关键词 | 乙烯装置 平稳操作
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导 读
乙烯装置的原料通常为石脑油、轻柴油、凝析油、加氢尾油、饱和液化气、芳烃抽余油等，中间产品和最终产品有氢气、甲烷、乙烯、丙烯、混合碳四、粗裂解汽油、燃料气等，均为易燃易爆介质。乙烯装置流程长、设备多、工艺较为复杂，因此危险性较高。随着加工原油的重质化、劣质化，乙烯原料也呈现劣质化趋势，腐蚀、结垢、泄漏及老化等诸多问题，是影响乙烯裂解装置长周期安全运行的主要因素。
乙烯装置基本流程
某乙烯装置采用前脱丙烷前加氢技术，由急冷单元、压缩单元、冷分离单元、热分离单元、制冷单元等组成。装置年操作时间为8000h，年生产能力为100×104t聚合级乙烯和50×104t聚合级丙烯，同时副产氢气、混合碳四、粗裂解汽油、裂解燃料油等。该分离技术充分考虑了能量的合理利用，降低了装置投资。
乙烯装置的本质安全设计与操作
前脱丙烷前加氢的乙烯装置中急冷单元、压缩单元和其他流程的乙烯装置差别不大，重点对该装置的高压脱丙烷塔、碳二前加氢系统、前冷系统、脱乙烷塔、甲烷化系统、乙烯精馏塔、丙烯精馏系统和脱丁烷塔系统的本质安全设计与操作进行具体说明。
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高压脱丙烷塔
高压脱丙烷塔压力是保证塔达到设计分离效果的基础条件，也是裂解气压缩机五段的进口压力。压力过低会造成压缩机功耗增加，塔顶碳四含量升高，对碳二加氢系统产生危害；压力过高会使塔温度升高，使碳四及以上不饱和烃发生聚合，使再沸器结垢堵塞。具体控制方式是利用高压脱丙烷塔进出料换热器将进料温度控制在-7℃，稳定裂解气压缩机的操作，将压缩机五段入口压力稳定在1.43MPa左右。
在正常操作中，易出现塔压过低，塔顶碳四含量超标的情况。发生的主要原因是塔顶压力降低、回流量偏小或灵敏板温度过高。此时的解决措施通常是调整裂解气压缩机转速和塔釜加热量以控制塔压、加大回流量或降低灵敏板温度。
精馏塔灵敏板温度是控制精馏操作的重要手段。灵敏板温度的升高，容易造成塔顶碳四含量超标，影响碳二加氢系统，同时造成塔釜温度升高，加快再沸器结焦；灵敏板温度降低容易造成塔釜碳二超标。灵敏板温度过高时，要尽快调整灵敏板温度在正常值，恢复塔顶碳四在正常工艺指标之内，同时要密切注意碳二加氢床层温度的变化，严防碳二加氢出炔、漏炔。灵敏板温度过低会造成塔釜碳二馏分进入低压脱丙烷塔，造成低压脱丙烷塔压力过高并影响塔的正常操作，此时要及时协调各岗位，减少盘油在各用户的使用量，优先保证高压脱丙烷塔釜加热。
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碳二前加氢系统
碳二加氢反应器操作中，入口温度过高会造成催化剂活性过高，但是会降低催化剂的选择性，可能会造成反应器的飞温；温度过低会使催化剂的活性低，造成反应器出口乙炔含量超标，从而影响到乙烯产品的质量。通常通过两个反向操作的温度控制阀分程控制碳二加氢反应器的进口温度。
在正常操作中，易出现一些影响因素使脱甲烷塔的操作偏离正常运行参数。具体影响因素和调整方法如下：
a) 低压蒸汽压力高，会使催化剂活性升高，选择性降低，床层温度升高。需要缓慢关小蒸汽调节阀的开度，并联系相关岗位稳定低压蒸汽压力；
b) 裂解深度发生变化，会使一氧化碳及乙炔含量增加，降低催化剂的活性。此时需联系炉区岗位稳定裂解深度；
c) 炉区投油量发生变化。此时需联系炉区岗位稳定投油量，根据负荷大小调整入口温度。
