| 加氢装置重点部位设备说明及危险因素、防范措施 干货

作者:陕州应急管理 / 公众号:szqyingjiju 发布时间:2019-09-19

重点部位及设备
1重点部位
1.加热炉及反应器区
加氢装置的加热炉及反应器区布置有加氢反应加热炉、分馏部分加热炉、加氢反应加热器、高压换热器等设备,其中大部分设备为高压设备,介质温度比较高,而且加热炉又有明火,因此,该区域潜在的危险性比较大,主要危险为火灾、爆炸是安全上重点防范的区域。
2.高压分离器及高压空冷区
高压分离器及高压空冷区内有高压分离器及高压空冷器,若高压分离器的液位控制不好,就会出现严重问题。主要危险为火灾、爆炸和H2S中毒,因此该区域是安全上重点防范的区域。
3.加氢压缩机厂房
加氢压缩机厂房内布置有循环氢压缩机、氢气增压机,该区域为临氢环境,氢气的压力较高,而且压缩机为动设备,出现故障的机率较大,因此,该区域潜在的危险性比较大,主要危险为火灾、爆炸中毒,是安全上重点防范的区域。
4.分馏塔区
分馏塔区的设备数量较多,介质多为易燃、易爆物料,高温热油泵是应重点防范的设备,高温热油一旦发生泄漏,就可能引起火灾事故,分馏塔区内有大量的燃料气、液态烃及油品,如发生事故,后果将十分严重,此外,脱丁烷塔及其干气、液化气中H2S浓度高,有中毒危险,因此该区域也是安全上重点防范的区域。
2主要设备
1.加氢反应器
加氢反应器多为固定床反应器,加氢反应属于气-液-固三相涓流床反应,加氢反应器分冷壁反应器和热壁反应器两种:冷壁反应器内有隔热衬里,反应器材质等级较低;热壁反应器没有隔热衬里,而是采用双层堆焊衬里,材质多为2×1/4Cr-1Mo。加氢反应器内的催化剂需分层装填,中间使用急冷氢,因此加氢反应器的结构复杂,反应器入口设有扩散器,内有进料分配盘、集垢篮筐、催化剂支承盘、冷氢管、冷氢箱、再分配盘、出口集油器等内构件。
加氢反应器的操作条件为高温、高压、临氢,操作条件苛刻,是加氢装置最重要的设备之一。
2.高压换热器
反应器出料温度较高,具有很高热焓,应尽可能回收这部分热量,因此加氢装置都设有高压换热器,用于反应器出料与原料油及循环氢换热。现在的高压换热器多为U型管式双壳程换热器,该种换热器可以实现纯逆流换热,提高换热效率,减小高压换热器的面积。管箱多用螺纹锁紧式端盖,其优点是结构紧凑、密封性好、便于拆装。
高压换热器的操作条件为高温、高压、临氢,静密封点较多,易出现泄漏,是加氢装置的重要设备。
3.高压空冷
高压空冷的操作条件为高压、临氢,是加氢装置的重要设备,我国华北地区某炼油厂中压加氢裂化装置,高压空冷两次出现泄漏,使装置被迫停工处理,因此,高压空冷的设计、制造及使用也应引起重视。
4.高压分离器
高压分离器的工艺作用是进行气-油-水三相分离,高压分离器的操作条件为高压、临氢,操作温度不高,在水和硫化氢存在的条件下,物料的腐蚀性增强,在使用时应引起足够重视。另外,加氢装置高压分离器的液位非常重要,如控制不好将产生严重后果,液位过高,液体易带进循环氢压缩机,损坏压缩机,液位过低,易发生高压窜低压事故,大量循环氢迅速进入低压分离器,此时,如果低压分离器的安全阀打不开或泄放量不够,将发生严重事故。因此,从安全角度讲高压分离器是很重要的设备。
5.反应加热炉
