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摘要：稳定系统是催化裂化装置产品质量控制的重要岗位，但很多装置都存在稳定系统带水问题，该问题一直困扰装置的安全平稳运行，导致装置能耗增加，操作难度大，产品质量控制困难等。稳定系统带水分突发性和长期性带水两种情况，本文主要讨论稳定系统长期带水对操作带来的危害。
关键词：凝缩油;稳定;解析
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2020）-20-329
1.稳定系统带水问题背景分析
1.1稳定系统水的来源
进入稳定系统的水主要有两个主要来源，一是粗汽油进入吸收塔时携带的水分，二是富气水洗用水进入稳定系统。在正常情况下，这两部分进入稳定系统的水在经过凝缩油罐时会进行油水分离，水由水包脱出，如果油水分离彻底，凝缩油作为解析塔进料不会含有水分。如果油水分离不彻底，就会出现解析塔进料带水现象，进而使携带水分进入稳定塔，出现稳定塔产品质量控制困难的现象。其中影响最大的是稳定汽油蒸气压和液态烃中碳五含量的控制。
1.2稳定系统带水原因
1.2.1粗汽油含水量及富气注水量大
粗汽油带水量过大及富气注水量过大，超出凝缩油罐D1301（图1）分离能力，会造成凝缩油罐进行油水分离时分离精度下降，主要是凝缩油罐在油水分离时由于水量大，使部分水来不及沉降即被凝缩油带走，进入解析系统。在解析系统由于不能完全将水分解析出塔底，使得稳定塔进料也会带水，在稳定塔带水时会对产品质量造成特别大的影响。但此种带水，会通过调整富气注水量及减少粗汽油带水量而得到很好的控制，进而消除稳定系统带水现象。以此种方式进入稳定系统的水，在实际生产中往往突然间发生，主要原因是富气注水调节阀失灵开大，进入稳定系统的水量大幅度增加，或分馏粗气油罐界位控制失灵，大量的水随粗汽油进入稳定系统。
1.2.2设备原因
另一种稳定系统带水方式是凝缩油罐设计不合理，由于凝缩油罐（D1301）内线速较高，油水返混严重，油水分离效果差，造成稳定系统带水。图2为某装置凝缩油罐内部简图，该装置稳定系统自2010年建成投产以来，稳定系统带水问题一直困扰装置的安全平稳运行，经检查，发现D1301凝缩油入罐管线设计不合理，原设计入罐管线朝向罐体北侧封头，具有一定线速的凝缩油入罐后被喷射到器壁后直接沿器壁流到罐底部，致使罐内液体处于不稳定状态。凝缩油中的水分没有充足的时间沉降，最终被带到C1304中。
1.3稳定系统带水的表现
稳定系统带水后很难保证稳定系统平稳操作，稳定塔压力、温度频繁波动，产品质量控制困难，严重时出现稳定汽油及液态烃产品质量不合格。稳定塔顶回流罐D1302（图1）界位持续升高，稳定塔顶回流量大，塔顶冷却负荷增加。解析塔底及稳定塔底热源消耗量增加等现象。
2.稳定系统带水的危害
2.1对稳定塔顶冷回流的影响
稳定塔实际上是一个精馏塔，从精馏原理来说，当塔内进料含水时，水分在底部被汽化后，在稳定塔精馏段由于有水蒸气的存在，降低了液态烃组分的分压。使稳定塔中较重组分进入稳定塔顶部，分离精度下降，塔顶液态烃携带碳五量增大。为了不使分离精度下降，必须增加回流比。因此为了保证稳定塔的分离精度，液态烃质量合格，稳定塔顶回流比进料不带水时要大。图 2所示某装置在检修时，将D1301入口管线弯头后部短管去掉，罐入口与器壁间的距离增加了200mm。避免因冲击力过大，造成的罐内液体的不稳定流动。延长了凝缩油在罐中的停留时间，使水份充分沉降，提高了D1301的脱水效果。经过对设备局部的改动，稳定塔带水现象有所缓解，回流比由3.0降至2.1，塔顶压力控制相对平稳。
2.2对稳定塔顶压力的影响
