乙烯裝置檢修停工過程中通常會有大量的物料通過火炬燃燒排放，不僅造成物料損失，還會帶來嚴(yán)重的環(huán)保問題。中國石油撫順乙烯充分比較各家乙烯企業(yè)停工方式，結(jié)合裝置自身特點(diǎn)，形成撫順乙烯特有的操作方法，實(shí)現(xiàn)了低排放停工。通過自主創(chuàng)新，在停工前充分設(shè)計(jì)物料回收流程，增加合理的物料回收措施，實(shí)現(xiàn)物料最大限度的回收，達(dá)到最大程度的減排。其中許多操作方法為該裝置首次應(yīng)用，對同類乙烯裝置具有一定的借鑒意義。對停工過程中的經(jīng)驗(yàn)和不足進(jìn)行梳理，為下一次停工檢修積累經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：乙烯裝置 檢修停工 低排放 物料回收
乙烯裝置在煉化一體化生產(chǎn)企業(yè)中地位重要，特點(diǎn)是體量大、流程復(fù)雜、生產(chǎn)單元間聯(lián)系緊密。一般情況下，乙烯裝置的檢修周期為4～5年。如按常規(guī)方法停工，將產(chǎn)生大量氣、液態(tài)物料排放至火炬系統(tǒng)，同時(shí)部分管線和設(shè)備的清理和排放會產(chǎn)生大量污油、污水，不僅造成物料損失，還會污染大氣環(huán)境，引起社會問題。隨著國家環(huán)保管控力度的日益嚴(yán)格，粗放式停工已不能滿足環(huán)保要求。
撫順石化公司80萬t/a乙烯裝置于2012年建成投產(chǎn)，采用Stone&Webster工藝技術(shù)，裝置采用7臺USC-176U 型超選擇性液體裂解爐和1 臺USC-12M氣體爐，急冷油塔、急冷水塔和堿洗塔采用波紋塔盤，裂解氣壓縮采用五段壓縮，第五段與高壓脫丙烷塔組成熱泵系統(tǒng)；乙—丙復(fù)疊制冷，乙烯制冷機(jī)和乙烯塔組成開式熱泵，前脫丙烷前加氫和冷分離HRS熱集成系統(tǒng)等。
裝置投產(chǎn)以來，經(jīng)過首次短暫消缺檢修，生產(chǎn)運(yùn)行基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，2016年乙烯年產(chǎn)量達(dá)到85.36 萬t，創(chuàng)開工以來最好水平。為了解決裝置在高負(fù)荷、長周期運(yùn)行情況下所暴露出的操作難題和生產(chǎn)瓶頸，對工藝操作梳理優(yōu)化，對問題設(shè)備進(jìn)行更換修復(fù)，并對裝置進(jìn)行節(jié)能降耗和原料多樣化的適應(yīng)性改造，撫順乙烯進(jìn)行了第二次停工大檢修。針對此次停工檢修，撫順石化大力踐行綠色、環(huán)保、節(jié)約理念，制定了“氣不上天，油不落地，聲不擾民”的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，撫順乙烯對比國內(nèi)外先進(jìn)的乙烯停工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合裝置自身特點(diǎn)，梳理停工思路和系統(tǒng)間物料回收方法，并針對停工過程中可能出現(xiàn)的問題制定解決措施，為實(shí)現(xiàn)低排放停工奠定了基礎(chǔ)。
1.停工需要解決的問題
1.1 實(shí)現(xiàn)壓縮、分離單元物料最大程度回收
裝置停工過程中壓縮和分離兩個(gè)單元存在大量氣態(tài)和液態(tài)物料，首次停工時(shí)，雖采取了一定的措施，但未能對該部分物料實(shí)現(xiàn)有效回收，是造成火炬排放量較大的主要原因。同時(shí)，在氮?dú)庵脫Q環(huán)節(jié)，受流程復(fù)雜影響，氮?dú)庀牧看螅到y(tǒng)置換進(jìn)度相對緩慢。該次停工如何有效利用裝置現(xiàn)有流程解決上述問題尤為關(guān)鍵。
1.2 優(yōu)化急冷系統(tǒng)停工操作
