加氢裂化装置反应器飞温原因分析及处理办法

李响 闫福彬 袁红林(中国石油大港石化公司，天津 300280)

0 引言

加氢裂化技术由精制反应和裂化反应共同组成，总的热效应属于强放热反应，尤其在裂化催化剂所处的反应器或床层中，放热量更高。在正常生产中，通过冷氢调节阀的控制，床层的温升是处于动态平衡状态的。如果由于某些原因导致反应产物与冷氢所携带出的热量少于此床层反应的放出热量时，热量平衡就会被打破，最终导致事故的发生。飞温现象存在损坏反应器内构件的危害，还会使得催化剂结焦、缩短使用寿命甚至直接报废，更严重的还会导致反应器、高压换热器泄露着火等恶性事故事件的发生。为此，在加氢裂化装置的设计过程中，采取了0.7MPa/min和2.1MPa/min两种不同速度的泄压方式，根据飞温的严重性和事件具体情况进行选择。因此，在加氢裂化装置的运行中，分析反应器飞温的原因以及如何处理飞温事件就显得尤为必要。

1 引起反应器飞温的原因

1.1 循环氢流量减少或中断

反应器床层内放出的热量需要通过循环氢携带，如果循环氢流量减少或中断，就失去了降低床层温度的能力。循环氢中断对于控制反应器温度的影响是非常重要的，由于循氢机停运后很难向外携带出热量，原料油与催化剂接触的滞留时间过长，与氢气在高温的反应器中继续反应并持续放热，将会导致床层各处迅速超温，需要第一时间采取最有效的泄压方式。有时还会出现个别床层入口冷氢量增加，导致其它床层入口冷氢量被争夺的情况发生。通常导致循环氢压缩机停运的具体原因有冷高压分离器液位高联锁、循环氢压缩机油压低联锁、干气密封泄漏量高联锁、中压蒸汽中断以及循氢机运转参数异常等。

1.2 床层径向温差过大

床层径向温差是指在床层同一水平面上，不同位置的热电偶所测量的最高温度与最低温度之差。反映出由于催化剂装填不均匀、进料分配不均匀或反应器内构件损坏等原因，导致的原料油在反应器横截面流量分布不均，存在走“短路”这一情况。此情况会导致沟流的发生和热点的形成，体现在测点温度上就是床层径向温差大。这使得原料油在部分催化剂表面停留时间过长，局部反应过度，对控制反应温度产生了不利的影响，加大了操作生产的难度。在催化剂装填过程中，应该保证床层各个位置催化剂的堆密度一致，使原料油在反应器内部的流态接近于活塞流。

1.3 原料性质、新氢组分发生变化

原料油的性质各有不同，当原料油中的硫、氮含量增加或处理烯烃含量较多的原料时，精制催化剂所在的床层温升会有上涨的趋势，如果精制床层的冷氢量过大，还会存在裂化床层入口冷氢减少的风险。除了加工减压蜡油外，在掺炼焦化蜡油或催化柴油时，还需要考虑混合原料油的性质变化。对于采取尾油循环工艺的装置，循环油至反应系统的流量变化也会导致反应器进料性质变化。

新氢组份的发生变化也会引起床层温度的波动，新氢中CO、CO2含量增加时会发生甲烷化反应同时放出大量热量，造成床层温升过高而引发超温。在CO、CO2含量增加的情况下，可以降低反应器催化剂温度以减少系统耗氢量，再通过排放气控制阀保证循环氢纯度。同时告知氢气装置和PSA装置，直至CO和CO2的浓度脱除至正常范围。

1.4 床层入口温度变化

反应温度是加氢裂化工艺的重要操作参数之一，裂化过程的深度对温度的变化非常敏感，这在具有更高活性的分子筛催化剂(如HC-185)的工况条件下尤为明显。反应进料温度高于正常值，相当于加快反应放热的速率，各床层温升会以成倍的速率增长直至无法控制。在日常调整中，要严格遵循“先提量，再提温”的原则。

1.5 进料流量减少或中断

反应进料减少或中断可能会导致反应炉出口温度短时间内大幅升高，高温原料油进入反应器与催化剂接触加速了放热过程，造成温升难以控制。另一方面，原料油中断会导致系统内的氨含量减少，即抑制催化剂活性的氨组分减少，变相的提升了催化剂的活性。

1.6 仪表故障导致失控造成超温

仪表故障可能引起反应器床层入口温度控制点测量值偏移，导致冷氢控制阀开度大幅变化，进而造成床层温升升高或降低。另一方面，冷氢控制阀的故障也会引起冷氢流量减少或中断，造成反应器飞温。