稳定塔进料带水，在稳定塔操作压力及温度下导致水分在稳定塔内多次汽化和冷凝，在汽化与冷凝的过程中使稳定塔的压力出现剧烈波动。根据带水量的大小，波动幅度有所不同。带水量大，波动幅度大，带水量小，波动幅度较小。主要原因是水在1MPa压力下汽化温度需要達到179.9℃，而稳定塔的操作压力是0.95-1.05MPa，塔底再沸器温度在175-182℃。在此温度下水分在塔底被汽化，体积膨胀，气相回流量大幅度增加。作为气相回流逐层塔板上升，在上升过程中被液相回流逐渐冷却，变成液态后又回流到塔底，重新被加热，在此过程中稳定塔压力会出现反复的波动。
2.3 稳定塔底温度不稳
对稳定系统操作来说，从长的生产趋势看，产品分布中汽油收率是稳定的，即：稳定塔底热量的需求应该是稳定的。从热源方面看中段循环量稳定，中段抽出温度跟反应来的油气温度、产品分布有一定关系：油气温度有波动，但总体变化不大;产品分布变化也不大。应该说热源方面有小幅波动，但总体变化不大。
从以上看，供需双方基本稳定，塔底温度应该可控，C1304底温波动另有原因。
经调取操作曲线可以发现发现：稳定塔底温度波动与塔底液位、中段温度存在关联（图3）。
观察曲线发现，因塔底液位变化，导致塔底需热的变化，中段油因循环稳定，未能跟上需热的变化，只有频繁调整塔底重沸器（E1303）温控阀以满足C1304塔底需热，导致中段油温度随之变化，甚至影响分馏塔中部热平衡，导致柴油质量也发生波动。
因此C1304液位波动是C1304底温不稳定的根本原因。正是因为塔底液位波动导致塔底需热大幅变化：
当稳定塔底液位升高，需热增加而中段热量未能及时提供时，C1304底温下降，轻组分未能及时蒸出，提馏段气相负荷降低;另外因塔底温度降低，中部温度亦随之下降，水蒸气冷凝，随液相流至塔底，导致需热进一步增加。底温下降带来的影响是，C1304提馏段气相负荷降低，大量轻组分、冷凝后的水蒸气（明水）再次被压至塔底，塔底液位上升、需热进一步增加，导致底温大幅下降。如此周而复始的调整，导致C1304始终处于轻微 “冲塔”、“淹塔”状态转换中。因此稳定塔底液位的变化会造成稳定塔底温度的波动，但稳定塔带水加剧了稳定塔底温度波动的幅度。 2.4对产品质量的影响
2.4.1稳定汽油初馏点、蒸气压的影响
稳定塔進料带水导致稳定汽油初馏点、蒸汽压不合格。主要是以下四方面原因：
（1）稳定塔压力波动
稳定塔压力在带水时出现周期性波动，压力的波动势必会破坏塔盘上的气液相平衡。在塔压力升高时，气相中重组份减少，相应地提高了气相中轻组份的浓度，液相中轻组份浓度较前增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。另外，压力增加，组分间的相对挥发度降低，分离效果下降使更多的轻烃组分进入塔底，使稳定汽油中轻烃组分含量增加。
（2）稳定塔底温度波动
由于塔底液面的变化，底温出现周期性变化，稳定塔底温下降时，轻烃组分滞留在塔底液相中，使稳定汽油蒸气压升高。
（3）稳定塔提馏段气液相回流的变化
稳定塔压力、塔底温度周期性的变化，导致稳定塔气液相回流的重量比也跟随周期性的变化，气液相回流周期性变化，导致塔盘上传质传热效率下降，分离精度下降，最终影响产品质量。
（4）稳定塔底热源不足
稳定塔进料带水，在水反复汽化冷凝过程中，稳定塔底需热量急剧增大，出现稳定塔底热源不足的现象。热量不足直接引起底温下降，使轻烃组分滞留塔底液相中，使稳定汽油质量控制困难。
2.4.2液态烃中碳五含量的影响
稳定塔进料带水，造成稳定塔压力波动。压力降低，塔顶馏分的数量增加，浓度减少，塔顶馏分中重组分增加，分离效果下降。另一方面为了保证液态烃产品质量合格，加大了稳定塔顶冷回流量，冷回流量的增加，直接使稳定塔顶部气液相负荷增大，严重时会造成稳定塔上部超负荷，使产品质量更难于控制。
2.4.3液态烃中C1、C2组分的影响
在解析塔对脱乙烷汽油进行解析时，解析塔进料带水，在解析塔操作压力及温度下，液态水无法完全汽化，从塔顶解析气中排出，最终只能进入解析塔底，随脱乙烷汽油进入稳定塔，这也是稳定塔进料带水的原因。由于液态水在解析塔内反复汽化、冷凝导致解析过程中需热量进一步增加，在热量不足的情况下，会出现解析不完全的现象，使脱乙烷汽油携带C1、C2组分。在进入稳定塔后，由于无法完全脱除，最终使液态烃携带C1、C2，同时会使液态烃罐压力升高，不凝气排放量增加，损失液态烃收率。
