摘要：針對(duì)乙烯裂解裝置脫丁烷塔塔盤的結(jié)垢、堵塞故障，在不停車的情況下，采用合適的在線檢測(cè)診斷技術(shù)對(duì)該塔進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確診斷分析出塔內(nèi)部故障產(chǎn)生的原因和部位，選擇合理的在線沖洗方案，在兼顧塔頂、塔底產(chǎn)品合格的同時(shí)，可順利解決脫丁烷塔內(nèi)部的堵塞故障，延長(zhǎng)了脫丁烷塔的運(yùn)行時(shí)間，避免了裝置停車，保證裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：脫丁烷塔  運(yùn)行故障  γ射線掃描技術(shù)

脫丁烷塔是乙烯裂解裝置的重要設(shè)備，在日常生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中常伴有聚合物結(jié)垢、堵塞的問(wèn)題。隨著脫丁烷塔設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，塔內(nèi)聚合物的堵塞問(wèn)題日益突出，并出現(xiàn)在脫丁烷塔的塔盤、降液管等位置的堵塞故障，造成塔壓差明顯增加，勢(shì)必會(huì)影響其操作穩(wěn)定性，造成分餾效率降低，產(chǎn)品質(zhì)量不合格等問(wèn)題，成為影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸。由于石油化工生產(chǎn)的連續(xù)性，一些重要的塔設(shè)備不能隨意切換或停工處理 ，否則將導(dǎo)致整個(gè)裝置停車，經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，針對(duì)此類使用常規(guī)檢查檢測(cè)方法難以查找的在役設(shè)備內(nèi)部故障，探索一種有效的在線檢測(cè)手段顯得尤為重要。

1  乙烯裂解脫丁烷塔工藝流程

乙烯裂解裝置脫丁烷塔的主要作用是將低壓脫丙烷塔塔釜來(lái)的碳四及以下組分分離成混合碳四產(chǎn)品和裂解汽油，分別供丁二烯抽提和裂解汽油加氫裝置。中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司乙烯裂解裝置于2010年4月投產(chǎn)，脫丁烷塔DA407處于乙烯工藝流程末端，塔頂為混合碳四產(chǎn)品，塔釜為粗汽油產(chǎn)品。該塔共46層塔盤，1-29層為單溢流浮閥塔盤，低壓脫丙烷塔進(jìn)料由第30層塔盤進(jìn)入，31-40層為雙溢流浮閥塔盤，41-46層為雙溢流固閥塔盤。塔頂精餾產(chǎn)品混合碳四由塔的回流泵送出，塔釜汽油產(chǎn)品經(jīng)冷卻后與重汽油一起送往裂解汽油加氫裝置，塔釜溫度設(shè)計(jì)為112.8℃。其系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 脫丁烷塔系統(tǒng)流程示意圖

脫丁烷塔DA-407設(shè)備基本概況：

2  脫丁烷塔故障現(xiàn)象及原因分析

2017年6月，乙烯裂解裝置脫丁烷塔DA407在線壓力儀表顯示下塔壓差明顯增加，最高增至25KPa左右，根據(jù)脫丁烷塔系統(tǒng)各種故障表現(xiàn)，分析其原因?yàn)樗?nèi)浮閥、降液管等部件因聚合物堵塞，流體流通不暢，產(chǎn)生液泛，導(dǎo)致脫丁烷塔工作不正常，傳質(zhì)傳熱不良致使產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，生產(chǎn)部門只能通過(guò)降低負(fù)荷來(lái)維持脫丁烷塔的正常運(yùn)行。

對(duì)上個(gè)運(yùn)行周期發(fā)現(xiàn)的聚合物成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，聚合物中大部分的物質(zhì)是有機(jī)物(在800℃時(shí)燒失量＞80%)，其中也含有一定量(11%～13%)的腐蝕副產(chǎn)品———鐵氧化物(Fe₂O₃，Fe₃O₄)。

3  脫丁烷塔故障的在線診斷

為確定脫丁烷塔內(nèi)具體的氣液相分布情況及堵塞位置，給制定解決方案提供依據(jù)，采用合適的在線檢測(cè)與診斷技術(shù)非常必要，而塔設(shè)備γ射線掃描檢測(cè)技術(shù)能滿足此要求。

3.1 γ射線掃描檢測(cè)原理

γ射線在物質(zhì)中的衰減服從指數(shù)規(guī)律：

ρ——介質(zhì)（指吸收物質(zhì)）密度；      l——透過(guò)介質(zhì)的厚度；

I——射線透過(guò)吸收物質(zhì)后的強(qiáng)度；     Io——初始（γ射線）強(qiáng)度。

μ_m——物質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)