碳二加氢系统最常出现的操作异常现象是漏炔和飞温。漏炔会影响乙烯产品的质量，使乙烯产品不合格；而飞温则会严重危害装置的安全性。由于物料中氢气处于过量状态，如果床层空速低，乙炔反应放出的热量无法全部被带走，则存在飞温的风险。此外，由于反应器处于裂解气压缩机的五段出口，所以裂解气压缩机的操作波动也会直接影响反应器的稳定。一旦裂解气压缩机发生跳车，反应器进料中断，必须随之跳车，否则也会发生飞温。物料中的碳四含量对于反应器的稳定操作非常重要，一旦过多碳四进入反应器，将会发生飞温，因此要严格控制高压脱丙烷塔顶物料中的碳四含量。
若飞温得不到及时的处理，会使物质在催化剂的作用下发生分解反应，继续放热，当温度足够高且停留时间足够长时，又发生非接触放热反应，引起分解爆炸。因此这两种异常情况是在正常生产操作中要密切关注的。
为保证碳二加氢反应器的安全运行，通常设置SD-1和SD-2两个安全联锁措施。当反应器床层、进口温度、出口温度的任一温差超过60℃时触发SD-1联锁，此时联锁关闭进料加热器的工艺侧阀门、打开进料冷却器的工艺阀门，同时关闭出料冷却器旁路的阀门、打开出料冷却器的工艺侧阀门，使裂解气进行最大冷态的操作。如果反应器温度进一步升高，当反应器床层、进口温度、出口温度的任一点温度超过180℃时触发SD-2联锁，此时完全切断反应器的进出料阀门，同时将物料泄放至火炬以确保装置的本质安全。
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前冷系统
甲烷-氢分离是利用低温，使裂解气中除甲烷氢外的各组分全部液化，然后将不凝气体甲烷-氢分出，此操作在脱甲烷塔内进行。前冷系统也称之为前脱氢，此时冷箱在脱甲烷塔之前。
前冷系统的操作关键是掌握好压力降，建立压力降等级时，要注意处理好各系统之间的关系。另外，脱甲烷塔的顶温在-99℃以下是保证甲烷产品合格的关键，预脱甲烷塔和脱甲烷塔的设计采用自身回流，回流量的大小控制，是通过控制预脱甲烷塔顶冷凝器、脱甲烷塔顶冷凝器的冷剂量来进行。
前冷各系统设计的甲醇注入点，是在系统进料带水，使塔盘、管线、阀门出现冻堵时使用。此时会造成冷箱系统压差过大，温度分布异常。注入甲醇后需在低点排甲醇，以免带入下游影响产品质量。此外，还需要及时检查冷箱各入口过滤器的情况并进行必要的清理。
预脱甲烷塔1#进料分离罐的进料温度对预脱甲烷塔和脱甲烷塔的的进料负荷影响很大。温度高时，进入冷箱、HRS系统的负荷将增大，会造成深冷分离效果变差，尾气的乙烯含量增加而造成损失。
脱甲烷塔操作中，塔顶压力也是膨胀机入口压力。压力高会造成甲烷对乙烯的相对挥发度降低，塔釜甲烷含量升高，致使乙烯产品不合格。压力低会使塔顶甲烷中乙烯含量较高，乙烯损失加大，同时塔压的波动还会影响膨胀机的稳定操作。
预脱甲烷塔灵敏板温度过高，容易造成塔顶碳三超标；灵敏板温度偏低容易造成塔釜甲烷超标，最终造成乙烯产品不合格。脱甲烷塔灵敏板温度过高，容易造成塔顶碳二损失超标；灵敏板温度偏低容易造成塔釜甲烷超标，造成乙烯产品不合格。两个塔的灵敏板温度温度偏低时需要加大丙烯的加热量，温度偏高时需要减小丙烯的加热量。
在正常操作中，易出现一些影响因素使脱甲烷塔的操作偏离正常运行参数。具体影响因素和调整方法如下：
a) 根据塔压的升高或降低来调整塔顶冷凝器液位。
b) 装置负荷降低将造成塔压低。此时应考虑停止膨胀机的运行。
c) 塔压快速升高。可能造成的原因是膨胀机转速突然降低、塔顶冷凝器液面过低或是灵敏板温度过高。此时的通常调整方法是调整膨胀机的压控阀提高转速、手动控制冷凝器的液面以稳定液位或排放冷凝器顶部的不凝气。
d) 塔压快速降低。可能造成的原因是膨胀机转速过高或是冷凝器液面过高。此时的通常调整方法是调整膨胀机的压控阀降低转速、手动控制冷凝器的液面以稳定液位或现场检查调节阀是否出现故障。
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脱乙烷塔