2.4.4对柴油质量的影响
因稳定塔底需热量的变化，中段油因循环稳定，未能跟上需热的变化，导致中段循环油返分馏塔温度出现波动，最终影响到轻柴油抽出温度，甚至影响分馏塔中部热平衡，导致柴油质量波动。
2.5对能耗的影响
稳定系统带水后，在稳定系统中很难完全脱除，最终在系统内被反复加热冷凝，使装置能耗大幅度上升。
2.5.1解析塔、稳定塔需热量增加
在水进入稳定系统之后，在稳定系统操作压力下，会吸收大量的热量。以稳定系统操作压力1MPa，带水量1t/h（带水量以液态烃回流罐水包脱除水量计算）为例。由于水存在升温热及汽化潜热。因此需要消耗的热量计算如下：
Q=1000×4.417×（179-50）+1000×2019.7=2.59×106KJ
按加工量175t/h，折合装置能耗为0.961Kgoe/t，可以看出在不考虑稳定塔冷却负荷上升的情况下，消除稳定系统带水装置能耗将下降0.961Kgoe/t。因此从装置能耗角度说，解决稳定系统带水，可以大幅度降低装置综合能耗。
2.5.2稳定塔顶冷却负荷上升
稳定塔由于带水，水分在塔底汽化后作为气相回流的一部分，需要与液相回流换热，导致液相回流量增大。另一方面液态烃碳五含量上升，为保证液态烃质量合格，也增加了塔顶回流流量，而增加的所有回流最终都会经过稳定塔顶冷却器进行冷却，无形中增加了稳定塔顶冷却负荷，不仅增加了装置能源消耗，而且在超负荷状态下造成不凝气量增加，直接影响冷却效果，对稳定的的操作造成进一步的影响。。
2.5.3稳定塔底需热量上升
水分进入稳定塔后，在反复的被加热汽化和冷却冷凝下，会大量的消耗中段循环回流提供的热量，最终导致分馏中部温度下降，出现热量不足的现象。为了解决这个矛盾，势必要对分馏塔的热平衡进行重新调整，但受限于产品分布及产品质量的要求，往往达不到预期的调整效果，使稳定塔热源供应出现问题。
3结论
稳定系统带水不仅增加了稳定系统的操作难度，而且产品质量控制困难。特别是稳定系统长期带水，还增加了装置综合能耗。因此稳定系统带水各个装置应根据本装置的具体情况予以解决，从而实现催化裂化装置稳定系统平稳操作。
关键词：凝缩油;稳定;解析
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2020）-20-329
1.稳定系统带水问题背景分析
1.1稳定系统水的来源
进入稳定系统的水主要有两个主要来源，一是粗汽油进入吸收塔时携带的水分，二是富气水洗用水进入稳定系统。在正常情况下，这两部分进入稳定系统的水在经过凝缩油罐时会进行油水分离，水由水包脱出，如果油水分离彻底，凝缩油作为解析塔进料不会含有水分。如果油水分离不彻底，就会出现解析塔进料带水现象，进而使携带水分进入稳定塔，出现稳定塔产品质量控制困难的现象。其中影响最大的是稳定汽油蒸气压和液态烃中碳五含量的控制。
1.2稳定系统带水原因
1.2.1粗汽油含水量及富气注水量大
粗汽油带水量过大及富气注水量过大，超出凝缩油罐D1301（图1）分离能力，会造成凝缩油罐进行油水分离时分离精度下降，主要是凝缩油罐在油水分离时由于水量大，使部分水来不及沉降即被凝缩油带走，进入解析系统。在解析系统由于不能完全将水分解析出塔底，使得稳定塔进料也会带水，在稳定塔带水时会对产品质量造成特别大的影响。但此种带水，会通过调整富气注水量及减少粗汽油带水量而得到很好的控制，进而消除稳定系统带水现象。以此种方式进入稳定系统的水，在实际生产中往往突然间发生，主要原因是富气注水调节阀失灵开大，进入稳定系统的水量大幅度增加，或分馏粗气油罐界位控制失灵，大量的水随粗汽油进入稳定系统。
1.2.2设备原因