首次停工時(shí)，受急冷油塔化學(xué)清洗和急冷水油含量較高影響，急冷系統(tǒng)實(shí)際停工節(jié)點(diǎn)對比原計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較大偏離。在化學(xué)清洗操作過程中，出現(xiàn)了外接調(diào)質(zhì)油后減黏效果不佳，長時(shí)間達(dá)不到化學(xué)清洗要求的情況。急冷水系統(tǒng)油含量較高直接制約著裝置污水總排量和下游凈水系統(tǒng)的處理能力，反向制約著裝置停工網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。優(yōu)化解決急冷系統(tǒng)停工難點(diǎn)是保障該次停工順利進(jìn)行的重點(diǎn)工作。
1.3 建立與煉廠連通的瓦斯回收流程
在停工操作中，大部分氣相物料回收至燃料氣供裂解爐燒焦使用，但到后期燃料總管壓力較低時(shí)會出現(xiàn)氣相物料回收困難的情況，一般會選擇將剩余部分泄放至火炬系統(tǒng)。如增加與煉廠連通的低壓瓦斯回收流程，可實(shí)現(xiàn)火炬低排放。
2.停工前準(zhǔn)備
2.1 裂解單元
準(zhǔn)備停工前期，裝置進(jìn)行降負(fù)荷操作，裂解爐（共8臺）按裂解氣總管方向由內(nèi)向外的順序安排裂解爐分批次燒焦，燒焦結(jié)束的裂解爐停爐，以節(jié)省外補(bǔ)天然氣用量。最終保留裂解氣總管兩端的各一臺裂解爐和循環(huán)C2/C3爐運(yùn)行，另外保留兩臺裂解爐處于燒焦?fàn)顟B(tài)（即2運(yùn)行＋2燒焦＋1氣態(tài)狀態(tài)）。在此期間做好超高壓蒸汽、外補(bǔ)燃料氣和蒸汽管網(wǎng)平衡。
2.2 急冷單元
增加急冷油、盤油用戶和管線低點(diǎn)、盲點(diǎn)停工倒空臨時(shí)流程，為系統(tǒng)倒空置換作好準(zhǔn)備。增加急冷油和急冷水塔化學(xué)清洗臨時(shí)流程，為急冷單元停工交出檢修提供條件。增加重油收集罐蒸汽排放臨時(shí)流程，為急冷油塔蒸煮做準(zhǔn)備。增加急冷水用戶和管線高點(diǎn)排油臨時(shí)流程，為完成急冷水系統(tǒng)倒空做準(zhǔn)備。同時(shí)增加工藝水汽提塔補(bǔ)充脫鹽水流程，為工藝水系統(tǒng)單獨(dú)循環(huán)做準(zhǔn)備。急冷系統(tǒng)增加的臨時(shí)流程見表1。
借鑒首次檢修經(jīng)驗(yàn)，急冷系統(tǒng)開工時(shí)利用外引調(diào)質(zhì)油入急冷油塔盤油段和傳熱段進(jìn)行初步循環(huán)時(shí)，由于急冷油黏度和盤油段液位較難控制，故在該次裝置停工前，分別抽出部分急冷油和輕燃料油按一定比例進(jìn)入燃料油儲罐作為調(diào)質(zhì)油儲存，為停工急冷油塔減黏和開工前填充急冷油塔，建立兩級油系統(tǒng)循環(huán)做準(zhǔn)備。分抽急冷油和輕燃料油流程見圖1。
表1 急冷系統(tǒng)增加臨時(shí)流程一覽
2.3 壓縮單元
增加碳二加氫反應(yīng)器熱氮?dú)馓崤R時(shí)流程，即利用干燥器再生流程安全閥連接碳二加氫反應(yīng)器一段安全閥，滿足停工后對反應(yīng)器床層進(jìn)行氮?dú)獯祾吆透邷貧馓岬牟僮鳎瑸樘级託浞磻?yīng)器卸劑、換劑提供條件，熱氮?dú)馓崃鞒桃妶D2。
2.4 分離單元
增加燃料氣至煉廠低壓瓦斯回收流程，即利用裝置現(xiàn)有流程和新增臨時(shí)流程回收高壓氣相物料時(shí)，根據(jù)燃料氣壓力逐步降低外補(bǔ)天然氣用量，實(shí)現(xiàn)回收的氣相物料和外補(bǔ)天然氣切換來穩(wěn)定燃料氣系統(tǒng)供應(yīng)；當(dāng)氣相物料壓力低于0.5 MPa 后改為煉廠低壓瓦斯回收流程，為系統(tǒng)回收物料做準(zhǔn)備。
圖1 急冷油和輕燃料油分抽流程
圖2 碳二加氫反應(yīng)器熱氮?dú)馓崃鞒?/span>
3.停工處理
3.1 裂解單元