脱乙烷塔的正常压力控制通过塔顶压力控制“A”阀调节冷凝器的冷剂量来实现，塔顶回流罐顶部设置压力控制“B”阀，超压时放火炬。“A”阀和“B”阀分程控制。此外，回流罐顶部设置了流量调节阀，将多余的不凝气排至裂解气压缩机系统以防超压。此外，脱乙烷塔顶碳三过多影响到乙烯精馏塔和乙烷炉的操作，必须尽量控制其含量。灵敏板温度串级控制急冷水流量，控制再沸器的加热量。在急冷系统波动时，应密切注意急冷水的温度变化。
在正常操作中，易出现一些影响因素使脱乙烷塔的操作偏离正常运行参数。具体影响因素和调整方法如下：
a) 塔压高。造成的原因主要是进料甲烷含量高、冷剂温度高、冷凝器液位低等，此时的解决方法通常是调整预脱甲烷塔的加热同时排放不凝气至裂解气压缩单元、调整丙烯制冷压缩机、提高液位等。
b) 塔压差高。造成的原因主要是负荷高、回流量大、再沸器加热量大等，此时的解决方法通常是降低负荷、减小回流、调整再沸器加热量。
c) 塔顶甲烷含量超标。造成的原因是预脱甲烷塔釜温度低。此时需要提高预脱甲烷塔釜温并加大脱乙烷塔回流罐不凝气排放。
d) 塔釜乙烷含量超标。造成的原因是急冷水温度低或加热量小、塔压过高造成塔釜加不上热、灵敏板温度低。此时需要提高急冷水温度和加热量、降低塔压、提高灵敏板温度。
e) 塔顶碳三含量超标。造成的原因是回流不够或是灵敏板温度高。此时需要提高回流量使回流比满足要求、降低灵敏板温度至正常值。
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甲烷化系统
甲烷化过程一氧化碳的转化是强放热反应，在反应器内形成温升。实际温升取决于气体中一氧化碳的含量。增加进口温度可补偿催化剂活性的损失，进口温度最大可升高约10℃。在满足产品中一氧化碳规格的前提下，一般进口温度应设定在所允许的最低温度，温度过高会缩短催化剂寿命。物料通过反应器时温度会上升，因此要防止激烈反应，造成飞温，一般来说，在一氧化碳含量过高、粗氢进料乙烯超标时要十分注意操作。
甲烷化出料分离罐的液位太高，气水分离效果变差，过多的水分将进入氢气干燥器，使不能完全脱除的水分进入氢气产品。液位太低，生产波动时氢气将窜进急冷水塔。氢气产品的压力对前冷影响很大，需密切注意压力变化。停炉、负荷降低时，要考虑切断氢气外送。甲烷化系统压力高，因此现场要十分注意泄漏情况，遇有危急情况要果断处理。
在正常操作中，易出现一些影响因素使其偏离正常运行参数。具体影响因素和调整方法如下：
a) 根据反应器入口温度控制器升高或降低来调整温度控制阀的开度，控制蒸汽加热量(人工手动调节或DCS自动调节控制)。
b) 反应器入口一氧化碳含量升高。此时需要联系裂解炉岗位，控制裂解温度，降低反应器入口一氧化碳含量。
c) 反应器入口碳二含量升高。此时应联系冷区，控制冷箱温度，降低反应器入口碳二含量。
d) 当反应温度不论因何种原因高于280℃时，应立即启用切断联锁，停止加热及进出料，同时打开放火炬的阀门。
此外，甲烷化催化剂由于是镍基催化剂，尤其要注意低温时会生成剧毒物羰基镍。因此在开停车、卸出催化剂时应谨慎操作。
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乙烯精馏塔
乙烯精馏塔的灵敏板温度过高，容易造成塔顶乙烯产品中乙烷含量超标；灵敏板温度偏低容易造成塔釜乙烷中乙烯含量增加，造成乙烯损失。灵敏板温度和加热量采用串级控制，回流量根据乙烯塔顶采出量采用比值调节控制。乙烯精馏塔塔顶产品纯度是通过塔顶回流量和塔釜加热量来控制的，该塔和乙烯压缩机构成开式热泵系统，控制比较特殊，正常情况下通过调节塔釜加热量和辅助回流量调整来控制塔顶乙烯中乙烷的含量。
在正常操作中，易出现一些影响因素使其偏离正常运行参数。具体影响因素和调整方法如下：
a) 塔压差高。造成的原因是冻塔、进出料不平衡导致淹塔。通常需要立即注入甲醇解冻、加大塔釜采出和提高裂解深度。