另一种稳定系统带水方式是凝缩油罐设计不合理，由于凝缩油罐（D1301）内线速较高，油水返混严重，油水分离效果差，造成稳定系统带水。图2为某装置凝缩油罐内部简图，该装置稳定系统自2010年建成投产以来，稳定系统带水问题一直困扰装置的安全平稳运行，经检查，发现D1301凝缩油入罐管线设计不合理，原设计入罐管线朝向罐体北侧封头，具有一定线速的凝缩油入罐后被喷射到器壁后直接沿器壁流到罐底部，致使罐内液体处于不稳定状态。凝缩油中的水分没有充足的时间沉降，最终被带到C1304中。
1.3稳定系统带水的表现
稳定系统带水后很难保证稳定系统平稳操作，稳定塔压力、温度频繁波动，产品质量控制困难，严重时出现稳定汽油及液态烃产品质量不合格。稳定塔顶回流罐D1302（图1）界位持续升高，稳定塔顶回流量大，塔顶冷却负荷增加。解析塔底及稳定塔底热源消耗量增加等现象。
2.稳定系统带水的危害
2.1对稳定塔顶冷回流的影响
稳定塔实际上是一个精馏塔，从精馏原理来说，当塔内进料含水时，水分在底部被汽化后，在稳定塔精馏段由于有水蒸气的存在，降低了液态烃组分的分压。使稳定塔中较重组分进入稳定塔顶部，分离精度下降，塔顶液态烃携带碳五量增大。为了不使分离精度下降，必须增加回流比。因此为了保证稳定塔的分离精度，液态烃质量合格，稳定塔顶回流比进料不带水时要大。图 2所示某装置在检修时，将D1301入口管线弯头后部短管去掉，罐入口与器壁间的距离增加了200mm。避免因冲击力过大，造成的罐内液体的不稳定流动。延长了凝缩油在罐中的停留时间，使水份充分沉降，提高了D1301的脱水效果。经过对设备局部的改动，稳定塔带水现象有所缓解，回流比由3.0降至2.1，塔顶压力控制相对平稳。
2.2对稳定塔顶压力的影响
稳定塔进料带水，在稳定塔操作压力及温度下导致水分在稳定塔内多次汽化和冷凝，在汽化与冷凝的过程中使稳定塔的压力出现剧烈波动。根据带水量的大小，波动幅度有所不同。带水量大，波动幅度大，带水量小，波动幅度较小。主要原因是水在1MPa压力下汽化温度需要達到179.9℃，而稳定塔的操作压力是0.95-1.05MPa，塔底再沸器温度在175-182℃。在此温度下水分在塔底被汽化，体积膨胀，气相回流量大幅度增加。作为气相回流逐层塔板上升，在上升过程中被液相回流逐渐冷却，变成液态后又回流到塔底，重新被加热，在此过程中稳定塔压力会出现反复的波动。
2.3 稳定塔底温度不稳
对稳定系统操作来说，从长的生产趋势看，产品分布中汽油收率是稳定的，即：稳定塔底热量的需求应该是稳定的。从热源方面看中段循环量稳定，中段抽出温度跟反应来的油气温度、产品分布有一定关系：油气温度有波动，但总体变化不大;产品分布变化也不大。应该说热源方面有小幅波动，但总体变化不大。
从以上看，供需双方基本稳定，塔底温度应该可控，C1304底温波动另有原因。
经调取操作曲线可以发现发现：稳定塔底温度波动与塔底液位、中段温度存在关联（图3）。
观察曲线发现，因塔底液位变化，导致塔底需热的变化，中段油因循环稳定，未能跟上需热的变化，只有频繁调整塔底重沸器（E1303）温控阀以满足C1304塔底需热，导致中段油温度随之变化，甚至影响分馏塔中部热平衡，导致柴油质量也发生波动。
因此C1304液位波动是C1304底温不稳定的根本原因。正是因为塔底液位波动导致塔底需热大幅变化：
当稳定塔底液位升高，需热增加而中段热量未能及时提供时，C1304底温下降，轻组分未能及时蒸出，提馏段气相负荷降低;另外因塔底温度降低，中部温度亦随之下降，水蒸气冷凝，随液相流至塔底，导致需热进一步增加。底温下降带来的影响是，C1304提馏段气相负荷降低，大量轻组分、冷凝后的水蒸气（明水）再次被压至塔底，塔底液位上升、需热进一步增加，导致底温大幅下降。如此周而复始的调整，导致C1304始终处于轻微 “冲塔”、“淹塔”状态转换中。因此稳定塔底液位的变化会造成稳定塔底温度的波动，但稳定塔带水加剧了稳定塔底温度波动的幅度。 2.4对产品质量的影响
2.4.1稳定汽油初馏点、蒸气压的影响
稳定塔進料带水导致稳定汽油初馏点、蒸汽压不合格。主要是以下四方面原因：
（1）稳定塔压力波动