兩臺在運(yùn)裂解爐逐臺退料至熱備狀態(tài)，流程改清焦罐方向。最后根據(jù)后續(xù)分離單元循環(huán)乙烷、丙烷情況逐步退出循環(huán)C2/C3爐至燒焦?fàn)顟B(tài)，流程改清焦罐。保證2臺熱備＋2臺燒焦＋C2/C3爐所產(chǎn)生的超高壓蒸汽滿足裂解氣壓縮機(jī)透平運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.2 壓縮和分離單元
裂解氣大閥切出系統(tǒng)后，投用急冷水塔真空保護(hù)流程補(bǔ)入天然氣，裂解氣壓縮機(jī)進(jìn)行天然氣置換，利用天然氣的露點(diǎn)低于裂解氣露點(diǎn)的特性，使系統(tǒng)內(nèi)裂解氣快速冷凝[1]，同時(shí)各段間罐降液位操作，至裂解氣壓縮機(jī)各段間罐無液位運(yùn)轉(zhuǎn)。為保證天然氣進(jìn)入深冷單元的品質(zhì)，堿洗塔繼續(xù)循環(huán)操作。高壓脫丙烷塔及回流罐無液位后切斷壓縮單元與熱分離系統(tǒng)聯(lián)系。建立壓縮單元和冷分離單元天富余部分進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，保持整個(gè)循環(huán)進(jìn)行。
在裂解氣壓縮機(jī)天然氣置換流程的操作中，受天然氣分子量低于裂解氣平均分子量限制，一段時(shí)間后會出現(xiàn)裂解氣壓縮機(jī)一段吸入壓力升高的情況。為保證急冷水塔頂不放火炬而繼續(xù)保持系統(tǒng)置換，需將急冷水塔天然氣真空保護(hù)流程切斷，急冷和壓縮單元流程隔離，改為壓縮機(jī)一段補(bǔ)入氮?dú)饬鞒蹋瑥浹a(bǔ)循環(huán)氣相物料分子量低的不足。此時(shí)壓縮和冷分離單元進(jìn)入氮?dú)庵脫Q環(huán)節(jié)，氮?dú)庵脫Q流程同圖3。隨著氮?dú)庵脫Q循環(huán)時(shí)間的延長，富余氮?dú)夂蜔N類物質(zhì)進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，密切關(guān)注系統(tǒng)中有機(jī)物含量，當(dāng)有機(jī)物含量小于20%后（考慮裝置停工時(shí)間節(jié)點(diǎn)），切斷壓縮和分離單元聯(lián)系，裂解氣壓縮機(jī)停機(jī)，各單元改為獨(dú)立置換。
圖3 壓縮和分離單元聯(lián)合天然氣置換流程
3.3 急冷單元
裂解氣大閥切出系統(tǒng)后，急冷單元繼續(xù)維持操作，待切斷急冷水塔與壓縮單元聯(lián)系后，急冷單元進(jìn)行停工處理。根據(jù)化學(xué)清洗藥劑對油品溫度不低于110℃和油品密度在0.83～0.86 g/mL之間的要求，采取對急冷油循環(huán)反加熱和減黏操作，即利用停工前儲存的部分調(diào)和燃料油反引入塔進(jìn)行兩級油循環(huán)，反復(fù)升、降塔液位的方式調(diào)整油品密度。滿足化學(xué)清洗條件后，降低兩級油循環(huán)液位，接入化學(xué)清洗藥劑，進(jìn)行急冷油塔化學(xué)清洗和置換。急冷油塔化學(xué)清洗流程見圖4。
圖4 急冷單元化學(xué)清洗流程
完成化學(xué)清洗后，急冷油塔停工，切換熱備爐裂解氣大閥入急冷單元，利用熱備蒸汽對急冷油塔進(jìn)行蒸煮，同時(shí)分批次投用急冷油、盤油用戶和管線低點(diǎn)、盲點(diǎn)停工倒空臨時(shí)流程和重油收集罐蒸汽排放臨時(shí)流程，完成急冷油塔和兩級油系統(tǒng)蒸煮、倒空工作。完成急冷油塔蒸煮后，進(jìn)行急冷水塔的化學(xué)清洗和急冷油塔的水淋洗。切斷急冷水和工藝水的聯(lián)系，利用工藝水汽提塔補(bǔ)充脫鹽水流程保證稀釋蒸汽發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行，稀釋蒸汽發(fā)生器投用MS反加熱流程。
