S Zorb 装置反应进料换热器E101 快速结焦情况分析

周 林

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）

引言

某石化2.4 Mt/a S Zorb 装置自2017 年10 月首开成功，至2021 年3 月第一个运行周期结束开始停工检修，2021 年4 月装置检修完成开始开工投料，但在投料期间反应进料换热器E101 管程压降快速上涨，以至于3 天上涨到350 kPa，严重影响装置安全平稳生产，装置被迫单列切除依次进行换热器管束清洗。以下将详细介绍此次异常事件前因后果。

1 反应进料换热器概况

某石化S Zorb 装置反应进料换热器E-101 布置有并排两列共10 台，自低向高分别为A/B/C/D/E 和F/G/H/I/J，换热器型式为行业普遍应用的U 型管换热器，其中反应进料自地面进入管程入口，反应产物自平台走壳程入口。

1.1 E101 压降变化过程

4 月19 日 引预加氢精制油进装置垫油开始热油运；

4 月23 日 反应系统开始进料逐步提至180 t/h；

4 月24 日 引Ⅱ催化汽油直供进装置；

4 月27 日 反应进料换热器E-101F 列开始切除。

1.2 E101 管程压降变化

由图1 可知，反应进料逐步提高过程中，E101 管程随之上涨属于正常现象。但当反应进料量调整到位后，反应进料切换催化汽油直供料后，E101 管程压降开始快速上涨到320kPa。其中切换催化汽油24 h 内上涨速度较快，随后E101 压降上涨速度减缓最终维持稳定。E101 压降波动期间是装置进行换热器调整，尝试减缓E101 压降上涨速度。

图1 E101 管程压降/反应进料变化趋势图

1.3 E101 内部结焦情况

因E-101 严重结焦影响装置安全平稳生产，因此装置决定对E101 进行单列隔离检修，另一列低负荷运行。将F 列隔离检修打开E101-J 管箱发现，如图2的情况。

图2 E101-J 管箱拆开后管束堵塞情况

由图2 可知，E101-J 管束入口堵塞极为严重，将换热器管箱拆开后，管束入口黏附大量黑褐色固体杂质，部分固体杂质呈薄片状；管程出口管束较入口堵塞明显较轻；从同一列其他换热器检查结果得知，越接近原料气化段，结垢堵塞越严重。

2 换热器结焦固体分析结果

在换热器检修结束后，装置将换热器管束结焦物样品寄至石科院进行分析得到以下结果，如表1所示。

表1 E-101 F 列垢样XRF 全分析结果

由化验数据可知，垢样主要元素成分为Fe、O、S，而C 含量（质量分数）仅占1%～2%，因此此次结垢物不是传统意义上生焦，与行业普遍结焦情况有很大区别。

其次红外高频炉燃烧红外法也表明结果，如表2所示。

表2 E-101 F 列垢样高频炉燃烧红外分析结果

垢样中存在大量硫元素，而碳元素相对较少，此分析结果也对上一分析结果进行佐证。

参考相关文献分析此类物质形成可能原因[1]：反应进料中携带大量可溶性铁元素及部分不溶性铁锈，经过E-101 换热加热与活进料中性较强的硫化物发生化学反应，在设备和管道表面生成硫化铁。硫化铁之间的吸引力很强，聚集起来覆盖在换热器管束内壁及管板上，造成压降增加。并且水及溶解氧的存在可能也是形成此类沉积物的原因之一。

3 换热器结焦直接原因分析

E-101 管程结焦现象是同类装置普遍存在问题，但最快结焦堵塞换热器导致需要处理的也是在运行半个月左右，此次投料三天管程压降上涨至350kPa情况暂无先例。

通常管程结焦主要诱因是原料中存在大量结焦前驱物，例如胶质、沥青质，还有烯烃尤其是二烯烃含量高，重芳烃也能生产胶质，此类E-101 生成的结焦物分析碳含量较高，原料分析也能得到化验数据支撑[2]。但此次结焦情况不同以往。针对可能造成此种情况的原因进行分析。

3.1 原料过滤器故障

如原料过滤器故障导致原料油未能充分过滤则可能导致E101 管程结焦。实际上原料过滤器ME-104A/B 均为大检修更换滤芯后首次投用，理论上滤芯破损或安装缺陷可能性较低。装置后续拆开检查投用组ME-104A，未发现ME-104A 管束破损或管板内漏情况，因此基本排除此原因。

3.2 装置内部设备、管道较脏

此次S Zorb 装置开工先是对原料罐D-101、稳定塔回流罐D-201 上水，进行原料、稳定系统的水洗和水联运操作；然后将水退掉后引入精制油再进行油联运，过程中间断性进行了静置排污油操作，污油采样观察较为清澈透明，化验分析常规项目未见异常，期间多次送污油至污油管网。因此，装置内的管线较为干净可靠。

3.3 原料油性质差、杂质较多

此次S Zorb 装置开工油选择预加氢精制油，开工期间化验分析硫含量、氮含量、烯烃含量均较低，采样观察清澈透明，且其作为重整Ⅱ进料对各种金属含量要求较高，因此其性质得以保证。

但自引入催化Ⅱ汽油后，E-101 压差急剧上涨。自界区采样发现催化Ⅱ汽油性质极差，肉眼可见黑色杂质极多，部分时候可见油水分层，连续间隔0.5 h 时间采样照片，如图3 所示。

图3 S Zorb 装置原料催化Ⅱ汽油样品

装置发现此异常后装置及时向调度反馈要求调整原料汽油，同时将催化Ⅱ汽油收至中间罐区246-T-05。因当时二期装置均处于开工阶段，化验中心没有条件对此样品进行较多分析。后期对246-T-05 罐底大量抽排污油时连续间隔0.5 h 时间采样照片，如图4 所示。

图4 246-T-05 中间罐区收催化Ⅱ汽油样品

246-T-05 在此次开工前多次排污未见明显杂质，但在接收此次开工期间催化Ⅱ汽油后，罐底发现油品携带较多黑色杂质。因此足以说明开工期间催化Ⅱ汽油性质不稳定，携带较多黑色杂质。

催化Ⅱ汽油在开工期间性质极其不稳定，可能携带较多可溶性铁离子和机械杂质，并且水含量及硫含量较高，此次换热器快速结焦的主要诱因与此高度相关。

4 换热器结垢经验教训

在以上仅有的数据分析下，我们无法直接确认结垢机理，明确结垢原因，只能寻找与结果关联的各种可能因素，在后续生产中一一避免，防止再次发生此类情况。

1）切换催化汽油直供料前，具备中间罐区条件装置，尽量先往中间罐区接收催化汽油，防止开工初期上游原料性质波动造成直供料污染严重；

2）切换原料前对催化汽油除化验分析常规项目外（包括水含量、胶质、沥青质等），必须加做铁元素、机械杂质分析；

3）切换催化汽油过程中，尽最大可能多排污油，直至多处采样观察无明水，无杂质，颜色清澈透亮，且排污过程尽量选择多点；

4）催化汽油进装置后一段时间内，必须不间断较高频次采样观察原料情况，防止因上游原料波动造成某段时间突然性质恶化而未能及时发现，造成不可逆后果；

5）原料过滤器投用前(头盖回装前），必须仔细检查安装质量，建议自底部通入蒸汽检查滤芯安装及管板安装质量，确保滤芯及管板，投用后及时关注过滤器压差变化情况。

5 总结

S Zorb 装置反应进料换热器E-101 结焦情况较为常见，但此类异常严重情况较少出现，通过分享此次事件经过，希望能够帮助行业内同类装置了解此类风险，避免遇到类似问题。