射線透過(guò)物體后的輻射強(qiáng)度，與物體的厚度、密度及物質(zhì)對(duì)γ射線的吸收系數(shù)有關(guān)。在塔設(shè)備的檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)塔徑、塔壁厚為固定值時(shí)，射線穿過(guò)塔設(shè)備后的輻射強(qiáng)度只與塔內(nèi)的混相的密度相關(guān)。因此射線掃描所得的圖譜實(shí)際上是反映塔內(nèi)介質(zhì)密度的變化情況，正常運(yùn)行的塔設(shè)備其內(nèi)部密度分布是有一定規(guī)律的，通過(guò)射線檢測(cè)得到的輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)也就存在規(guī)律。塔設(shè)備的射線掃描檢測(cè)，就是利用射線掃描得到反映設(shè)備內(nèi)介質(zhì)密度變化情況的掃描圖譜，并對(duì)掃描圖譜進(jìn)行分析，來(lái)判斷塔內(nèi)氣液相運(yùn)行與塔內(nèi)件情況。

3.2 檢測(cè)方法

圖2  脫丁烷塔射線檢測(cè)示意圖

如圖2所示，在脫丁烷塔檢測(cè)過(guò)程中，將放射源與輻射信號(hào)接收器分別放置在塔頂兩側(cè)，保證放射源與接收器在同一水平面上，接收器即能接收到射線穿過(guò)塔后的輻射強(qiáng)度信號(hào)，將放射源與接收器自塔頂至塔底同步向下移動(dòng)，接收器即能接收到整個(gè)塔截面的輻射信號(hào)，從而形成檢測(cè)圖譜。

3.3 檢測(cè)結(jié)果

在脫丁烷塔不同時(shí)間、及不同運(yùn)行工況下采用γ射線掃描檢測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了多次檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：

1. 2017年7月份：第41～45層兩側(cè)塔盤以及第46層其中一側(cè)塔盤液泛，液體流通不暢，第45、46層塔盤存在明顯的堵塞故障，第41～44層塔盤可能存在堵塞故障； 

2. 2017年12月份：依據(jù)7月份的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)脫丁烷塔下部進(jìn)行在線沖洗后，第41～44層以及第46層塔盤均恢復(fù)正常，第45層塔盤的堵塞故障仍然存在； 

3. 2018年3月份：塔內(nèi)氣液相運(yùn)行情況與2017年12月份情況一致，沒有出現(xiàn)明顯惡化趨勢(shì)。

    

   圖3 脫丁烷塔γ射線掃描檢測(cè)圖譜

   （圖中紅、藍(lán)兩種顏色分別表示中間降液管兩側(cè)塔盤的檢測(cè)圖譜，檢測(cè)日期從左至右：2017-07、2017-12、2018-03）

   4   運(yùn)行故障的在線處理措施

   根據(jù)脫丁烷塔γ射線掃描的檢測(cè)結(jié)果，提出的具體的處理步驟如下：

   自泵GA-413至界區(qū)的混合C4管線上質(zhì)量流量計(jì)（流量計(jì)臨時(shí)拆除）處接引DN100管線至脫丁烷塔，分四路管線分別進(jìn)塔沖洗，以清除塔內(nèi)堵塞物。工藝流程圖詳見圖4。

    

   圖4 脫丁烷塔在線清洗的管道與工藝流程圖

    

    

   圖5 脫丁烷塔在線清洗的管道在塔體平面位置圖

    

   處理結(jié)果如下：

   脫丁烷塔在引入混合C4進(jìn)行清洗12個(gè)小時(shí)后，脫丁烷塔下部塔壓差有了明顯下降，過(guò)濾器壓差升高，塔內(nèi)焦塊在塔頂物料反沖洗作用下部分脫落。從2017年7月份與12月份脫丁烷塔在線處理前后的檢測(cè)圖譜對(duì)比情況也可以看出：沖洗后，塔運(yùn)行狀況有明顯好轉(zhuǎn)，第46層塔盤不再出現(xiàn)堵塞故障，且通過(guò)對(duì)脫丁烷塔的持續(xù)沖洗，其運(yùn)行狀況沒有顯著惡化。

    

    

   5   脫丁烷塔塔盤的檢修

   2018年4月，裝置停工檢修，脫丁烷塔打開檢查發(fā)現(xiàn)：第45層塔盤上的固閥被大量聚合物堵塞，其實(shí)際情況與在線檢測(cè)的結(jié)果基本一致。

   根據(jù)脫丁烷塔的檢查情況，更換了塔下部43-46等四層易出現(xiàn)聚合物結(jié)垢的塔盤，去掉了塔盤的溢流堰，增大了塔盤的開孔率，再次開工后，脫丁烷塔運(yùn)行正常。

    

   圖6 脫丁烷塔第45層塔盤固閥堵塞情況照片

   6   結(jié)語(yǔ)

   脫丁烷塔的堵塞故障是由于結(jié)焦物在塔盤、降液管聚合，從而引起液體流動(dòng)不暢所致。結(jié)合塔壓差的變化情況，采用γ射線掃描技術(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，判斷堵塞部位和堵塞程度，依據(jù)檢測(cè)情況引入合適的清洗介質(zhì)進(jìn)行在線清洗，可以順利解決或緩解脫丁烷塔的堵塞故障，保證了生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

    

   參考文獻(xiàn):

4. 郝寶林  脫丁烷塔聚合發(fā)生的原因及應(yīng)對(duì)措施  乙烯工業(yè)2017，29(2)