應用堿液進行清洗,以避免在接觸空氣后發生腐蝕,損壞設備。另外,高硫系統的設備主要是后處理部分在打開前應用水進行沖洗,以避免硫化鐵在空氣中自燃。


(9)裝置退油及吹掃


加氫裝置停工,應將裝置內的存油退出并吹掃干凈,保證不留死角。


(10)輔助系統的處理


加氫裝置停工后將裝置的火炬系統、地下污水系統等輔助系統處理干凈,并加盲板使裝置與系統防腐以使裝置達到檢修條件。


3正常生產時的危險因素及其防范措施


1.遵守“先降溫后降量”的原則


加氫裝置正常操作調整時必須遵守“先降溫后降量”、“先提量后提溫”的原則,防止“飛溫”事故的發生。


2.反應溫度的控制


加氫裝置的反應溫度是最重要的控制參數,必須嚴格按工藝技術指標控制加氫反應溫度及各床層溫升。


3.高壓分離器液位控制


高壓分離器液位是加氫裝置非常重要的工藝控制參數,如液位過高易循環氫帶液,損壞循環氫壓縮機;如液位過低易出現高壓竄低壓事故,造成低壓部分設備毀壞,油品和可燃氣體泄漏,以至更為嚴重的后果。因此應嚴格控制高壓分離器液位,經常校驗液位儀表的準確性。


4.反應系統壓力控制


加氫裝置反應系統壓力是重要的工藝控制參數,反應壓力影響氫分壓,對加氫反應有直接的影響,影響加氫裝置反應系統壓力的因素很多,應選擇經濟、合理、方便的控制方案對反應系統的壓力進行控制。


5.循環氫純度的控制


循環氫純度影響氫分壓,對加氫反應有直接的影響,是加氫裝置重要的工藝控制參數,影響循環氫純度的因素很多,催化劑的性質、原料油的性質、反應溫度、壓力、新氫純度、尾氫排放量等因素都影響循環氫純度,其中可操作條件為尾氫排放量。加大尾氫排放,循環氫純度增加;減小尾氫排放循環氫純度降低。


循環氫純度高,氫分壓就會較高,有利于加氫反應進行,但是,高循環氫純度是以大量排放尾氫、增加物耗為代價的;循環氫純度低,氫分壓就會較低,不利于加氫反應進行,而且,循環氫純度低時,循環氫平均分子量大,在循環氫壓縮機轉速不變的情況下,系統壓差就會增加,循環氫壓縮機的動力消耗也會增加。因此,循環氫純度要控制適當。


6.加熱爐的控制


加熱爐是加氫裝置的重要設備,加熱爐的使用應引起重視。加熱爐各路流量應保持均勻,并且不低于規定的值,防止爐管結焦;保持加熱爐各火嘴燃燒均勻,盡量使爐堂內各點溫度均勻;控制加熱爐各點溫度不超溫;保持加熱爐燃燒狀態良好。


7.閉燈檢查


加氫裝置系統壓力高,而且介質為氫氣,容易發生泄漏,高壓氫氣發生泄漏時容易著火,氫氣火焰一般為淡藍色,白天不易發現,在夜間閉上燈后,很容易發現這種氫氣漏點。因此,定期進行這種夜間閉燈檢查,對發現漏點,將事故消滅在萌芽狀態,保證裝置安全穩定運行具有重要意義。


8.裝置防凍凝問題


加氫裝置的原料一般較重,凝點較高,通常在20-30℃,容易發生凍凝。如發生凍凝事故,不但影響裝置穩定生產,還容易引發安全生產事故,因此,加氫裝置的防凍凝問題應引起足夠重視。


9.循環氫壓縮防喘振問題


加氫裝置的循環氫壓縮機多為離心式壓縮機,離心式壓縮機存在喘振問題,因此,在操作中應保持壓縮機在正常工況下運行,避免壓縮機出現喘振。


10.原料質量的控制


加氫裝置的原料性質,對加氫裝置的操作有重要影響,必須嚴格控制。一般控制原料的干點在規定的范圍內,Fe不大于1×10-6,如鐵含量高,反應器壓差增加過快,裝置不能長周期運行。N 不大于1×10-6,N低于規定的值,原料沒有明水。


11.防硫化氫中毒


加氫裝置的原料中含有硫,這些硫在加氫后變為硫化氫,并在脫丁烷塔塔頂及脫硫部分富集,形成高濃度的硫化氫。硫化氫的毒性很強,允許最高濃度為10mg/m3。因此,加氫車間必須注重防硫化氫中毒問題,在高硫區域內進行切液、采樣等操作時尤其注意,要求帶防毒面具并有人監護。


12.時刻保持冷氫線暢通


加氫裝置的急冷氫是控制加氫反應器床層溫度的重要手段,它對抑制反應溫升具有重要作用。高凝點油有時倒竄人冷氫線內凝結,堵塞冷氫線,如有這種情況發生將十分危險,因此,操作過程中要時刻保持冷氫線暢通。


13.密切注意熱油泵及輕烴泵的運行狀況


加氫裝置的一些熱油泵運行溫度較高,高于油品的自燃點,若有泄漏,易發生火災事故。因此,在操作時要注意熱油泵的運行狀態,注意泵體、密封等處有無泄漏,如有泄漏應立即處理。


加氫裝置內存有大量的輕烴,如發生泄漏,會引發重大事故。因此,對輕烴泵的運行狀況也要引起足夠重視。


4解決加氫裝置腐蝕問題


設備腐蝕加氫裝置高溫、高壓、臨氫、系統內存在H2S、NH3,因此,加氫裝置的腐蝕問題也應引起重視,解決加氫裝置腐蝕問題的主要方法是合理選材,在使用時加強監視與檢測。


1.高溫氫腐蝕


氫氣在常溫下對普通碳鋼沒有腐蝕,但是在高溫、高壓下則會產生腐蝕,使材料的機械強度和塑性降低。


高溫氫腐蝕的機理為氫氣與材料中的碳反應生成甲烷,使材料的機械強度和塑性降低,形成的甲烷在鋼材的晶間積聚,使材料產生很大的內應力或產生鼓泡、裂紋。至于在什么條件下產生腐蝕,則根據Nels。n曲線確定。


為避免高溫氫腐蝕,加氫裝置高溫、高壓、臨氫部分的設備、管線多采用合金鋼或不銹鋼。


2.氫脆


氫原子滲入鋼材后,使鋼材晶粒中原子結合力降低,造成材料的延展性、韌性下降,這種現象稱為氫脆。這種氫脆是可逆的,當氫氣從材料中溢出后,材料的力學性能就能恢復。


氫脆的危害主要出現在加氫裝置的停工階段,裝置停工階段,系統溫度、壓力下降,氫氣在材料中的溶解度下降,由于氫氣溢出的速度很慢,這時材料中的氫氣處于過飽和狀態,當溫度冷卻到150℃時,大量的過飽和氫氣會聚積到材料的缺陷處,如裂紋的前端,引起裂紋擴展。


所以加氫裝置停工時降溫、降壓的速度應進行適當的控制,進行脫氫處理。


3.高溫H2S腐蝕


高溫H2S腐蝕主要發生在反應系統高溫部分,高溫H2S腐蝕表現為與H2共同作用,氫氣的存在加強了H2S的腐蝕作用,同時,H2S的存在也加強了氫氣的腐蝕作用。該種腐蝕的防治方法是選擇抗H2S腐蝕材質。


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