平顶山合时顾问有限公司

 

中海石油華鶴煤化有限公司氨合成、冷凍工藝采用丹麥托普索公司低壓氨合成工藝，設(shè)計規(guī)模為日產(chǎn)液氨 1 050 t；低溫甲醇洗裝置采用大連理工大學(xué)的工藝技術(shù)，由低溫甲醇洗滌系統(tǒng)、閃蒸再生系統(tǒng)、硫化氫濃縮系統(tǒng)、熱再生系統(tǒng)、甲醇回收系統(tǒng)、儲槽系統(tǒng)等組成。變換氣經(jīng)過降溫、洗氨后以 40 ℃常溫進入低溫甲醇洗裝置，被 233 m3/h、-61 ℃的貧甲醇液吸收其中的 CO2、H2S，出口工藝氣中的 CO2 體積分數(shù)小于 20×10-6、H2S體積分數(shù)小于0.1×10-6。

 

1、低溫甲醇洗工藝流程

富甲醇經(jīng) H2S 濃縮塔、氮氣氣提塔氣提后，送至熱再生塔再生，再生出的酸性氣經(jīng)熱再生塔頂冷凝器、熱再生塔回流罐、H2S 餾分換熱器、H2S 氣體分離罐、H2S 餾分氨冷器冷卻分離后，送往硫回收。熱再生塔出來的貧甲醇則作為吸收劑，送至甲醇洗吸收塔洗滌原料氣。從原料氣分離罐底部引出的含水甲醇，先金入甲醇 / 水分離塔進料換熱器中與熱再生塔塔底來的貧甲醇換熱至 64.62 ℃，再經(jīng)甲醇 /CO2 分離罐閃蒸后進入甲醇過濾器，過濾雜質(zhì)后進入甲醇 / 水分離塔參與精餾。從尾氣水洗塔底部來的甲醇水溶液經(jīng)尾氣水洗塔底泵加壓，在廢水冷卻器中換熱升溫后進入甲醇/水分離塔參與精餾；該塔的塔頂回流液為來自熱再生塔底泵出口經(jīng)甲醇 / 水分離塔進料換熱器換熱后的一小部分貧甲醇。甲醇 / 水分離塔塔頂產(chǎn)生的甲醇蒸汽直接送往熱再生塔參與再生，甲醇 / 水分離塔底部的含醇廢水經(jīng)廢水冷卻器回收熱量后作為廢水送至污水處理；甲醇 / 水分離塔由再沸器提供熱量來維持塔的熱平衡，熱量來自 1.0 MPa 蒸汽，溫度在 200 ℃。

 

2、低溫甲醇洗熱再生塔頂冷凝器內(nèi)漏的發(fā)現(xiàn)與處理

2022 年裝置檢修后，9 月 22 日發(fā)現(xiàn)去硫回收的酸性氣流量降低了 10 kg/h，對熱再生塔頂冷凝器循環(huán)水進行取樣分析，數(shù)據(jù)顯示循環(huán)水上水 pH 8.4、COD75.9 mg/L，循環(huán)水回水 pH 7.1、COD 78.9 mg/L，回水較上水 COD 高約 3 mg/L、pH 值降低 1.3，判斷熱再生塔頂冷凝器輕微泄漏。通過調(diào)節(jié)熱再生塔頂冷凝器管、殼層壓差，控制其循環(huán)水回水 pH 值高于 7。但從10 月 9 日開始循環(huán)水回水 pH 值再次持續(xù)下降，裝置內(nèi)其他換熱器換熱效果逐漸降低，經(jīng)排查判斷熱再生塔頂冷凝器內(nèi)漏量增大。熱再生塔頂冷凝器進、出口（上水、回水）循環(huán)水分析數(shù)據(jù)見表 1。

2022 年 10 月 14 日拆檢熱再生塔頂冷凝器封頭，發(fā)現(xiàn)換熱器管束多處焊肉明顯缺失，管口焊接質(zhì)量參差不齊，再次發(fā)生泄漏的可能性極大。之后對其進行試漏，發(fā)現(xiàn)泄漏列管共計 21 根，隨即進行封堵，封堵完管束后，管板與管束焊接角焊縫位置多處泄漏，經(jīng)過反復(fù)焊接，完成消漏工作。因熱再生塔頂冷凝器持續(xù)泄漏過程中裝置各換熱器換熱效率下降，在緊急搶修過程中對換熱器實施反沖洗操作，將換熱器中的雜質(zhì)、污垢盡量清除，增加換熱器的換熱效果，避免裝置開車后影響系統(tǒng)運轉(zhuǎn)和系統(tǒng)負荷增加。消漏清洗后熱再生塔頂冷凝器進、出口循環(huán)水分析數(shù)據(jù)見表 2。由表 2 可知：系統(tǒng)運行恢復(fù)正常值。

