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摘要：加氢裂化装置是石油化工行业中一类重要炼油装置，也是现代炼油二次加工、重油轻质化的主要装置之一。文章针对新建加氢裂化装置反冲洗过滤器反洗时发生的液击现象进行介绍，运用液击理论中的数学模型，对液击产生的原因进行计算和分析。通过对比几种常见消除液击的方法，最终选择延长阀门关闭时间，成功解决了该装置反冲洗过滤器液击问题。
关键词：加氢裂化；反冲洗过滤器；液击
1概述
某石化公司220万t/a柴油加氢裂化装置于2021年10月建成，12月投产。开工初期，该装置反冲洗过滤器在反冲洗过程中，随着排污切断阀的关闭，会引起过滤器和污油管道的强烈振动，并伴随着巨大的噪声，由此判断该过滤器反洗时发生了液击现象，工艺流程如图1所示。
反冲洗过滤器是加氢装置的重要设备，其作用是通过滤芯过滤原料油中的机械杂质，提高原料的洁净度，减缓反应器压降的增加速度，减少冷换设备的结垢和堵塞，降低对高压进料泵叶轮的冲刷和机械密封损坏的风险，保证装置长周期平稳运行。
最初通过在污油管道上增加支撑对管道进行加固，来消除反冲洗时产生的剧烈振动，但实际效果并不显著。经检查发现多处支撑螺栓经常松动且焊口出现开裂现象，还引起阀门填料破裂，导致原料油大量泄漏。现场污油管道经管廊到达污油罐，反洗时会引起管廊其他工艺管道振动，对装置安全生产造成严重威胁，迫切需要有效措施解决本装置液击问题。
2反冲洗过滤器原理及参数
2.1工作原理
该装置采用星形列管式反冲洗过滤器，由9列过滤器构成，每列含有6个滤筒，滤筒内有19支滤芯，滤筒通过导流机构并联在一起，如图2所示。正常工作时，液体进入过滤器后平均分配至各个滤筒，由外向内经过滤芯，大于滤网开孔尺寸的颗粒被拦截在滤芯表面，滤后液体在出口总管汇合后流出过滤器完成过滤过程。随着颗粒在滤芯表面不断堆积，过滤器差压逐渐上升。当差压达到设定值时，系统程序开始控制过滤器进行反洗。
本套星形反冲洗过滤器采用内源反冲洗模式，即采用部分自身过滤后的原料进行反洗。反洗时，控制系统控制导流机构上的气动执行器使之转动，带动导流机构转动并对准第一个滤筒，导流管将该滤筒排污口与排污管线接通。导流机构底部排污出口上安装一台排污切断阀，这时自动打开排污切断阀，由于污油管线背压较低，出口管线内的一部分滤后介质反向进入该滤筒，流向排污口。流体由内向外穿过滤芯，将附着在滤芯表面上的杂质带入反冲洗污油罐中。该滤筒反洗完成后，关闭排污切断阀，导流机构再次转动并对准下一个滤筒，不断重复同样的动作。当所有滤筒都反洗一遍后，反洗过程结束，过滤器恢复正常工作状态。
2.2工作参数
该加氢装置年处理量为220万t，总进料为420 t/h，其中新鲜原料量为262 t/h，由催化柴油、焦化柴油和直馏柴油组成。催化柴油和焦化柴油中含有大量机械杂质，原料质量较差，反冲洗过滤器的工作参数如表1所示。
3液击现象分析
3.1液击定性
如图3所示，水槽下侧连接有一段长度为L的引水管，引水管末端装有一阀门。初始状态下阀门开启，水以恒定流速v向外流动；当阀门突然关闭时，流速v瞬间降为0，管中水体的动量也发生相应变化，压强突然增大，此时会引起管道强烈的震动、噪声和气穴，有时甚至引起管道变形、爆裂或阀门损坏，这就是液击现象。
液击会产生液击波，液击波从阀门传播到管道出口再返回阀门所需时间称为液击的相，以tr表示，两相为一个周期，即：
式中：L为管道长度(m)；c为液击波的传播速度(m/s)。
液击理论中，根据阀门关闭时间ts和液击波从阀门传播到管道出口再返回阀门所需时间tr的大小关系，将液击分为两类。当ts≤tr时，为直接液击；当ts>tr时，为间接液击。在直接液击过程中，阀门处的液击增压不受水池反射的减压波削弱，而达到可能出现的最大值，故直接液击危害巨大[1]。
在考虑液体的压缩性和管壁弹性后，由理论分析可以得到薄壁管中的液击波传播速度c：
式中：K为液体体积模量(N/m3)；ρ为液体密度(kg/m3)；d为管道内径(m)；E为管道材料弹性模量(N/m3)；δ为管道壁厚(m)。
该反冲洗过滤器与污油罐之间的排污管线长为45 m，内径为0.2 m，壁厚为0.01 m，材质为20#钢，查得弹性模量为2.06×1011/N/m3；原料油密度为840 kg/m3，体积模量为1.31×109/N/m3。
将上述数据代入式(2)中，得：