2 反应器飞温的处理办法

在日常生产中，如果发生反应器床层飞温的情况，循环氢压缩机能否正常运转是处理床层温度的重中之重。因此，处理飞温的方法可以分为以下两类。

2.1 循环氢压缩机正常运转

在循环氢压缩机正常运转的条件下，要充分利用可支配的冷氢流量，携带飞温床层的反应热量。此种情况只要发现及时，处理得当，通常不会造成严重的飞温事件。

增加床层入口冷氢流量的供给。针对飞温的床层，开大床层入口冷氢控制阀，降低床层入口温度。除此之外，还要注意降低下一个床层的入口温度，以免造成大量热源携带至下一床层引起二次飞温。需要注意的是，各个床层入口的冷氢可能会存在相互争夺流量的情况发生，此时建议提高循环氢压缩机的转速，进一步增加可支配的冷氢流量。

降低加热炉出口温度。立即手动降低燃料气流量，迅速降低反应加热炉的出口温度，同时还建议开打原料换热器的旁路，降低反应加热炉的入口温度，最大程度上减少进入反应器的热量。需要注意的是，在加氢裂化常见工艺流程中存在原料油与反应产物换热器，超温后的反应产物会通过换热器进一步提高原料油至反应炉入口温度，有可能造成二次飞温。

2.2 循氢机联锁停机

在循环氢压缩机无法运转的情况下，0.7MPa/min和2.1MPa/min两种泄压方式是最为有效且最为重要的处理手段。值得注意的是，启动紧急泄压的时间越早越能够有效的抑制最高点温度。反应飞温处理期间切忌盲目恢复进料，避免“火上浇油”。在床层温度没有降至足够低时，引入原料油、氢气以及停止泄压的行为都有可能造成二次飞温。

启动2.1MPa/min联锁后必须坚持一泄到底，直至反应系统达到微正压才可停止泄压，严禁中途停止泄压，此时反应热即使在较低压力，在催化剂床层温度高时也可能很大。在高温低氢压下，等于热裂化，会造成催化剂结焦。

装置泄压到末期后要及时引入事故氮气置换反应系统中的氢气和油气。处理所用的事故氮气浓度需要达到99.9%，一旦纯度不够，氧气就有可能被带入反应器，与硫化态的催化剂发生氧化反应，进一步发生放热。另一方面，氧气会与反应器内的氢气混合，从控制爆炸极限的角度考虑也是不利的。

3 反应器飞温的案例

3.1 装置介绍

大港石化公司100万吨/年加氢裂化装置采用单反应器双剂串联、尾油全循环的加工工艺。2020年加氢裂化装置加工负荷为78%，循环比为1.65，混合原料的UOPK值介于芳香烃K值(10.5)和石蜡烷烃K值(12)之间。装置自2017年检修改造后采用石脑油增产方案，裂化床层装填的催化剂更换为活性较高的HC-185LT型和再生的HC-115LTr型。反应器各床层的入口温度见表1。

3.2 反应器飞温案例

2018年12月，加氢裂化装置由于冷高分液位较高，触发循环氢压缩机联锁停机，同时0.7MPa/min低速泄压联锁启动。当时活性较高的裂化床层温度先降后涨，4分钟后发现床层温度上涨速度较快，于是当班班组手动启动2.1MPa/min泄压放空。最终裂化床层有较多测点温度由正常操作的395℃超温至600℃。

表1 加氢裂化反应器各床层温度

2019年8月，由于上游电网波动装置发生晃电，导致循环氢压缩机联锁停机，同时0.7MPa/min低速泄压联锁启动，当班班组立即启动2.1MPa/min泄压放空，裂化床层最高温度仅达到495℃。

由此可见，在循环氢压缩机无法运转的情况下，紧急泄压联锁是最为重要的降温手段。针对作者本单位所处的加氢裂化装置，仅凭借低速泄压联锁并不能很好的抑制飞温这一过程，及时启动高速泄压不仅可以降低超温后床层的最高温度，还可以大大缩短开工恢复时间，降低泄露着火的风险，减少非计划停工带来的经济损失。

3.3 处理飞温过程的发现

大港石化公司具备提供6000Nm3/h高压事故氮气的条件，在事故处理中发现，高压氮气被引入到反应器后，会引起床层温度的上升，在2019年8月的案例中，裂化床层的最高温度由495℃上涨至512℃，这一现象可能是由于高压氮气的流动使得反应器内残存的原料油与氢气发生了混合所造成的。因此得出一个经验，对于飞温温度比较高的床层，为了避免引入事故氮气后高温热油向下方床层传递热量，可以优先将事故氮气通至反应器最后一个床层，待温度无明显上涨后再逐步由上吹扫，其他床层处理方式以此类推，此方法可以降低二次飞温的风险。

4 结语

加氢裂化工艺的热效应是强放热反应，床层入口温度是加氢裂化生产中的重要参数，循环氢压缩机的正常运转是控制反应器温度的重要保障，一旦循环氢压缩机停运，必须第一时间采取可靠的泄压方式，携带出反应器内大量的热量。本文分析了引起反应器飞温的诸多因素，通过分享工作中的真实案例，总结了有效应对飞温事件的处理办法，保障了装置安全生产和长周期运行。