在上述過程中，急冷水塔和工藝水系統(tǒng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)，在接收急冷油塔蒸塔部分水蒸汽的同時(shí)，盡可能降低急冷水塔塔釜溫度，使急冷水中夾帶的油類物質(zhì)充分解析出來（適當(dāng)加入破乳劑），在汽油槽中收集送出。急冷油塔蒸塔結(jié)束后，投用急冷水用戶和管線高點(diǎn)排油臨時(shí)流程，間斷性排放解析出的油類物質(zhì)，同時(shí)水塔補(bǔ)入一定量的脫鹽水進(jìn)行水質(zhì)置換，分析急冷水COD＜1 000 μg/g后，急冷水系統(tǒng)停工，倒空急冷水排放至污水系統(tǒng)，滿足急冷水塔化學(xué)清洗要求[2]。
3.4 停工后各單元調(diào)整
降低燃料氣系統(tǒng)壓力，裂解爐保持4 ＋1 燒焦或熱備，充分回收后系統(tǒng)氣相物料進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)。經(jīng)過化學(xué)清洗和蒸煮的急冷單元排空殘留的凝液和水，進(jìn)入氮?dú)獯祾摺⒅脫Q階段。壓縮單元進(jìn)行系統(tǒng)氮?dú)庵脫Q及干燥器、反應(yīng)器的氮?dú)庠偕ぷ鳌７蛛x制冷單元進(jìn)行氣相回收和液相碳三物料回收。
4.液相物料回收
在停工過程中，由于裂解氣壓縮機(jī)增加了天然氣停工環(huán)節(jié)，流程內(nèi)大部分系統(tǒng)完成了破液封操作，對于不在停工置換大流程內(nèi)的乙烯精餾塔、乙烯機(jī)、丙烯機(jī)、丙烯精餾塔、脫乙烷塔、碳三液相加氫反應(yīng)器需單獨(dú)進(jìn)行物料回收。
4.1 碳二液相物料回收
在循環(huán)C2/C3爐至熱備狀態(tài)后，裝置改不合格乙烯產(chǎn)品流程，切斷乙烯精餾塔進(jìn)料。脫乙烷塔改最小回流氣提操作，在保證塔壓力的情況下降低塔釜和回流罐液位。乙烯塔改為汽提操作，乙烯機(jī)進(jìn)行無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，收集各段間罐液相乙烯至乙烯機(jī)冷劑收集罐，通過外送產(chǎn)品泵送至不合格乙烯儲罐，無液位后停外送產(chǎn)品泵，乙烯機(jī)和乙烯塔停工。
4.2 碳三液相物料回收
分離單元停工后，受雙丙烯精餾塔內(nèi)塔盤積液下落和碳三加氫反應(yīng)器不允許排放火炬的限制，造成丙烯精餾塔塔釜滿液位和碳三加氫反應(yīng)器內(nèi)液相物料無法導(dǎo)液的困難。臨時(shí)增加了回收流程，將丙烯精餾塔內(nèi)、丙烯回流系統(tǒng)和碳三加氫反應(yīng)器內(nèi)的碳三液相物料回收至碳三回收泵入口，經(jīng)泵送出至丙烯不合格罐，完成全部碳三液相物料的回收。增加臨時(shí)物料回收流程見圖5。丙烯機(jī)作為最后停工的部分保持低負(fù)荷至無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，通過調(diào)整收集各段間罐液相丙烯至丙烯機(jī)一段罐，通過丙烯回收泵送至丙烯儲罐。
圖5 碳三液相物料回收流程
5.氣相物料回收
5.1 碳二氣相物料回收流程
重新設(shè)計(jì)回收流程，利用乙烯機(jī)和乙烯塔熱泵流程，改循環(huán)乙烷至裂解爐流程為循環(huán)乙烷至燃料氣，首先回收乙烯機(jī)和乙烯塔內(nèi)物料，當(dāng)回收壓力低于冷分離單元壓力后，打開乙烯塔進(jìn)料閥門，建立冷分離單元→脫乙烷塔→乙烯機(jī)→燃料氣流程。
5.2 碳三氣相物料回收流程
為順利完成碳三系統(tǒng)氣相物料的回收，設(shè)定丙烯機(jī)至丙烯塔；碳三加氫反應(yīng)器至丙烯塔流程，通過循環(huán)丙烷至裂解爐流程改變?yōu)檠h(huán)丙烷至燃料氣流程，循環(huán)C2/C3 氣相回收流程見圖6。按先低壓后高壓的順序進(jìn)行回收。受燃料氣系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)消耗量的限制，在進(jìn)行碳三氣相物料回收時(shí)，確保碳二氣相物料回收結(jié)束。
5.3 物料回收統(tǒng)計(jì)
裝置停工后，碳二、碳三系統(tǒng)及兩臺制冷機(jī)組物料回收共計(jì)1 215.67 t，回收情況見表2。