 

3 低溫甲醇洗開車過程中存在問題、原因分析及處理措施

3.1 存在問題

低溫甲醇洗裝置熱再生塔頂冷凝器漏點處理完畢，裝置在建立循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)甲醇分離系統(tǒng)出現(xiàn)了一系列問題：熱再生塔回流罐中控液位計指示不準，H2S氣體分離罐液位出現(xiàn) N 值（中控 DCS 畫面上液位無示數(shù)），酸性氣去往硫回收壓力下降，熱再生塔底泵出口的貧甲醇過濾器堵塞，甲醇 / 水分離塔液位失真，低溫甲醇洗裝置系統(tǒng)水含量高、脫水慢，洗滌塔主洗段液位高，系統(tǒng)不能滿負荷運行等。

3.2 原因分析

（1）熱再生塔頂冷凝器檢修處理漏點的過程中發(fā)現(xiàn)幾處換熱列管損壞和多處管板變薄，經(jīng)檢修人員處理后設(shè)備不漏，氣密過程中未發(fā)現(xiàn)漏點，換熱器檢修完成。熱再生塔頂冷凝器經(jīng)過一段時間的運行后，出口循環(huán)水樣 pH 值再次降低、氨氮和 COD 指標升高，換熱器再次發(fā)生泄漏。

 

低溫甲醇洗裝置熱再生塔中的富甲醇經(jīng)塔底再沸器加熱，閃蒸出大量酸性氣和部分甲醇蒸汽，經(jīng)過熱再生塔頂冷凝液器冷卻后回收利用。熱再生塔頂冷凝器經(jīng)過長時間運行后循環(huán)水管束再次出現(xiàn)漏點，當循環(huán)水壓力比酸性氣壓力高時就會有循環(huán)水進入甲醇洗分離系統(tǒng)，循環(huán)水中雜質(zhì)進入熱再生塔回流罐，導(dǎo)致雜質(zhì)在設(shè)備內(nèi)部堆積。在開車過程中，當酸性氣壓力有一定波動時，罐內(nèi)液體也會波動起伏，導(dǎo)致液位計的測點處被堵塞，進而影響了熱再生塔回流罐液位計的準確度，造成熱再生塔回流罐滿液溢出至 H2S氣體分離罐；由于 H2S 氣體分離罐滿液阻隔產(chǎn)生液封的作用，酸性氣不能及時向后系統(tǒng)外送，去硫回收系統(tǒng)的酸性氣壓力則會降低，作用在 H2S 氣體分離罐的壓力也就越低，H2S 氣體分離罐滿液現(xiàn)象無法改變。

（2）甲醇循環(huán)建立完成，建立甲醇 / 水分離塔正常物料平衡，熱再生塔底泵有一條去往甲醇 / 水分離塔的精餾管線參與該塔的物料平衡，控制該塔出口甲醇蒸汽中的水含量。在開車過程中，發(fā)現(xiàn)來自原料氣分離罐中的甲醇經(jīng)甲醇 / 水分離塔進料換熱器換熱后溫度緩慢降低至 -10 ℃左右，熱再生塔底泵過來的高溫甲醇經(jīng)過甲醇 / 水分離塔進料換熱器后溫度也逐漸降低，此時熱再生塔底泵出口過濾器的中控壓差計暫時處于未投用狀態(tài)，其他工藝參數(shù)暫無變化。由于經(jīng)過甲醇 / 水分離塔進料換熱器的冷、熱介質(zhì)溫度均下降，且熱再生塔底泵入口壓力正常，但出口壓力比正常運行壓力要稍高，此時熱再生塔底泵運行無異常。因熱再生塔底泵出口去甲醇 / 水分離塔的管線有過濾器，故懷疑可能是開停車過程中系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)的雜質(zhì)、污垢在熱再生塔底泵的過濾器內(nèi)累積、堵塞，導(dǎo)致高溫甲醇不能外送，換熱器冷、熱介質(zhì)溫度才會持續(xù)降低。

