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，還會帶來嚴重的環保問題。中國石油撫順乙烯充分比較各家乙烯企業停工方式，結合裝置自身特點，形成撫順乙烯特有的操作方法，實現了低排放停工。通過自主創新，在停工前充分設計物料回收流程，增加合理的物料回收措施，實現物料最大限度的回收，達到最大程度的減排。其中許多操作方法為該裝置首次應用，對同類乙烯裝置具有一定的借鑒意義。對停工過程中的經驗和不足進行梳理，為下一次停工檢修積累經驗。
關鍵詞：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企業中地位重要，特點是體量大、流程復雜、生產單元間聯系緊密。一般情況下，乙烯裝置的檢修周期為4～5年。如按常規方法停工，將產生大量氣、液態物料排放至火炬系統，同時部分管線和設備的清理和排放會產生大量污油、污水，不僅造成物料損失，還會污染大氣環境，引起社會問題。隨著國家環保管控力度的日益嚴格，粗放式停工已不能滿足環保要求。
撫順石化公司80萬t/a乙烯裝置于2012年建成投產，采用Stone&Webster工藝技術，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；乙—丙復疊制冷，乙烯制冷機和乙烯塔組成開式熱泵，前脫丙烷前加氫和冷分離HRS熱集成系統等。
裝置投產以來，經過首次短暫消缺檢修，生產運行基本達到了設計要求，2016年乙烯年產量達到85.36 萬t，創開工以來最好水平。為了解決裝置在高負荷、長周期運行情況下所暴露出的操作難題和生產瓶頸，對工藝操作梳理優化，對問題設備進行更換修復，并對裝置進行節能降耗和原料多樣化的適應性改造，撫順乙烯進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、環保、節約理念，制定了“氣不上天，油不落地，聲不擾民”的目標。為實現這一目標，撫順乙烯對比國內外先進的乙烯停工經驗，結合裝置自身特點，梳理停工思路和系統間物料回收方法，并針對停工過程中可能出現的問題制定解決措施，為實現低排放停工奠定了基礎。
1.停工需要解決的問題
1.1 實現壓縮、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單元存在大量氣態和液態物料，首次停工時，雖采取了一定的措施，但未能對該部分物料實現有效回收，是造成火炬排放量較大的主要原因。同時，在氮氣置換環節，受流程復雜影響，氮氣消耗量大，系統置換進度相對緩慢。該次停工如何有效利用裝置現有流程解決上述問題尤為關鍵。
1.2 優化急冷系統停工操作
首次停工時，受急冷油塔化學清洗和急冷水油含量較高影響，急冷系統實際停工節點對比原計劃網絡節點出現較大偏離。在化學清洗操作過程中，出現了外接調質油后減黏效果不佳，長時間達不到化學清洗要求的情況。急冷水系統油含量較高直接制約著裝置污水總排量和下游凈水系統的處理能力，反向制約著裝置停工網絡節點。優化解決急冷系統停工難點是保障該次停工順利進行的重點工作。
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會出現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。如增加與煉廠連通的低壓瓦斯回收流程，可實現火炬低排放。
2.停工前準備
2.1 裂解單元
準備停工前期，裝置進行降負荷操作，裂解爐（共8臺）按裂解氣總管方向由內向外的順序安排裂解爐分批次燒焦，燒焦結束的裂解爐停爐，以節省外補天然氣用量。最終保留裂解氣總管兩端的各一臺裂解爐和循環C2/C3爐運行，另外保留兩臺裂解爐處于燒焦狀態（即2運行＋2燒焦＋1氣態狀態）。在此期間做好超高壓蒸汽、外補燃料氣和蒸汽管網平衡。
2.2 急冷單元
增加急冷油、盤油用戶和管線低點、盲點停工倒空臨時流程，為系統倒空置換作好準備。增加急冷油和急冷水塔化學清洗臨時流程，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流程，為急冷油塔蒸煮做準備。增加急冷水用戶和管線高點排油臨時流程，為完成急冷水系統倒空做準備。同時增加工藝水汽提塔補充脫鹽水流程，為工藝水系統單獨循環做準備。急冷系統增加的臨時流程見表1。
借鑒首次檢修經驗，急冷系統開工時利用外引調質油入急冷油塔盤油段和傳熱段進行初步循環時，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入燃料油儲罐作為調質油儲存，為停工急冷油塔減黏和開工前填充急冷油塔，建立兩級油系統循環做準備。分抽急冷油和輕燃料油流程見圖1。
