柴油加氫改質(zhì)裝置自動反沖洗濾水器過濾器運行分析
柴油加氫改質(zhì)裝置自動反沖洗濾水器過濾器運行分析，中國石油化工股份有限公司柴油加氫改質(zhì)裝置采用自動反沖洗濾水器過濾器。針對該設(shè)備在實際運行中存在堵塞及反沖洗周期變短的問題，進(jìn)行詳細(xì)的原因分析，并提出改善設(shè)備運行的建議和措施。
中國石化廣州分公司200萬噸/年柴油加氫改質(zhì)裝置，生產(chǎn)石腦油以及精制柴油。該裝置的自動反沖洗濾水器過濾器采用新一代“ZFG型自動反沖洗過濾系統(tǒng)”產(chǎn)品，能自動分離過濾原料中固體雜質(zhì)，有效地過濾機(jī)械雜質(zhì)，提高輸出產(chǎn)品質(zhì)量；并能在系統(tǒng)設(shè)備不停車的情況下對過濾元件進(jìn)行自動清洗，從而避免采用固定式過濾器因雜質(zhì)堆積過多壓損過大時，需要頻繁拆卸過濾器沖洗元件而帶來經(jīng)濟(jì)損失。該自動反沖洗濾水器過濾器采用多組過濾單元組合的方法以達(dá)到較大流量，控制器采取分組過濾方法進(jìn)行。
自動反沖洗濾水器過濾器
工作原理流程
過濾原理
過濾是分離懸浮液普遍和有效的單元操作之一，它是以某種多孔物質(zhì)為分離器(濾網(wǎng))，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過濾網(wǎng)的孔道，而固體顆粒被截留在濾網(wǎng)的一側(cè)，從而實現(xiàn)固、液分離，可獲得清凈的液體或固相產(chǎn)品(見圖1)。實現(xiàn)過濾操作的外力可以是重力、壓強(qiáng)差或慣性離心力。在石油、化工行業(yè)中主要還是以壓強(qiáng)差為外動力進(jìn)行過濾。與沉降分離相比，過濾操作可使懸浮液的分離更迅速更徹底；與蒸發(fā)、干燥等非機(jī)械操作相比，其能量消耗比較低。
工業(yè)中的過濾操作分為兩大類：餅層過濾和深床過濾。柴油加氫改質(zhì)裝置使用的自動反沖洗濾水器過濾器主要是采用餅層過濾操作技術(shù)。采用餅層過濾時，懸浮液置于濾網(wǎng)的一側(cè)，固體物沉積于濾網(wǎng)表面而形成餅層。過濾時濾網(wǎng)上的微孔將懸浮液中直徑大的顆粒截獲，而不必要截獲的小于濾網(wǎng)微孔的細(xì)小顆粒則予通過，直徑大的顆粒在微孔外表面迅速地發(fā)生“架橋”現(xiàn)象(見圖2)。
逐漸使直徑較小的顆粒也被截獲，濾餅開始形成，濾液即變清，此后過濾才能有效地進(jìn)行�？梢娫陲瀸舆^濾中，真正發(fā)揮截攔顆粒作用的主要是濾餅層而不是過濾元件。它適應(yīng)于處理固體含量較高的懸浮液。
自動反沖洗濾水器過濾器是國際上比較先進(jìn)的過濾形式，它能夠自動控制過濾。柴油中的焦粉顆粒、機(jī)械雜質(zhì)，進(jìn)入反沖洗系統(tǒng)進(jìn)行過濾，并在系統(tǒng)不停車的情況下自動對過濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗。自動反沖洗濾水器過濾器以其靈活多變、易操作和自動化程度高受到人們的青睞。
自動反沖洗濾水器過濾器工藝原理
當(dāng)流體流經(jīng)裝有濾芯的過濾容器時，顆粒物逐漸沉積并聚集在濾芯外表面區(qū)域形成濾餅。隨著濾餅厚度的增加，液流越來越難于穿過濾芯，壓差增大，當(dāng)壓差或時間達(dá)到預(yù)先的設(shè)定值時，進(jìn)入反沖洗程序。反沖洗程序按利用濾后清潔原料油反洗和利用氮氣輔助進(jìn)行反沖洗二種程序可選，利用濾后清潔原料油反洗時其壓力要求達(dá)0.5MPa(G)。