圖6 循環(huán)C2/C3氣相回收流程
表2 物流回收情況
由表2 可以看出，通過實(shí)施物料回收措施，增產(chǎn)了乙烯和丙烯產(chǎn)品，將部分氣相物料回收至燃料氣系統(tǒng)，降低了燃料氣的外補(bǔ)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碳三及以下物料的火炬零排放。
5.4 對比分析
此次停工根據(jù)裝置工藝流程的特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化與細(xì)化，裂解氣壓縮機(jī)實(shí)施天然氣、氮?dú)忏暯哟笱h(huán)停車法，壓縮和分離系統(tǒng)內(nèi)液相物料實(shí)現(xiàn)全部回收，氣相物料絕大部分作為燃料氣回收至裝置燃料氣系統(tǒng)和煉廠瓦斯氣，少量（氮?dú)夂臀锪希庀嗷旌衔镞M(jìn)入火炬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了火炬低排放控制，同時(shí)壓縮、分離單元聯(lián)合置換使氮?dú)庀牧看蠓档汀?/span>
與首次停工檢修相比，火炬排放量大幅降低，兩次停工檢修物料排放情況對比見表3。
與首次停工檢修相比，烴類物質(zhì)的回收量顯著提高，該次烴類排放量222 t，比首次停工降低1 713 t，在準(zhǔn)備停工退出第一臺裂解爐后的48 h內(nèi)，首次停工火炬排放平均值為41 t/h，而該次停工僅為5.6 t/h，平均減排35.4 t/h。
表3 該次停工期間與首次停工物料排放比較
6.該次停工存在的不足之處
6.1 污水產(chǎn)生量過大
該次停工污水量產(chǎn)生較大，增加了下游污水處理裝置的負(fù)荷和停工時(shí)間，原因是急冷系統(tǒng)蒸塔產(chǎn)生大量含油廢水、急冷水乳化變質(zhì)等。通過查閱相關(guān)資料，乙烯裝置停工期間，急冷系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水約占整個(gè)廢水量的70%，處理停工廢水的費(fèi)用約占總停工費(fèi)用的13%，可見，控制合理產(chǎn)生廢水量是制約乙烯裝置停工檢修的重要環(huán)節(jié)[3]。根據(jù)部分同行業(yè)介紹，在企業(yè)條件允許的情況下，對停工檢修產(chǎn)生的廢水進(jìn)行閑置儲罐轉(zhuǎn)存，待開工期間回引至裝置，可有效減少排污問題和縮短停工時(shí)間，在目前國內(nèi)乙烯裝置停工檢修安全環(huán)保壓力突出的情況下，此方法尤為可行。
6.2 原料回收方案不完善
停工過程中，裂解爐退料結(jié)束后，由于沒有充分考慮到裝置界區(qū)到裂解爐進(jìn)料閥之間管線、設(shè)備內(nèi)的原料回收問題，被迫采取了長時(shí)間、小流量泄放至火炬的方式進(jìn)行處理，造成一定程度的損失。針對此問題在后續(xù)的同行交流和調(diào)研中，總結(jié)了以下幾種較好的處理方法，為以后裝置檢修停工開拓思路：①通過注水方式將原料返注回原料儲罐；②增加吹掃蒸汽，按流程方向掃線進(jìn)裂解爐；③在該系統(tǒng)無檢修項(xiàng)目時(shí)，對系統(tǒng)加盲板封存。
7.結(jié)論
通過優(yōu)化停工方案，合理設(shè)計(jì)物料回收流程，驗(yàn)證了撫順乙烯低排放停工的可行性，實(shí)現(xiàn)大部分物料有效回收。首次運(yùn)用裂解爐退料后裂解氣壓縮機(jī)天然氣運(yùn)行和氮?dú)膺\(yùn)行相結(jié)合的操作模式完成壓縮和分離單元停工；提出分階段、多系統(tǒng)、大流程的置換方法節(jié)省氮?dú)狻⒖s短時(shí)間，均取得了較好效果，為完善下一次裝置檢修停工方案提供了重要依據(jù)。但此次停工過程中仍然存在系統(tǒng)不完善、污水排放量大、原料未能有效回收、操作經(jīng)驗(yàn)不足等問題，需要后續(xù)總結(jié)和改進(jìn)。
作者：王志華 （中國石化金陵分公司）
