加氢裂化装置自动反冲洗过滤器故障分析及实施对策

周健

（中国石油天然气股份有限公司锦西石化分公司，辽宁 葫芦岛 125001）

1 简述

150万吨/年加氢裂化装置2012年11月开始建设，2014年5月30日工程中交，由中油一建承建。其基础设计部分由洛阳设计院完成。2020年7月开始对加氢裂化装置进行全面改造，基础设计部分由中石油华东设计院完成，中油一建承建，2020年12月改造后一次开车成功。该装置设计处理南常减压装置的常三线、减一和减二线油；北常减压装置的常三线和减三线油；以及焦化蜡油、催化柴油的混合油。加氢裂化装置具有高温高压临氢特点，配置加氢反应器、循环氢压缩机、新氢压缩机、加氢进料泵等关键设备。

在固定床催化剂反应器中，如二氧化硅、金属氧化物、有机物、无机物等颗粒沉积在反应器和催化物上。这些杂质会引起堵塞并导致反应器催化剂床层压差升高，降低了催化剂的活性，这会导致反应器的非正常停工，影响装置长周期运行。加氢裂化装置的原料过滤器为自动反冲洗过滤器，采用了圆筒式设计，原料油过滤器工艺编号为FI-102，过滤器设计为4组，每组6套过滤单元，承担150万吨/年的蜡油加氢裂化装置原料油的过滤，以保证加氢裂化装置的进料质量。

2 自动反冲洗过滤器的组成、工艺参数、工作原理

2.1 自动反冲洗过滤器的组成

圆通式反冲洗式原料过滤器采用机械分离原理，使用进口的金属锲形缠绕丝网滤芯将原料油中杂质分离出来。通过反冲洗将产生的污油储存在污油罐中，达到一定容积后由污油泵排出。该系统主要由原料油过滤器、污油罐、污油泵、冷却器及管路、仪表和控制系统等组成。其中原料油过滤器由4组共24套并联的过滤单元组成，当其中任意1组在反冲洗时，其余3组过滤单元均处于正常过滤状态，可实现全天无间隙运行。

图1 自动反冲洗过滤器示意图

2.2 自动反冲洗过滤器的工艺参数

表1

2.3 自动反冲洗过滤器的工作原理

在正常过滤过程中，未经过滤的原料进入进料口总管，并均匀地分布到每个过滤站。进料从每个过滤管的外面过滤到里面。清洁油通过出口歧管流出并被输送至下游工序。在过滤周期中，微粒会聚集在滤芯面，从而导致过滤器的压差增大。当压差达到大约10-15psi时，就形成了一个约400微米厚的微粒滤饼。

反冲洗时，分流器弯头旋转至站1，同时从工艺进口流出将其关闭。接下来，将反冲洗出口阀门打开约5秒。打开此阀门会在工艺出口和反冲洗出口之间的滤芯上产生一个压降。清洁的工艺流体从滤芯内部流出，从而清除滤网外部的污染物，并将其从反冲洗出口连接处冲洗出去。随后，反冲洗出口阀门关闭，分流器弯头旋转至站2，对剩余的5个站重复反冲洗流程。该组过滤单元反洗完成，自动投入正常运行状态，下组过滤单元开始进行反冲洗，直到4组全部冲洗完毕，过滤器进入正常运行状态，等待下一次反冲洗信号的到来。

该过滤器设有定时清洁、手动激活清洁、系统压差达到不可接受水平后清洁三种清洁方式，自动化程度高，设备的进出口压差变化等参数可以在DCS控制系统内直接显示。

3 运行中出现的故障分析

3.1 运行中出现的故障

加氢裂化装置自2014年12月开工以来，生产原料组成为处理南常减压装置的常三线、减一和减二线油；北常减压装置的常三线和减三线油；以及焦化蜡油、催化柴油的混合油。由于生产方案调整相对频繁，原料组成频繁变化，运行中由于进料量变化、冷柴油量加大或原料性质变化等诱因，使过滤器设计组数偏低问题暴露较为突出，导致过滤器冲洗频繁，污油量过大，经常出现由于过滤器更换滤芯而切除一组过滤器的工况，如果打开过滤器副线，会将大分子杂质带进高压换热器，而加氢裂化装置高压换热器采用缠绕管式，无法进行检修，因此，为避免大分子杂质进入高压换热器甚至反应器，确保自动反冲洗过滤器安全运行显得特别重要。

在实际生产过程中，由于过滤器经常发生转阀卡涩、滤芯堵塞等故障，造成过滤器进行切除检修，特别是在装置处理量加大、原料性质变化的情况下，过滤器冲洗周期明显缩短，曾经发生冲洗时间长达三个小时不停的状况，过滤效果不佳，严重影响了正常生产。

3.2 故障分析

3.2.1 原料性质变化的影响

原设计进料为减压蜡油、焦化蜡油、催化柴油的混合油。在实际加工过程中经常会掺炼其他原料，特别是冷柴油较多时，原料中大分子颗粒增多，在检修滤芯中多次发现滤芯表面黑色油污多为重油混合物、油泥等，只能将滤芯拆除后运至专业清洗公司进行化学清洗，清洗后进行回装，过滤器压差明显降低，建议原料性质进行优化，降低冷柴油处理量，改变后情况明显好转。