自動反沖洗濾水器過濾器采用直列式結(jié)構(gòu)，有5列過濾器并聯(lián)組成，每列有6組并聯(lián)過濾單元，共30組過濾單元。反沖洗過程：(1)利用氮氣輔助反沖洗工作狀態(tài)：DCS控制系統(tǒng)先關(guān)閉該列的所有閥，接著打開氮氣進(jìn)口閥及一組的過濾閥和污油排放閥，利用輔助氣體的能量釋放實現(xiàn)反沖洗，接著按順序打開和關(guān)閉該列的所有過濾閥后，反沖洗程序完成，關(guān)閉氮氣進(jìn)口閥及污油排放閥。(2)充入原料油并排放濾殼內(nèi)殘留廢氣：打開廢氣放空口閥和原料進(jìn)口閥，利用液位控制器達(dá)到廢氣排放的目的，然后打開原料出口閥，進(jìn)入正常的過濾，該列一個循環(huán)反沖洗程序結(jié)束。按上述的程序DCS控制系統(tǒng)自動對另4列自動反沖洗濾水器過濾器進(jìn)行反沖洗，沖洗程序完成后，全部投入運行。
過濾器運行狀態(tài)
反沖洗后初始壓降
FI9101和FI9102自動反沖洗濾水器過濾器反沖洗后初始壓降情況見下圖5。
由圖5可知，自動反沖洗濾水器過濾器運行反沖洗后初始壓降基本都是50kPa以下，和表1中的反沖洗后初始壓降是0.03MPa數(shù)據(jù)相差不大，說明過濾器反沖洗效果較好，可以將堆積的機(jī)械雜質(zhì)吹掃干凈，滿足粗柴油過濾的要求。
反沖洗時間
表1中原料過濾器F9101反沖洗時間≥6h，氮氣消耗量為0.8m3/次；污油量1.5m3/次。而實際運行過程中比較正常時是6小時反沖洗了11次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原設(shè)計次數(shù)；焦化柴油過濾器FI9102反沖洗時間≥6h，污油量0.6m3/次，而實際運行過程中比較正常時是6小時反沖洗了7次，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原設(shè)計次數(shù)。說明進(jìn)本裝置的粗柴油攜帶較多的雜質(zhì)，造成過濾器頻繁反沖洗。過濾器頻繁反沖洗對裝置影響：(1)氮氣消耗量比設(shè)計增加了32m3/天；(2)產(chǎn)生的污油量增加了74.4m3/天。以上是比較正常工況下兩個過濾器運行情況，如果進(jìn)裝置的原料中雜質(zhì)較多，則原料過濾器則連續(xù)不停反沖洗，曾經(jīng)反沖洗污油量達(dá)到237.7噸/天。
自動反沖洗濾水器過濾器堵塞及原因分析
由于裝置接收的原料有貯運罐區(qū)柴油、催化裂化柴油、蒸餾一常三柴油、蒸餾一減一線柴油、蒸餾三常三線柴油、焦化柴油，以上任何一路柴油波動后，都有可能將雜質(zhì)攜帶到原料過濾器，導(dǎo)致原料過濾器反沖洗頻繁，嚴(yán)重時無法確保原料緩沖罐液位的正常，造成裝置大幅度調(diào)整。
自動反沖洗濾水器過濾器堵塞原因分析
由于重催柴油與蒸餾一柴油共用一條流程，無法直供料至本裝置，因此該股物料對原料過濾器影響未采集到相關(guān)材料。從以上情況可以看出，進(jìn)柴油加氫改質(zhì)裝置的柴油，不管是直餾柴油，還是二次柴油，當(dāng)上游裝置生產(chǎn)波動進(jìn)，都有可能導(dǎo)致柴油組分中雜質(zhì)量增多，影響過濾器的運行。