表1 急冷系統增加臨時流程一覽
2.3 壓縮單元
增加碳二加氫反應器熱氮氣提臨時流程，即利用干燥器再生流程安全閥連接碳二加氫反應器一段安全閥，滿足停工后對反應器床層進行氮氣吹掃和高溫氣提的操作，為碳二加氫反應器卸劑、換劑提供條件，熱氮氣提流程見圖2。
2.4 分離單元
增加燃料氣至煉廠低壓瓦斯回收流程，即利用裝置現有流程和新增臨時流程回收高壓氣相物料時，根據燃料氣壓力逐步降低外補天然氣用量，實現回收的氣相物料和外補天然氣切換來穩定燃料氣系統供應；當氣相物料壓力低于0.5 MPa 后改為煉廠低壓瓦斯回收流程，為系統回收物料做準備。
圖1 急冷油和輕燃料油分抽流程
圖2 碳二加氫反應器熱氮氣提流程
3.停工處理
3.1 裂解單元
兩臺在運裂解爐逐臺退料至熱備狀態，流程改清焦罐方向。最后根據后續分離單元循環乙烷、丙烷情況逐步退出循環C2/C3爐至燒焦狀態，流程改清焦罐。保證2臺熱備＋2臺燒焦＋C2/C3爐所產生的超高壓蒸汽滿足裂解氣壓縮機透平運轉。
3.2 壓縮和分離單元
裂解氣大閥切出系統后，投用急冷水塔真空保護流程補入天然氣，裂解氣壓縮機進行天然氣置換，利用天然氣的露點低于裂解氣露點的特性，使系統內裂解氣快速冷凝[1]，同時各段間罐降液位操作，至裂解氣壓縮機各段間罐無液位運轉。為保證天然氣進入深冷單元的品質，堿洗塔繼續循環操作。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聯系。建立壓縮單元和冷分離單元天富余部分進入燃料氣系統，保持整個循環進行。
在裂解氣壓縮機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，一段時間后會出現裂解氣壓縮機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保持系統置換，需將急冷水塔天然氣真空保護流程切斷，急冷和壓縮單元流程隔離，改為壓縮機一段補入氮氣流程，彌補循環氣相物料分子量低的不足。此時壓縮和冷分離單元進入氮氣置換環節，氮氣置換流程同圖3。隨著氮氣置換循環時間的延長，富余氮氣和烴類物質進入燃料氣系統，密切關注系統中有機物含量，當有機物含量小于20%后（考慮裝置停工時間節點），切斷壓縮和分離單元聯系，裂解氣壓縮機停機，各單元改為獨立置換。
圖3 壓縮和分離單元聯合天然氣置換流程
3.3 急冷單元
裂解氣大閥切出系統后，急冷單元繼續維持操作，待切斷急冷水塔與壓縮單元聯系后，急冷單元進行停工處理。根據化學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，采取對急冷油循環反加熱和減黏操作，即利用停工前儲存的部分調和燃料油反引入塔進行兩級油循環，反復升、降塔液位的方式調整油品密度。滿足化學清洗條件后，降低兩級油循環液位，接入化學清洗藥劑，進行急冷油塔化學清洗和置換。急冷油塔化學清洗流程見圖4。
圖4 急冷單元化學清洗流程
完成化學清洗后，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行蒸煮，同時分批次投用急冷油、盤油用戶和管線低點、盲點停工倒空臨時流程和重油收集罐蒸汽排放臨時流程，完成急冷油塔和兩級油系統蒸煮、倒空工作。完成急冷油塔蒸煮后，進行急冷水塔的化學清洗和急冷油塔的水淋洗。切斷急冷水和工藝水的聯系，利用工藝水汽提塔補充脫鹽水流程保證稀釋蒸汽發生系統運行，稀釋蒸汽發生器投用MS反加熱流程。
在上述過程中，急冷水塔和工藝水系統保持運轉，在接收急冷油塔蒸塔部分水蒸汽的同時，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充分解析出來（適當加入破乳劑），在汽油槽中收集送出。急冷油塔蒸塔結束后，投用急冷水用戶和管線高點排油臨時流程，間斷性排放解析出的油類物質，同時水塔補入一定量的脫鹽水進行水質置換，分析急冷水COD＜1 000 μg/g后，急冷水系統停工，倒空急冷水排放至污水系統，滿足急冷水塔化學清洗要求[2]。
3.4 停工后各單元調整
降低燃料氣系統壓力，裂解爐保持4 ＋1 燒焦或熱備，充分回收后系統氣相物料進入燃料氣系統。經過化學清洗和蒸煮的急冷單元排空殘留的凝液和水，進入氮氣吹掃、置換階段。壓縮單元進行系統氮氣置換及干燥器、反應器的氮氣再生工作。分離制冷單元進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，由于裂解氣壓縮機增加了天然氣停工環節，流程內大部分系統完成了破液封操作，對于不在停工置換大流程內的乙烯精餾塔、乙烯機、丙烯機、丙烯精餾塔、脫乙烷塔、碳三液相加氫反應器需單獨進行物料回收。
4.1 碳二液相物料回收