3.2.2 原料过滤器过滤能力不足

在装置大负荷长周期生产过程，当一组过滤器需要检修时，其他三组按正常设计只能承担75%的过滤要求，处于严重超负荷状况；再加之自身滤芯表面的堵塞，使很大一部分粒径原设计可通过滤芯的微细颗粒，由于滤芯表面杂质的堵塞而不能通过，使过滤器差压上升，反冲洗间隔时间持续缩短，而为解决此问题，需要将过滤器切除更换滤芯，切除过滤器后，压差会持续增高，形成恶性循环。

3.2.3 在线处理不及时

在运行过程中，当发生过滤器卡涩等影响过滤器正常运行的故障时，由于处理不及时，从而使其运行工况进一步恶化，造成过滤器压差升高，特别是夜班期间较为普遍。另外，过滤器部分仪表元件故障频繁，特别是转阀填料泄漏、球阀密封面磨损等故障发生时，需要在线将该组过滤器隔离吹扫后处理，时间较长，会造成过滤器压差升高。

4 实施对策

4.1 增上两组原料油过滤器

在2020年7月装置大检修期间，为解决过滤器过滤能力不足的问题，增加了两组同类型原料油过滤器与现有的四组原料油过滤器并联工作，共同承担150万吨/年加氢裂化装置原料油的处理，从而延长了过滤器的反冲洗周期。新增两组原料油过滤器与现有的原料油过滤器组合后，就相当于一套6组过滤单元组成的过滤系统，即当其中1组在反冲洗时，另5组过滤单元在正常过滤，原料过滤器的过滤能力得到保障，即使需要一组过滤器切除检修时，其他5组过滤器也能保证装置平稳运行。

4.2 及时清洗滤芯、适时更换滤芯

滤芯是过滤器的关键部件，只有保持滤芯的清洁，才能提供最佳的过滤器去除效率，故必须加强滤芯清洗。特别在原料性质变重、处理杂质含量较高的原料等不良工况下，更须加强清洗。当过滤器反冲洗周期太短，反冲洗也无法解决时，可切除停运其中1组过滤器进行清洗，如表面油污难以清洗，可更换1组滤芯备件。更换滤芯备件后，将该组过滤器并入系统，待投运正常后，可将其他几组过滤器滤芯进行更换，维持过滤器压差达到较好状态。

4.3 及时维护仪表元件

自动反冲洗过滤器的仪表配件较多，转阀、变送器、球阀等元件故障率较高，加氢裂化装置曾发生过两次转阀填料泄漏，切除过滤器后对其填料密封进行更换，同时对易泄漏的排污球阀进行检查，发现密封面磨损后，及时进行更换球阀。根据厂家给出的仪表各元件的使用寿命，制定合理的检修更换周期，防止因配件损坏造成设备故障检修，保证装置长周期平稳运行。

4.4 改造控制系统

利用装置大检修的机会，对自动反冲洗过滤器仪表控制系统进行了改造：将PLC控制改为DCS控制。由于PLC控制器只能放在现场进行控制，不方便操作员工进行操作，且PLC控制系统故障率偏高，经常需要仪表维护班进行维护。在2020年大检修期间，将PLC控制改为DCS控制后，系统故障率明显降低，员工可在操作室对过滤器进行冲洗操作，极大地提高了员工的工作效率。

图2 自动反冲洗过滤器操作画面

4.5 加强原料性质控制

由于过滤器滤芯的过滤精度为23μm，冷柴油含有较多的油泥颗粒，容易堵塞过滤器滤芯，建议加强控制冷柴油进料量，防止含杂质较高的油品进入装置。在此基础上，操作人员须加强原料质量及工艺参数的监控，对原料的各项指标具有高度的敏感性，及时进行采样分析、操作调整等优化作业。

4.6 优化在线控制

为确保装置长周期运行，在线控制是关键。在线控制应把握四个方面：（1）保持原料罐液位稳定，控制在60%～80%；（2）保持反冲洗差压的稳定；（3）加强原料过滤器的维护，确保各组件运行良好；（4）做好易损元件和滤芯备件储备，及时更换各类元件。

5 结语

（1）经过上述优化措施，投用后实现了一年无检修的稳定运行，大颗粒分子过滤较彻底，有效减少了后路换热器杂质堆积和结垢，保证了换热效率，提高了换热器使用寿命；使循环氢压缩机、原料泵、新氢压缩机的出口压力在相对较低的情况下运行；同时拆除的滤芯及仪表组件作为正常配件使用，大大减少了重新采购新配件的成本，提高了装置的安全系数，延长了蜡油加氢裂化装置安全平稳运行周期。

（2）自动反冲洗过滤器，根据在运行中过滤器暴露出的各类问题，通过仔细查找原因、认真分析，找到了问题所在，经过合理化的改造及优化，通过一年多的生产运行，证明上述实施对策是成功的，保证了装置的稳定生产。