從進(jìn)裝置對各直供料采樣外觀上看，焦化柴油的外觀較黑，說明焦化柴油中焦粉含量較多。焦化裝置的焦粉來源是隨著焦炭積聚，焦化塔內(nèi)液相料面逐漸升高，當(dāng)液面過高、油氣泡沫現(xiàn)象嚴(yán)重時，塔內(nèi)焦粉會被油氣從塔頂帶走。因此，一般在料面達(dá)到2/3的高度就停止進(jìn)料，切換焦化塔，但油氣還是難免攜帶焦粉進(jìn)入分餾塔；其次焦化塔蒸汽吹洗過程中，具有一定線速度的蒸汽在高料位下也會夾帶焦粉進(jìn)入分餾塔。本裝置雖然有焦化柴油過濾器FI9102，但是它只能過濾掉＞40um的機(jī)械雜質(zhì)，較多25~40um的機(jī)械雜質(zhì)還是會影響到原料過濾器FI9101。增加焦化三柴油直供料量后兩個過濾器壓差變化也可以說明焦化柴油中雜質(zhì)含量較多。
解決自動反沖洗濾水器過濾器堵塞措施及建議
直供料部分
當(dāng)原料過濾器出現(xiàn)沖洗頻繁時，裝置及時向調(diào)度反映，并進(jìn)行排查原因。當(dāng)明確哪一路柴油進(jìn)料導(dǎo)致自動反沖洗濾水器過濾器堵塞時，可以適當(dāng)控制、減少甚至?xí)和Ｔ摴蓙砹希_保過濾器正常運行。
柴油貯罐部分
(1)用于收貯本裝置柴油原料的5個貯罐都沒有氮氣密封流程，而二次柴油氧化安定性較差，因此建議這些貯罐增加氮氣密封流程，防止因二次柴油收貯過程中氧化生成沉淀物和膠質(zhì)。
(2)用于收貯反沖洗污油只有G1801一個貯罐，反沖洗污油含雜質(zhì)多，雖然通過G1801罐靜置，但仍有雜質(zhì)送到12號原料罐區(qū)，導(dǎo)致12號罐區(qū)的原料雜質(zhì)含量高。建議G18#罐區(qū)增加多一個本裝置反沖洗污油接收罐，實現(xiàn)罐區(qū)足夠的沉降靜置時間。
(3)二次柴油儲存時間長有利于機(jī)械雜質(zhì)充分沉降，卻與氧接觸容易發(fā)生縮合反應(yīng)，因此，要在保證二次柴油性質(zhì)不發(fā)生變化的基礎(chǔ)上盡量延長沉降時間
(4)罐區(qū)雜質(zhì)含量多后，建議定期安排柴油貯罐進(jìn)行清罐處理。
焦化柴油部分
(1)應(yīng)給焦化餾分油制定嚴(yán)格的殘?zhí)亢繕?biāo)準(zhǔn)，控制焦粉含量。
(2)焦化裝置柴油出裝置流程上增加并采用脫焦效果更好的過濾器，防止焦化柴油中焦粉影響下游貯罐和生產(chǎn)裝置自動反沖洗濾水器過濾器運行。目前處于研究階段的脫除焦粉的微旋流分離技術(shù)，脫除效果可以達(dá)到原料油中大于30um的焦粉全部去除，大于15um的焦粉的去除率不低于90%。
檢測分析
本裝置無監(jiān)測原料雜質(zhì)的方法和手段，建議技術(shù)質(zhì)量部與檢驗中心尋找出合適的雜質(zhì)含量的分析方法，定出原料雜質(zhì)指標(biāo)。
自動反沖洗濾水器過濾器定期蒸汽反沖洗
混合柴油中膠質(zhì)、重質(zhì)輕烴粘度較高，氮氣反沖洗無法將粘附在過濾器表面的膠質(zhì)等雜質(zhì)吹掃脫落。采用1.0MPa蒸汽反沖洗，蒸汽高溫有利于吹掃膠質(zhì)、重質(zhì)輕烴，也利于氯化銨結(jié)垢的溶解。蒸汽反沖洗效果見圖。經(jīng)過蒸汽反沖洗，自動反沖洗濾水器過濾器反沖洗頻次明顯減少，同時反沖洗起始壓差由100kPa降到30kPa。