加氢反应加热炉的操作条件为高温、高压、临氢,而且有明火,操作条件非常苛刻,是加氢装置的重要设备。加氢反应加热炉炉管材质一般为高Cr、Ni的合金钢,如TP347。
加氢反应加热炉的炉型多为纯辐射室双面辐射加热炉,这样设计的目的是为了增加辐射管的热强度,减小炉管的长度和弯头数,以减少炉管用量,降低系统压降。为回收烟气余热,提高加热炉热效率,加氢反应加热炉一般设余热锅炉系统。
6.新氢压缩机
新氢压缩机的作用就是将原料氢气增压送入反应系统,这种压缩机一般进出口的压差较大,流量相对较小,多采用往复式压缩机。
往复式压缩机的每级压缩比一般为2-3.5,根据氢气气源压力及反应系统压力,一般采用2~3级压缩。
往复式压缩机的多数部件为往复运动部件,气流流动有脉冲性,因此往复式压缩机不能长周期运行,多设有备机。
往复式压缩机一般用电动机驱动,通过刚性联轴器连接,电动机的功率较大、转速较低,多采用同步电机。
7.循环氢压缩机
循环氢压缩机的作用是为加氢反应提供循环氢。循环氢压缩机是加氢装置的“心脏”。如果循环氢压缩机停运,加氢装置只能紧急泄压停工。
循环氢压缩机在系统中是循环做功,其出人口压差一般不大,流量相对较大,一般使用离心式压缩机。由于循环氢的分子量较小,单级叶轮的能量头较小,所以循环氢压缩机一般转速较高(8000-10000r/min),级数较多(6~8级)。
循环氢压缩机除轴承和轴端密封外,几乎无相对摩擦部件,而且压缩机的密封多采用干气式密封和浮环密封,再加上完善的仪表监测、诊断系统,所以,循环氢压缩机一般能长周期运行,无需使用备机。
循环氢压缩机多采用汽轮机驱动,这是因为蒸汽汽轮机的转速较高,而且其转速具有可调节性。
8.自动反冲洗过滤器
加氢原料中含有机械杂质,如不除去,就会沉积在反应器顶部,使反应器压差过大而被迫停工,缩短装置运行周期。因此,加氢原料需要进行过滤,现在多采用自动反冲洗过滤器。
自动反冲洗过滤器内设约翰逊过滤网,过滤网可以过滤掉≥25/1m的固体杂质颗粒,当过滤器进出口压差大于设定值(0.1~0.18MPa)时,启动反冲洗机构,进行反冲洗,冲洗掉过滤器上的杂质。危险因素及其防范措施
1开停工时的危险因素及其防范措施
1.开工时的危险因素及其防范措施
(1)加氢反应系统干燥、烘炉
加氢装置反应系统干燥、烘炉的目的是除去反应系统内的水分,脱除加热炉耐火材料中的自然水和结晶水,烧结耐火材料,增加耐火材料的强度和使用寿命。加热炉煤炉时,装置需引进燃料气,在引燃料气前应认真做好瓦斯的气密及隔离工作,一般要求燃料气中氧含量要小于1.0%。防止瓦斯泄漏及窜至其他系统。加热炉点火要彻底用蒸汽吹扫炉膛,其中不能残余易燃气体。加热炉烘炉时应严格按烘炉曲线升温、降温,避免升温过快,耐火材料中的水分迅速蒸发而导致炉墙倒塌。
(2)加氢反应器催化剂装填
催化剂装填应严格按催化剂装填方案进行,催化剂装填的好坏对加氢装置的运行情况及运行周期有重要影响。催化剂装填前应认真检查反应器及其内构件,检查催化剂的粉尘情况,决定催化剂是否需要过筛。催化剂装填最好选择在干燥晴朗的天气进行,保证催化剂装填均匀,否则在开工时反应器内会出现偏流或“热点”,影响装置正常运行。催化剂装填时工作人员须要进入反应器工作,因此,要特别注意工作人员劳动保护及安全问题,需要穿劳动保护服装,带能供氧气或空气的呼吸面罩,进反应器工作人员不能带其他杂物,以防止异物落入反应器内(一般催化剂装填由专业公司专业人员进行)。