b) 塔压偏低。造成的原因是预脱甲烷塔灵敏板温度高，碳二中碳三含量高、脱乙烷塔灵敏板温度过高或冷剂量偏小、回流量偏小。此时需要调整预脱甲烷塔灵敏板温度至正常、脱乙烷塔灵敏板温度至正常、增加回流量。
c) 乙炔含量高。造成的原因是碳二加氢不合格。此时需要将不合格乙烯改送不合格乙烯储罐，如所有乙烯储罐装满，装置减负荷，多余乙烯从塔顶放火炬，直到产品合格为止。此外，切断进料和乙烷送出停止热泵出口气相乙烯采出，高、低压乙烯由罐区提供。维持热泵循环操作及前系统的正常操作。将脱甲烷塔底产品送入不合格乙烯储罐。
d) 乙烷含量高。造成的原因是回流/采出比小、灵敏板温度设定过高。此时需要减小乙烯送出流量设定调整回流比、降低灵敏板温度。此外，装置在投油或者退炉时进料会出现较大的波动，也会导致乙烷超标。此时应及时根据具体的生产负荷和生产情况调整塔的进料。
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丙烯精馏系统
装置生产丙烯产品将送往下游聚烯烃装置用于生产聚丙烯，聚丙烯的生产对丙烯的纯度要求较高。主要控制回路是塔顶的丙烯产品纯度。一般而言，丙烯精馏塔塔顶丙烯产品纯度需要大于99.60%。通常通过控制丙烯汽提塔的塔釜加热量及丙烯精馏塔的回流量及丙烯精馏塔顶冷凝器等来调节产品纯度。
在正常操作中，易出现一些影响因素使其偏离正常运行参数。具体影响因素和调整方法如下：
a) 塔的回流减小。此时需要根据丙烯产品的采出量，调整回流调节阀，调整回流比。
b) 塔的加热过大。此时需要调整加热量。
c) 塔压过低。此时需要通过减小丙烯精馏塔冷凝器循环水阀门的开度，减少循环水用量来提高塔压。
d) 当发现丙烯精馏塔塔顶丙烯产品纯度降低时，需要立即判断发生的原因并采取必要的解决措施。产品纯度不达标的主要原因有急冷水调节阀失控导致加热量过大，或急冷水的温度突然升高。此时应马上停止将不合格丙烯送往聚丙烯装置，改送至不合格丙烯球罐或放火炬。
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脱丁烷塔系统
脱丁烷塔压力是保证脱丁烷塔达到设计分离效果的基础条件。如果塔压升高，会造成精馏塔两个关键组分相对挥发度降低，所需理论分离板数增加，造成塔顶塔釜产品不合格，如果塔压过低，物料饱和温度降低，会造成塔顶温度降低，严重时塔顶产品不合格。脱丁烷塔系统的塔压一般采用热旁通A阀与排火炬的B阀分程控制方式。
在正常操作中，易出现一些影响因素使其偏离正常运行参数。具体影响因素和调整方法如下：
a) 灵敏板温度高，使碳四产品中碳五含量超标。此时需要降低热媒低压蒸汽量。
b) 塔釜液面过高或过低，使再沸器加热效果不好。此时需要控制塔釜液面维持在50%左右。
c) 塔顶不凝气含量高，使碳四产品中碳三含量超标。此时需要开大不凝气返回阀的开度。
d) 塔压高。可能造成的原因是进料中碳二含量较高或是冷却水温度高/压力低。此时需要调整低压脱丙烷塔的加热量或调整冷却水的进水温度/压力。
e) 塔压差高。可能的原因是塔盘堵塞或塔釜再沸器加热量过大。此时需要停车清理塔盘或调整再沸器加热量。
f) 灵敏板温度低。可能的原因是再沸器结焦严重、再沸器凝液罐排液不畅通或是低压蒸汽压力低。此时需要切断再沸器、检查凝液罐液位控制阀位和凝液总管压力或提高低压蒸汽管网设定压力。
g) 塔釜碳四含量超标。可能的原因是再沸器结焦严重灵敏板温度提不上造成釜温偏低。此时需要切换再沸器进行处理。
h) 正常操作中，当塔顶裂解碳四和塔釜裂解碳五产品不合格时，要及时通知下游装置，同时将不合格产品改送不合格产品罐。同时要查明原因，尽快调整产品合格。
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