（3）甲醇 / 水分離塔用 1.0 MPa 蒸汽作為熱源加熱分離甲醇和水，甲醇蒸汽送至熱再生塔，廢水送至水處理回收。在甲醇 / 水分離塔調(diào)整過程中，該塔的液位一直維持在 90%以上，持續(xù)時間約 2 h，并且此塔的壓差計存在故障，不顯示數(shù)值，不能通過塔壓差來判斷液位，現(xiàn)場液位計也存在故障，顯示滿量程，故工藝人員將此時工況按甲醇 / 水分離塔滿液位進行處理。在經(jīng)過 1 h~2 h 后，工況調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)甲醇 /水分離塔 1.0 MPa 蒸汽流量計頻繁波動，且蒸汽源頭壓力無波動、甲醇 / 水分離塔蒸汽閥門是手動控制，中控液位計和現(xiàn)場液位計仍處于滿液位狀態(tài)，判斷是甲醇 / 水分離塔液位低造成的。在甲醇 / 水分離塔中，甲醇水溶液和再沸器接觸不充分，導(dǎo)致有甲醇水溶液時換熱器換熱、有大量蒸汽進入，無甲醇液時換熱器不換熱、只有少量蒸汽進入，造成蒸汽流量波動。

（4）檢修完成后，建立低溫甲醇洗裝置循環(huán)，由于檢修前換熱器的內(nèi)漏導(dǎo)致系統(tǒng)中水含量高，系統(tǒng)開車時貧甲醇中的水分達 4%左右。由于系統(tǒng)中的水含量高，降低了貧甲醇的吸收純度，影響氣體的吸收效果，水分在 4%左右的貧甲醇作為吸收劑吸收原料氣后體積的膨脹程度比系統(tǒng)水分在 1%以下的富甲醇溶液要大的多。同時，在系統(tǒng)增加負荷的過程中，因貧甲醇的水含量高、純度低，為了防止凈化氣組分超標，就要加大貧甲醇的循環(huán)量，正常系統(tǒng) 100%負荷時循環(huán)量在220 m3/h，但因貧甲醇水含量高，洗滌量就會比平常運行時要多（#高增加到 237 m3/h）。當系統(tǒng)負荷增加到98%時，低溫甲醇洗洗滌塔的主洗段液位就會持續(xù)升高到滿量程，為了避免甲醇洗洗滌塔液位過高引起的塔壓差高、氣液夾帶、吸收效果變差等問題，系統(tǒng)被迫降低負荷來緩解洗滌塔精洗段液位過高問題，這樣裝置的能耗就會增加，運行成本增大。

 

3.3 處理措施

（1）因熱再生塔頂冷凝器內(nèi)漏，循環(huán)水漏入熱再生塔回流罐中，回流罐中的水含量高且有雜質(zhì)，H2S 氣體分離罐也因為系統(tǒng)壓力低，不足以將分離罐中的甲醇送回 H2S 濃縮塔中�？紤]到兩個 H2S 氣體分離罐中的甲醇水含量高、潔凈程度低，回收入 H2S 濃縮塔和熱再生塔中會引起系統(tǒng)水含量升高和甲醇潔凈程度降低，所以將兩個分離罐的底部導(dǎo)淋盲板導(dǎo)通，將兩罐中的甲醇利用壓力差和位差排放到污甲醇罐中，并對現(xiàn)場和中控液位計進行校準。由于系統(tǒng)處于開車過程中，熱再生塔回流罐的中控液位計仍持續(xù)波動，導(dǎo)致運行泵在中控液位計顯示低液位時發(fā)生聯(lián)鎖，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在保證熱再生塔回流罐的現(xiàn)場液位計運行正常的情況下，儀表切除此罐的中控液位低聯(lián)鎖，在現(xiàn)場設(shè)置專門人員看守現(xiàn)場液位指示，調(diào)整中控，儀表人員則在中控液位計無顯示的情況下繼續(xù)處理液位計問題。經(jīng)過多次清理液位計和貧甲醇過濾器，中控液位逐漸穩(wěn)定，現(xiàn)場和中控液位能同步對比，確認中控液位計運行正常，投用儀表聯(lián)鎖，液位計交由 PID 自動調(diào)節(jié)控制。

（2）甲醇 / 水分離塔進料換熱器冷、熱兩項介質(zhì)溫度均下降，懷疑是熱再生塔底泵去甲醇 / 水分離塔的貧甲醇過濾器發(fā)生堵塞、引起換熱器熱源不能外送或少量外送所致。通過切換過濾器，換熱器的溫度逐漸恢復(fù)正常，及時投用過濾器壓差表，根據(jù)壓差指標及時進行過濾器切換，避免工況波動。對熱再生塔底回流泵入口過濾器和貧甲醇過濾器進行數(shù)次清理后，兩者的運行狀況趨于良好，過濾器壓差也緩慢上漲，數(shù)周才需要進行再次清理，系統(tǒng)工況恢復(fù)正常。