(3)加氢反应系统置换
加氢反应系统置换分为两个阶段,即空气环境置换为氮气环境、氮气环境置换为氢气环境。在空气环境置换为氮气环境时需要注意,置换完成后系统氧含量应<1%,否则系统引入氢气时易发生危险;在氮气环境置换为氢气环境时应注意,使系统内气体有一个适宜的平均分子量,以保证循环氢压缩机在较适宜的工况下运行,一般氢气纯度为85%较为适宜。
(4)加氢反应系统气密
加氢反应系统气密是加氢装置开工阶段一项非常重要的工作,气密工作的主要目的是查找漏点,消除装置隐患,保证装置安全运行。加氢反应系统的气密工作分为不同压力等级进行,低压气密阶段所用的介质为氮气,氮气气密合格后用氢气作低压气密。由于加氢反应器材质具有冷脆性,一般要求系统压力大于2.0MPa时,反应器器壁温度不小于100℃,所以,氢气2.0MPa气密通过以后,首先开启循环氢压缩机,反应加热炉点火,系统升温,当反应器器壁温度大于100℃后,系统升压,作高压阶段气密。
(5)分馏系统冷油运
分馏系统冷油运的目的是检查分馏系统机泵、仪表等设备情况,分馏系统冷油运应注意工艺流程改动正确,做到不跑油、不窜油。
(6)分馏系统热油运
分馏系统热油运的目的是检查分馏系统设备热态运行状况,为接收反应生成油作好准备。分馏系统升温到100~C左右时应注意系统切水,防止泵抽空。升温到250℃左右时应进行热紧。
(7)加氢反应系统升温、升压
加氢反应系统升温、升压时应按要求的升温、升压速度进行,一般要求系统升温速度为20℃几左右,系统升压速度不大于1.5MPa/h。如升温、升压速度过快易造成系统泄漏。
(8)加氢催化剂的硫化、钝化
加氢反应催化剂在开工前为氧化态,氧化态催化剂没有加氢活性,因此,催化剂需要进行硫化。催化剂硫化的方法有湿法硫化、干法硫化两种方法,常用的硫化剂有二硫化碳、DMDS,催化剂进行硫化时系统的H2S浓度很高,有时高达1%以上,因此,要特别注意硫化氢中毒问题。
新硫化的加氢裂化催化剂具有很高的加氢裂化活性,为抑制这种活性,需要对加氢裂化催化剂进行钝化。钝化剂为无水液氨。加氢裂化催化剂进行钝化时应注意维持系统中硫化氢浓度不小于0.05%。
(9)加氢反应系统逐步切换成原料油
加氢催化剂的硫化、钝化过程完成后,加氢反应系统的低氮油需要逐步切换成原料油,切换步骤应按开工方案要求的步骤进行。切换过程中应密切注意加氢反应器床层温升的变化情况。
(10)装置操作调整
加氢反应系统原料切换步骤完成之后,应进一步调整装置的工艺操作,使产品质量合格,从而完成开工过程。
2停工时的危险因素及其防范措施
(1)反应系统降温、降量
加氢装置停工首先反应系统降温、降量。在此过程中应遵循先降温后降量的原则。反应系统进料量降低,空速减小,加氢反应器温升增加,易出现反应“飞温”现象。所谓“飞温”就是反应器温度迅速上升,以致不可控制的现象。
(2)用低疑点原料置换整个系统
加氢装置的原料油一般较重,凝点较高,在停工时易凝结在催化剂、管线及设备当中。为避免上述情况出现,在停工前应用低疑点油置换系统,所用的低凝点油一般为常二线油。
(3)停反应原料泵
切断反应进料时,应注意反应器温度应适宜,使裂化反应器无明显温升。
(4)反应系统循环带油及热氢气提