所以液击波在污油管线内的传播速度为1 170 m/s。将c=1 170 m/s代入式(1)中，得：
过滤器在反洗时，排污切断阀会瞬间关闭，故将ts取0.05 s；显然0.05 s<0.08 s，所以ts≤tr，该过滤器反冲洗时为危害较大的直接液击。
3.2最大液击压强计算
直接液击时，最大液击压强△p值可按下式计算[2]：
△p值=ρcv0(5)
式中：v0为管道中流体的流速(m/s)。
反洗时污油管线内污油的流量为240 t/h，结合管径和介质密度将流量换算成流速为2.5 m/s，代入式(5)中，得：
△p值=ρcv0=840×1 170×2.5 Pa≈2.5 MPa(6)
通过计算得出直接液击产生的最大压强为2.5 MPa，所以较大的压强对设备和管道的冲击是很严重的。
4消除液击的基本方法
工业生产过程中液击现象无法完全避免，为减小液击及液击带来的危害可采取以下方法。
4.1管道加固
在管道上相应位置增加支撑、优化支撑位置和更换支撑形式，使管道固定更加牢固，减小管道产生的振动。实践表明此方法不能减小液击压强，阀门和设备所受冲击并不会减小，不能解决根源问题。
4.2管道增加缓冲装置
在管道中设置气囊蓄能器，系统压强增大时，气囊被压缩起到缓冲作用，减小液击压强及液击影响范围。该方法会增加设备投资，且需要停工处理，不符合经济性要求[3]。
4.3管道增加限流孔板
在管道中设置一个或多个限流孔板，增大管路系统的局部阻力，降低介质流量和流速，有利于减小液击引起的动量变化量，从而削弱液击压强增量。该方法降低了冲洗油流量，导致过滤器反冲后压差偏高，增加冲洗频次，加快设备老化，且同样需要停工处理[4]。
4.4延长阀门关闭时间
延长排污切断阀关闭时间ts，让阀门缓慢关闭，减小液击压强，避免产生直接液击。该方法通过调整排污切断阀自动化控制系统相关参数实现，不需要停工处理，经济性和可操作性较好。
5处理措施及效果
5.1处理措施
由于延长阀门关闭时间的方法，无论是处理过程的便捷性，还是经济性，都是最优的选择，所以在与厂家技术人员沟通后，确定了调整方案。最终在厂家技术人员和仪表专业人员的共同配合下，通过调节排污切断阀上的仪表风进风调节气阀开度，来达到延长阀门关闭时间的目的，如图4所示。经过不断调整，关闭时间从原来的0.05 s，延长到4.00 s时，液击几乎被消除。
5.2处理效果
因为4.00 s>0.08 s，所以处理后ts>tr，这时的液击为危害较小的间接液击。间接液击时，最大液击压强△p间可按下式计算：
将数值代入式(7)计算得：
由此可知，最大液击压强由处理前的2.5 MPa，降为0.05 MPa，为原来的1/50，效果显著，所以现场设备和管道的振动、噪声也得以消除。
6结论
本文运用液击理论对某石化公司加氢裂化装置反冲洗过滤器反洗过程中出现的液击现象进行定性、定量分析后，得出以下结论：(1)液击现象无法完全被消除，消除液击现象的本质是将液击压强增量较大的直接液击，调整为液击压强增量较小的间接液击，以减小其带来的危害；(2)实际生产过程中，采用延长阀门关闭时间消除液击的方法，效果和可行性较为显著，也符合经济性要求；(3)操作规程中应对装置重要阀门的操作速度作出明确规定，避免因操作过快而导致液击现象发生。
参考文献：
[1]赵琴.流体力学与流体机械[M].北京：中国水利水电出版社，2016.
[2]程强，刘洪佳.压力管道中流致振动机理分析[J].山东化工，2021，50(19)：167-169.
[3]刘小新，刘力魁，刘洋.化工装置设计运行中的安全问题及控制措施[J].化工管理，2022(35)：130-133.
[4]侯慧敏，周冬蒙，田俊姣，等.泵站压力管道振动特性分析及减振优化设计[J].水电能源科学，2020，38(8)：95-99.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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加氢裂化装置反冲洗过滤器液击现象分析及处理论文
人参与 2024-12-10 11:19:15 分类 : 管理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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