柴油加氢改质装置自动反冲洗滤水器过滤器运行分析

     柴油加氢改质装置自动反冲洗滤水器过滤器运行分析，中国石油化工股份有限公司柴油加氢改质装置采用自动反冲洗滤水器过滤器。针对该设备在实际运行中存在堵塞及反冲洗周期变短的问题，进行详细的原因分析，并提出改善设备运行的建议和措施。
     中国石化广州分公司200万吨/年柴油加氢改质装置，生产石脑油以及精制柴油。该装置的自动反冲洗滤水器过滤器采用新一代“ZFG型自动反冲洗过滤系统”产品，能自动分离过滤原料中固体杂质，有效地过滤机械杂质，提高输出产品质量；并能在系统设备不停车的情况下对过滤元件进行自动清洗，从而避免采用固定式过滤器因杂质堆积过多压损过大时，需要频繁拆卸过滤器冲洗元件而带来经济损失。该自动反冲洗滤水器过滤器采用多组过滤单元组合的方法以达到较大流量，控制器采取分组过滤方法进行。
自动反冲洗滤水器过滤器
工作原理流程
过滤原理
     过滤是分离悬浮液普遍和有效的单元操作之一，它是以某种多孔物质为分离器(滤网)，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过滤网的孔道，而固体颗粒被截留在滤网的一侧，从而实现固、液分离，可获得清净的液体或固相产品(见图1)。实现过滤操作的外力可以是重力、压强差或惯性离心力。在石油、化工行业中主要还是以压强差为外动力进行过滤。与沉降分离相比，过滤操作可使悬浮液的分离更迅速更彻底；与蒸发、干燥等非机械操作相比，其能量消耗比较低。
     工业中的过滤操作分为两大类：饼层过滤和深床过滤。柴油加氢改质装置使用的自动反冲洗滤水器过滤器主要是采用饼层过滤操作技术。采用饼层过滤时，悬浮液置于滤网的一侧，固体物沉积于滤网表面而形成饼层。过滤时滤网上的微孔将悬浮液中直径大的颗粒截获，而不必要截获的小于滤网微孔的细小颗粒则予通过，直径大的颗粒在微孔外表面迅速地发生“架桥”现象(见图2)。
     逐渐使直径较小的颗粒也被截获，滤饼开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。可见在饼层过滤中，真正发挥截拦颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤元件。它适应于处理固体含量较高的悬浮液。
     自动反冲洗滤水器过滤器是国际上比较先进的过滤形式，它能够自动控制过滤。柴油中的焦粉颗粒、机械杂质，进入反冲洗系统进行过滤，并在系统不停车的情况下自动对过滤网进行冲洗。自动反冲洗滤水器过滤器以其灵活多变、易操作和自动化程度高受到人们的青睐。
自动反冲洗滤水器过滤器工艺原理
     当流体流经装有滤芯的过滤容器时，颗粒物逐渐沉积并聚集在滤芯外表面区域形成滤饼。随着滤饼厚度的增加，液流越来越难于穿过滤芯，压差增大，当压差或时间达到预先的设定值时，进入反冲洗程序。反冲洗程序按利用滤后清洁原料油反洗和利用氮气辅助进行反冲洗二种程序可选，利用滤后清洁原料油反洗时其压力要求达0.5MPa(G)。
     自动反冲洗滤水器过滤器采用直列式结构，有5列过滤器并联组成，每列有6组并联过滤单元，共30组过滤单元。反冲洗过程：(1)利用氮气辅助反冲洗工作状态：DCS控制系统先关闭该列的所有阀，接着打开氮气进口阀及一组的过滤阀和污油排放阀，利用辅助气体的能量释放实现反冲洗，接着按顺序打开和关闭该列的所有过滤阀后，反冲洗程序完成，关闭氮气进口阀及污油排放阀。(2)充入原料油并排放滤壳内残留废气：打开废气放空口阀和原料进口阀，利用液位控制器达到废气排放的目的，然后打开原料出口阀，进入正常的过滤，该列一个循环反冲洗程序结束。按上述的程序DCS控制系统自动对另4列自动反冲洗滤水器过滤器进行反冲洗，冲洗程序完成后，全部投入运行。
过滤器运行状态
反冲洗后初始压降
     FI9101和FI9102自动反冲洗滤水器过滤器反冲洗后初始压降情况见下图5。
     由图5可知，自动反冲洗滤水器过滤器运行反冲洗后初始压降基本都是50kPa以下，和表1中的反冲洗后初始压降是0.03MPa数据相差不大，说明过滤器反冲洗效果较好，可以将堆积的机械杂质吹扫干净，满足粗柴油过滤的要求。