切断反应进料后,反应加热炉升温,用热循环氢带出催化剂中的存油,热氢气提的温度应根据催化剂的要求确定,一般为枷℃左右,热氢气提的温度不能过高,以避免催化剂被热氢还原。
(5)反应系统降温、降压
加氢反应系统按要求的速度降温、降压。
(6)反应系统N:置换
反应系统用N,置换成N:环境,使系统的氢烃浓度<1%。
(7)卸催化剂
使用过的含碳催化剂在空气中易发生自燃,反应器是在N2气环境下进行卸催化剂作业,必须由专业的卸剂公司人员进反应器进行卸剂,因此,在卸催化剂装桶应使用N:或干冰保护催化剂,避免催化剂自燃。
(8)加氢设备的清洗及防腐
加氢装置高压部分的设备及部件,在停工后应用碱液进行清洗,以避免在接触空气后发生腐蚀,损坏设备。另外,高硫系统的设备主要是后处理部分在打开前应用水进行冲洗,以避免硫化铁在空气中自燃。
(9)装置退油及吹扫
加氢装置停工,应将装置内的存油退出并吹扫干净,保证不留死角。
(10)辅助系统的处理
加氢装置停工后将装置的火炬系统、地下污水系统等辅助系统处理干净,并加盲板使装置与系统防腐以使装置达到检修条件。
3正常生产时的危险因素及其防范措施
1.遵守“先降温后降量”的原则
加氢装置正常操作调整时必须遵守“先降温后降量”、“先提量后提温”的原则,防止“飞温”事故的发生。
2.反应温度的控制
加氢装置的反应温度是最重要的控制参数,必须严格按工艺技术指标控制加氢反应温度及各床层温升。
3.高压分离器液位控制
高压分离器液位是加氢装置非常重要的工艺控制参数,如液位过高易循环氢带液,损坏循环氢压缩机;如液位过低易出现高压窜低压事故,造成低压部分设备毁坏,油品和可燃气体泄漏,以至更为严重的后果。因此应严格控制高压分离器液位,经常校验液位仪表的准确性。
4.反应系统压力控制
加氢装置反应系统压力是重要的工艺控制参数,反应压力影响氢分压,对加氢反应有直接的影响,影响加氢装置反应系统压力的因素很多,应选择经济、合理、方便的控制方案对反应系统的压力进行控制。
5.循环氢纯度的控制
循环氢纯度影响氢分压,对加氢反应有直接的影响,是加氢装置重要的工艺控制参数,影响循环氢纯度的因素很多,催化剂的性质、原料油的性质、反应温度、压力、新氢纯度、尾氢排放量等因素都影响循环氢纯度,其中可操作条件为尾氢排放量。加大尾氢排放,循环氢纯度增加;减小尾氢排放循环氢纯度降低。
循环氢纯度高,氢分压就会较高,有利于加氢反应进行,但是,高循环氢纯度是以大量排放尾氢、增加物耗为代价的;循环氢纯度低,氢分压就会较低,不利于加氢反应进行,而且,循环氢纯度低时,循环氢平均分子量大,在循环氢压缩机转速不变的情况下,系统压差就会增加,循环氢压缩机的动力消耗也会增加。因此,循环氢纯度要控制适当。
6.加热炉的控制
加热炉是加氢装置的重要设备,加热炉的使用应引起重视。加热炉各路流量应保持均匀,并且不低于规定的值,防止炉管结焦;保持加热炉各火嘴燃烧均匀,尽量使炉堂内各点温度均匀;控制加热炉各点温度不超温;保持加热炉燃烧状态良好。
7.闭灯检查
加氢装置系统压力高,而且介质为氢气,容易发生泄漏,高压氢气发生泄漏时容易着火,氢气火焰一般为淡蓝色,白天不易发现,在夜间闭上灯后,很容易发现这种氢气漏点。因此,定期进行这种夜间闭灯检查,对发现漏点,将事故消灭在萌芽状态,保证装置安全稳定运行具有重要意义。