稳定塔压力在带水时出现周期性波动，压力的波动势必会破坏塔盘上的气液相平衡。在塔压力升高时，气相中重组份减少，相应地提高了气相中轻组份的浓度，液相中轻组份浓度较前增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。另外，压力增加，组分间的相对挥发度降低，分离效果下降使更多的轻烃组分进入塔底，使稳定汽油中轻烃组分含量增加。
（2）稳定塔底温度波动
由于塔底液面的变化，底温出现周期性变化，稳定塔底温下降时，轻烃组分滞留在塔底液相中，使稳定汽油蒸气压升高。
（3）稳定塔提馏段气液相回流的变化
稳定塔压力、塔底温度周期性的变化，导致稳定塔气液相回流的重量比也跟随周期性的变化，气液相回流周期性变化，导致塔盘上传质传热效率下降，分离精度下降，最终影响产品质量。
（4）稳定塔底热源不足
稳定塔进料带水，在水反复汽化冷凝过程中，稳定塔底需热量急剧增大，出现稳定塔底热源不足的现象。热量不足直接引起底温下降，使轻烃组分滞留塔底液相中，使稳定汽油质量控制困难。
2.4.2液态烃中碳五含量的影响
稳定塔进料带水，造成稳定塔压力波动。压力降低，塔顶馏分的数量增加，浓度减少，塔顶馏分中重组分增加，分离效果下降。另一方面为了保证液态烃产品质量合格，加大了稳定塔顶冷回流量，冷回流量的增加，直接使稳定塔顶部气液相负荷增大，严重时会造成稳定塔上部超负荷，使产品质量更难于控制。
2.4.3液态烃中C1、C2组分的影响
在解析塔对脱乙烷汽油进行解析时，解析塔进料带水，在解析塔操作压力及温度下，液态水无法完全汽化，从塔顶解析气中排出，最终只能进入解析塔底，随脱乙烷汽油进入稳定塔，这也是稳定塔进料带水的原因。由于液态水在解析塔内反复汽化、冷凝导致解析过程中需热量进一步增加，在热量不足的情况下，会出现解析不完全的现象，使脱乙烷汽油携带C1、C2组分。在进入稳定塔后，由于无法完全脱除，最终使液态烃携带C1、C2，同时会使液态烃罐压力升高，不凝气排放量增加，损失液态烃收率。
2.4.4对柴油质量的影响
因稳定塔底需热量的变化，中段油因循环稳定，未能跟上需热的变化，导致中段循环油返分馏塔温度出现波动，最终影响到轻柴油抽出温度，甚至影响分馏塔中部热平衡，导致柴油质量波动。
2.5对能耗的影响
稳定系统带水后，在稳定系统中很难完全脱除，最终在系统内被反复加热冷凝，使装置能耗大幅度上升。
2.5.1解析塔、稳定塔需热量增加
在水进入稳定系统之后，在稳定系统操作压力下，会吸收大量的热量。以稳定系统操作压力1MPa，带水量1t/h（带水量以液态烃回流罐水包脱除水量计算）为例。由于水存在升温热及汽化潜热。因此需要消耗的热量计算如下：
Q=1000×4.417×（179-50）+1000×2019.7=2.59×106KJ
按加工量175t/h，折合装置能耗为0.961Kgoe/t，可以看出在不考虑稳定塔冷却负荷上升的情况下，消除稳定系统带水装置能耗将下降0.961Kgoe/t。因此从装置能耗角度说，解决稳定系统带水，可以大幅度降低装置综合能耗。
2.5.2稳定塔顶冷却负荷上升
稳定塔由于带水，水分在塔底汽化后作为气相回流的一部分，需要与液相回流换热，导致液相回流量增大。另一方面液态烃碳五含量上升，为保证液态烃质量合格，也增加了塔顶回流流量，而增加的所有回流最终都会经过稳定塔顶冷却器进行冷却，无形中增加了稳定塔顶冷却负荷，不仅增加了装置能源消耗，而且在超负荷状态下造成不凝气量增加，直接影响冷却效果，对稳定的的操作造成进一步的影响。。
2.5.3稳定塔底需热量上升
水分进入稳定塔后，在反复的被加热汽化和冷却冷凝下，会大量的消耗中段循环回流提供的热量，最终导致分馏中部温度下降，出现热量不足的现象。为了解决这个矛盾，势必要对分馏塔的热平衡进行重新调整，但受限于产品分布及产品质量的要求，往往达不到预期的调整效果，使稳定塔热源供应出现问题。
3结论
稳定系统带水不仅增加了稳定系统的操作难度，而且产品质量控制困难。特别是稳定系统长期带水，还增加了装置综合能耗。因此稳定系统带水各个装置应根据本装置的具体情况予以解决，从而实现催化裂化装置稳定系统平稳操作。