（3）針對甲醇 / 水分離塔低液位進行處理。關(guān)小甲醇 / 水分離塔的液位調(diào)節(jié)閥，降低其蒸汽流量，穩(wěn)定 1.0 MPa 蒸汽的用量，及時觀察甲醇 / 水分離塔蒸汽波動、各塔板溫度及塔頂溫度和壓力情況；另外，及時聯(lián)系儀表人員對中控液位計和現(xiàn)場液位計進行逐個維修，儀表維修完成后現(xiàn)場及時配合進行液位計的投用。儀表人員shou先將中控液位計維修完成，在積液15 min 后，甲醇 / 水分離塔的蒸汽波動變小，中控液位計在處理后顯示低液位，證明了此次判斷和處理的方法是正確的。在中控液位計工作正常后，及時調(diào)整甲醇 / 水分離塔的蒸汽分配及外送量，保證甲醇 / 水分離塔的正常工作，并處理現(xiàn)場液位計，保證中控、現(xiàn)場液位指示均正常。液位提升后，甲醇 / 水分離塔再沸器流量恢復(fù)平穩(wěn)。

（4）為解決洗滌塔精洗段液位高、系統(tǒng)不能滿負荷運行的問題，進行了如下工藝調(diào)整：減少低溫甲醇洗裝置變換氣的接收量，降低系統(tǒng)負荷，穩(wěn)定洗滌塔主洗段液位；將甲醇 / 水分離塔壓力由 0.25 MPa 提升至 0.30 MPa，提升進入熱再生塔中甲醇蒸汽品質(zhì)、降低水含量；加大甲醇 / 水分離塔負荷，將甲醇 / 水分離塔1.0 MPa 蒸汽用量由原來的 3 700 kg/h 提升至4 100 kg/h；將熱再生塔回流罐、H2S 氣體分離罐中的甲醇全部排放到污甲醇罐中，避免原來系統(tǒng)中水分高的甲醇再次進入貧甲醇系統(tǒng)引起系統(tǒng)貧甲醇水含量的升高；打開熱再生塔回流泵出口閥門，增加甲醇回流，再增加甲醇 / 水分離塔進料換熱器的貧甲醇流量，采用兩部分較低水含量的甲醇液作為回流，再次降低甲醇 / 水分離塔去熱再生塔的蒸汽流量；加大甲醇 / 水分離塔的外排量，加速系統(tǒng)脫水，控制分離塔的廢水排放量，水中甲醇質(zhì)量分數(shù)不超過 0.5%；控制變換氣的出口溫度，減少變換氣夾帶的水分，增加噴淋甲醇的量，減少進入低溫甲醇洗洗滌塔的水含量。經(jīng)過上述調(diào)整，降低了貧甲醇中的水含量，吸收劑的洗滌效果逐漸變好，貧甲醇用量也逐漸降低；同時，系統(tǒng)貧甲醇的水含量下降，其吸收氣體后甲醇的膨脹體積也會減小，這樣甲醇洗滌塔主洗段液位就會降低。貧甲醇水含量高的問題得到解決后，低溫甲醇洗系統(tǒng)負荷繼續(xù)增加直至滿負荷運行，經(jīng)過一周的調(diào)整，10月 18 日低溫甲醇洗裝置貧甲醇中水含量逐漸恢復(fù)正常（見表 3），甲醇 / 水分離塔工況恢復(fù)正常（見表 4）。

4 設(shè)備特護和系統(tǒng)調(diào)整

在檢修過程中，發(fā)現(xiàn)低溫甲醇洗熱再生塔頂冷凝器換熱管束多處焊肉明顯缺失，管口焊接質(zhì)量參差不齊，再次發(fā)生泄漏的可能性極大。因此有必要對熱再生塔頂冷凝器進行特護，對系統(tǒng)進行維護和調(diào)整。

4.1 熱再生塔頂冷凝器的運行監(jiān)控與維護

（1）檢修過程中，在熱再生塔頂冷凝器的循環(huán)水管線上水處增加遠傳循環(huán)水壓力監(jiān)控點，并給經(jīng)過熱再生塔頂冷凝器的酸性氣與循環(huán)水增設(shè)壓差表，方便監(jiān)控循環(huán)水與酸性氣的壓差；協(xié)調(diào)公用工程的水處理裝置，在切換循環(huán)水泵、洗滌過濾器等操作過程中要小幅度調(diào)整，保證循環(huán)水壓力的平穩(wěn)，在循環(huán)水壓力調(diào)整時要保證酸性氣與循環(huán)水壓差在 5 kPa~15 kPa，避免換熱器管、殼層壓差過大導(dǎo)致?lián)Q熱器泄漏或泄漏量增加。