在循環C2/C3爐至熱備狀態后，裝置改不合格乙烯產品流程，切斷乙烯精餾塔進料。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，乙烯機進行無負荷運轉，收集各段間罐液相乙烯至乙烯機冷劑收集罐，通過外送產品泵送至不合格乙烯儲罐，無液位后停外送產品泵，乙烯機和乙烯塔停工。
4.2 碳三液相物料回收
分離單元停工后，受雙丙烯精餾塔內塔盤積液下落和碳三加氫反應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器內液相物料無法導液的困難。臨時增加了回收流程，將丙烯精餾塔內、丙烯回流系統和碳三加氫反應器內的碳三液相物料回收至碳三回收泵入口，經泵送出至丙烯不合格罐，完成全部碳三液相物料的回收。增加臨時物料回收流程見圖5。丙烯機作為最后停工的部分保持低負荷至無負荷運轉，在無負荷運轉情況下，通過調整收集各段間罐液相丙烯至丙烯機一段罐，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
重新設計回收流程，利用乙烯機和乙烯塔熱泵流程，改循環乙烷至裂解爐流程為循環乙烷至燃料氣，首先回收乙烯機和乙烯塔內物料，當回收壓力低于冷分離單元壓力后，打開乙烯塔進料閥門，建立冷分離單元→脫乙烷塔→乙烯機→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氣相物料的回收，設定丙烯機至丙烯塔；碳三加氫反應器至丙烯塔流程，通過循環丙烷至裂解爐流程改變為循環丙烷至燃料氣流程，循環C2/C3 氣相回收流程見圖6。按先低壓后高壓的順序進行回收。受燃料氣系統單位時間內消耗量的限制，在進行碳三氣相物料回收時，確保碳二氣相物料回收結束。
5.3 物料回收統計
裝置停工后，碳二、碳三系統及兩臺制冷機組物料回收共計1 215.67 t，回收情況見表2。
圖6 循環C2/C3氣相回收流程
表2 物流回收情況
由表2 可以看出，通過實施物料回收措施，增產了乙烯和丙烯產品，將部分氣相物料回收至燃料氣系統，降低了燃料氣的外補量，同時實現了碳三及以下物料的火炬零排放。
5.4 對比分析
此次停工根據裝置工藝流程的特點進行了優化與細化，裂解氣壓縮機實施天然氣、氮氣銜接大循環停車法，壓縮和分離系統內液相物料實現全部回收，氣相物料絕大部分作為燃料氣回收至裝置燃料氣系統和煉廠瓦斯氣，少量（氮氣和物料）氣相混合物進入火炬系統，實現了火炬低排放控制，同時壓縮、分離單元聯合置換使氮氣消耗量大幅降低。
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，在準備停工退出第一臺裂解爐后的48 h內，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 污水產生量過大
該次停工污水量產生較大，增加了下游污水處理裝置的負荷和停工時間，原因是急冷系統蒸塔產生大量含油廢水、急冷水乳化變質等。通過查閱相關資料，乙烯裝置停工期間，急冷系統產生的廢水約占整個廢水量的70%，處理停工廢水的費用約占總停工費用的13%，可見，控制合理產生廢水量是制約乙烯裝置停工檢修的重要環節[3]。根據部分同行業介紹，在企業條件允許的情況下，對停工檢修產生的廢水進行閑置儲罐轉存，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間，在目前國內乙烯裝置停工檢修安全環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，裂解爐退料結束后，由于沒有充分考慮到裝置界區到裂解爐進料閥之間管線、設備內的原料回收問題，被迫采取了長時間、小流量泄放至火炬的方式進行處理，造成一定程度的損失。針對此問題在后續的同行交流和調研中，總結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，按流程方向掃線進裂解爐；③在該系統無檢修項目時，對系統加盲板封存。
7.結論
通過優化停工方案，合理設計物料回收流程，驗證了撫順乙烯低排放停工的可行性，實現大部分物料有效回收。首次運用裂解爐退料后裂解氣壓縮機天然氣運行和氮氣運行相結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、大流程的置換方法節省氮氣、縮短時間，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。但此次停工過程中仍然存在系統不完善、污水排放量大、原料未能有效回收、操作經驗不足等問題，需要后續總結和改進。
作者：王志華 （中國石化金陵分公司）