8.装置防冻凝问题
加氢装置的原料一般较重,凝点较高,通常在20-30℃,容易发生冻凝。如发生冻凝事故,不但影响装置稳定生产,还容易引发安全生产事故,因此,加氢装置的防冻凝问题应引起足够重视。
9.循环氢压缩防喘振问题
加氢装置的循环氢压缩机多为离心式压缩机,离心式压缩机存在喘振问题,因此,在操作中应保持压缩机在正常工况下运行,避免压缩机出现喘振。
10.原料质量的控制
加氢装置的原料性质,对加氢装置的操作有重要影响,必须严格控制。一般控制原料的干点在规定的范围内,Fe不大于1×10-6,如铁含量高,反应器压差增加过快,装置不能长周期运行。N 不大于1×10-6,N低于规定的值,原料没有明水。
11.防硫化氢中毒
加氢装置的原料中含有硫,这些硫在加氢后变为硫化氢,并在脱丁烷塔塔顶及脱硫部分富集,形成高浓度的硫化氢。硫化氢的毒性很强,允许最高浓度为10mg/m3。因此,加氢车间必须注重防硫化氢中毒问题,在高硫区域内进行切液、采样等操作时尤其注意,要求带防毒面具并有人监护。
12.时刻保持冷氢线畅通
加氢装置的急冷氢是控制加氢反应器床层温度的重要手段,它对抑制反应温升具有重要作用。高凝点油有时倒窜人冷氢线内凝结,堵塞冷氢线,如有这种情况发生将十分危险,因此,操作过程中要时刻保持冷氢线畅通。
13.密切注意热油泵及轻烃泵的运行状况
加氢装置的一些热油泵运行温度较高,高于油品的自燃点,若有泄漏,易发生火灾事故。因此,在操作时要注意热油泵的运行状态,注意泵体、密封等处有无泄漏,如有泄漏应立即处理。
加氢装置内存有大量的轻烃,如发生泄漏,会引发重大事故。因此,对轻烃泵的运行状况也要引起足够重视。
4解决加氢装置腐蚀问题
设备腐蚀加氢装置高温、高压、临氢、系统内存在H2S、NH3,因此,加氢装置的腐蚀问题也应引起重视,解决加氢装置腐蚀问题的主要方法是合理选材,在使用时加强监视与检测。
1.高温氢腐蚀
氢气在常温下对普通碳钢没有腐蚀,但是在高温、高压下则会产生腐蚀,使材料的机械强度和塑性降低。
高温氢腐蚀的机理为氢气与材料中的碳反应生成甲烷,使材料的机械强度和塑性降低,形成的甲烷在钢材的晶间积聚,使材料产生很大的内应力或产生鼓泡、裂纹。至于在什么条件下产生腐蚀,则根据Nels。n曲线确定。
为避免高温氢腐蚀,加氢装置高温、高压、临氢部分的设备、管线多采用合金钢或不锈钢。
2.氢脆
氢原子渗入钢材后,使钢材晶粒中原子结合力降低,造成材料的延展性、韧性下降,这种现象称为氢脆。这种氢脆是可逆的,当氢气从材料中溢出后,材料的力学性能就能恢复。
氢脆的危害主要出现在加氢装置的停工阶段,装置停工阶段,系统温度、压力下降,氢气在材料中的溶解度下降,由于氢气溢出的速度很慢,这时材料中的氢气处于过饱和状态,当温度冷却到150℃时,大量的过饱和氢气会聚积到材料的缺陷处,如裂纹的前端,引起裂纹扩展。
所以加氢装置停工时降温、降压的速度应进行适当的控制,进行脱氢处理。
3.高温H2S腐蚀
高温H2S腐蚀主要发生在反应系统高温部分,高温H2S腐蚀表现为与H2共同作用,氢气的存在加强了H2S的腐蚀作用,同时,H2S的存在也加强了氢气的腐蚀作用。该种腐蚀的防治方法是选择抗H2S腐蚀材质。

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