（2）增加熱再生塔頂冷凝器進、出口循環(huán)水的 pH值、硫化物等數(shù)據(jù)分析，對比判斷是否有泄漏或者泄漏量變大的趨勢；根據(jù)去硫回收系統(tǒng)的酸性氣流量變化判斷熱再生塔頂冷凝器是否有泄漏或者泄漏量變大的趨勢，如果酸性氣流量突然下降，則有可能是換熱器泄漏或泄漏量變大，此時就要調(diào)整酸性氣和循環(huán)水壓差，降低酸性氣壓力，減小換熱器內(nèi)件的壓差，每次調(diào)整幅度控制在 1 kPa~2 kPa。

4.2 系統(tǒng)維護與調(diào)整

（1）裝置負荷平穩(wěn)、變換氣溫度穩(wěn)定（在指標范圍內(nèi)）、甲醇洗系統(tǒng)溫度穩(wěn)定、甲醇 / 水分離塔工況正常的情況下，觀察低溫甲醇洗裝置中洗滌塔的精洗段液位，如果液位出現(xiàn)緩慢上漲，則需要對甲醇洗系統(tǒng)的貧甲醇、甲醇 / 水分離塔塔頂?shù)乃�含量進行分析取樣，如果貧甲醇系統(tǒng)中水含量升高、甲醇 / 水分離塔塔頂水含量在指標范圍內(nèi)，則判斷是熱再生塔頂冷凝器再次泄漏引起循環(huán)水漏入甲醇洗系統(tǒng)中，此時應(yīng)增加甲醇 / 水分離塔的負荷，增大脫水量，維持系統(tǒng)的水平衡。打開 H2S 氣體分離罐底部熱再生塔回流泵去往甲醇 / 水分離塔的閥門，將熱再生塔頂冷凝器內(nèi)漏入甲醇洗系統(tǒng)的甲醇液作為精餾液送入甲醇 / 水分離塔，提高甲醇 / 水分離塔負荷，穩(wěn)定蒸汽用量，并關(guān)小熱再生塔底泵去往甲醇 / 水分離塔頂?shù)幕亓髁�，穩(wěn)定甲醇 / 水分離塔的物料平衡和整個系統(tǒng)中貧甲醇里的水含量，并將貧甲醇中水分控制在 1%以內(nèi)。

（2）如果因循環(huán)水壓力波動而引起的 H2S 氣體分離罐甲醇液水含量高、或者甲醇 / 水分離塔超負荷運行而低溫甲醇洗裝置的系統(tǒng)水含量高，則可以將 H2S氣體分離罐中的甲醇排入污甲醇罐中，并重新建立H2S 氣體分離罐液位，恢復(fù)系統(tǒng)的穩(wěn)定，并啟動污甲醇泵將罐中的液體少量送入甲醇 / 水分離塔進行脫水，穩(wěn)定系統(tǒng)中水含量。

（3）如果 H2S 氣體流量突然持續(xù)下降，甲醇 / 水分離塔靈敏板溫度在反復(fù)調(diào)整后仍無法維持，貧甲醇中水分持續(xù)升高至超過 5%，則要做好系統(tǒng)檢修停車的準備。

5 結(jié) 語

針對低溫甲醇洗裝置在檢修后的開車過程出現(xiàn)的各種問題，中海石油華鶴煤化有限公司經(jīng)過原因分析、問題判斷和處理，消除了系統(tǒng)開車和負荷調(diào)整存在的隱患，使低溫甲醇洗裝置得以正常運行。在系統(tǒng)開車后，通過對熱再生塔頂冷凝器進行特護，一方面增加了低溫甲醇洗裝置熱再生塔頂冷凝器的運行時間，保證系統(tǒng)的長周期運行；另一方面通過數(shù)據(jù)的分析對比，判斷熱再生塔頂冷凝器的工作情況，可以地衣時間發(fā)現(xiàn)換熱器泄漏或泄漏量變大，并根據(jù)分析數(shù)據(jù)進行調(diào)整，降低換熱器泄漏所帶來的風險，也能為系統(tǒng)停工檢修、設(shè)備周期性更換做好提前準備。