反冲洗时间
     表1中原料过滤器F9101反冲洗时间≥6h，氮气消耗量为0.8m3/次；污油量1.5m3/次。而实际运行过程中比较正常时是6小时反冲洗了11次，远远超过原设计次数；焦化柴油过滤器FI9102反冲洗时间≥6h，污油量0.6m3/次，而实际运行过程中比较正常时是6小时反冲洗了7次，也远远超过原设计次数。说明进本装置的粗柴油携带较多的杂质，造成过滤器频繁反冲洗。过滤器频繁反冲洗对装置影响：(1)氮气消耗量比设计增加了32m3/天；(2)产生的污油量增加了74.4m3/天。以上是比较正常工况下两个过滤器运行情况，如果进装置的原料中杂质较多，则原料过滤器则连续不停反冲洗，曾经反冲洗污油量达到237.7吨/天。
自动反冲洗滤水器过滤器堵塞及原因分析
     由于装置接收的原料有贮运罐区柴油、催化裂化柴油、蒸馏一常三柴油、蒸馏一减一线柴油、蒸馏三常三线柴油、焦化柴油，以上任何一路柴油波动后，都有可能将杂质携带到原料过滤器，导致原料过滤器反冲洗频繁，严重时无法确保原料缓冲罐液位的正常，造成装置大幅度调整。
自动反冲洗滤水器过滤器堵塞原因分析
     由于重催柴油与蒸馏一柴油共用一条流程，无法直供料至本装置，因此该股物料对原料过滤器影响未采集到相关材料。从以上情况可以看出，进柴油加氢改质装置的柴油，不管是直馏柴油，还是二次柴油，当上游装置生产波动进，都有可能导致柴油组分中杂质量增多，影响过滤器的运行。
     从进装置对各直供料采样外观上看，焦化柴油的外观较黑，说明焦化柴油中焦粉含量较多。焦化装置的焦粉来源是随着焦炭积聚，焦化塔内液相料面逐渐升高，当液面过高、油气泡沫现象严重时，塔内焦粉会被油气从塔顶带走。因此，一般在料面达到2/3的高度就停止进料，切换焦化塔，但油气还是难免携带焦粉进入分馏塔；其次焦化塔蒸汽吹洗过程中，具有一定线速度的蒸汽在高料位下也会夹带焦粉进入分馏塔。本装置虽然有焦化柴油过滤器FI9102，但是它只能过滤掉＞40um的机械杂质，较多25~40um的机械杂质还是会影响到原料过滤器FI9101。增加焦化三柴油直供料量后两个过滤器压差变化也可以说明焦化柴油中杂质含量较多。
解决自动反冲洗滤水器过滤器堵塞措施及建议
直供料部分
     当原料过滤器出现冲洗频繁时，装置及时向调度反映，并进行排查原因。当明确哪一路柴油进料导致自动反冲洗滤水器过滤器堵塞时，可以适当控制、减少甚至暂停该股来料，确保过滤器正常运行。
柴油贮罐部分
     (1)用于收贮本装置柴油原料的5个贮罐都没有氮气密封流程，而二次柴油氧化安定性较差，因此建议这些贮罐增加氮气密封流程，防止因二次柴油收贮过程中氧化生成沉淀物和胶质。
     (2)用于收贮反冲洗污油只有G1801一个贮罐，反冲洗污油含杂质多，虽然通过G1801罐静置，但仍有杂质送到12号原料罐区，导致12号罐区的原料杂质含量高。建议G18#罐区增加多一个本装置反冲洗污油接收罐，实现罐区足够的沉降静置时间。
     (3)二次柴油储存时间长有利于机械杂质充分沉降，却与氧接触容易发生缩合反应，因此，要在保证二次柴油性质不发生变化的基础上尽量延长沉降时间
     (4)罐区杂质含量多后，建议定期安排柴油贮罐进行清罐处理。
焦化柴油部分
     (1)应给焦化馏分油制定严格的残炭含量标准，控制焦粉含量。
     (2)焦化装置柴油出装置流程上增加并采用脱焦效果更好的过滤器，防止焦化柴油中焦粉影响下游贮罐和生产装置自动反冲洗滤水器过滤器运行。目前处于研究阶段的脱除焦粉的微旋流分离技术，脱除效果可以达到原料油中大于30um的焦粉全部去除，大于15um的焦粉的去除率不低于90%。
检测分析
     本装置无监测原料杂质的方法和手段，建议技术质量部与检验中心寻找出合适的杂质含量的分析方法，定出原料杂质指标。
自动反冲洗滤水器过滤器定期蒸汽反冲洗
     混合柴油中胶质、重质轻烃粘度较高，氮气反冲洗无法将粘附在过滤器表面的胶质等杂质吹扫脱落。采用1.0MPa蒸汽反冲洗，蒸汽高温有利于吹扫胶质、重质轻烃，也利于氯化铵结垢的溶解。蒸汽反冲洗效果见图。经过蒸汽反冲洗，自动反冲洗滤水器过滤器反冲洗频次明显减少，同时反冲洗起始压差由100kPa降到30kPa。