雅站導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣停機(jī)原因分析與處理方法

楊 剛

中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司, 新疆 阿克蘇 842017

0 前言

雅克拉集氣處理站(簡(jiǎn)稱雅站)位于新疆庫(kù)車縣境內(nèi)的塔克拉瑪干沙漠北緣,2005年11月底建成投產(chǎn)。2017年1月對(duì)雅站導(dǎo)熱油進(jìn)行取樣化驗(yàn),發(fā)現(xiàn)低沸物含量偏高,2017年4月檢修時(shí)替換部分導(dǎo)熱油,約3 t。為保持站內(nèi)導(dǎo)熱油系統(tǒng)安全運(yùn)行,定期在高溫導(dǎo)熱油回路高位處和中溫導(dǎo)熱油回路高位處進(jìn)行排氣,導(dǎo)熱油系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行至2019年1月30日。2019年2月6日導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣高導(dǎo)致高、中溫導(dǎo)熱油循環(huán)泵氣蝕不上量停泵,造成熱媒單元、氣處理裝置停機(jī),輕烴和液化氣無產(chǎn)量和外輸氣烴露點(diǎn)超標(biāo),對(duì)下游外輸氣管線影響十分嚴(yán)重。

1 導(dǎo)熱油系統(tǒng)簡(jiǎn)介

加熱循環(huán)系統(tǒng)由熱媒爐、儲(chǔ)油罐、膨脹罐、導(dǎo)熱油循環(huán)泵、換熱器、導(dǎo)熱油組成。其流程是導(dǎo)熱油被熱媒爐加熱后經(jīng)過導(dǎo)熱油管網(wǎng)到達(dá)各個(gè)換熱器,導(dǎo)熱油走管程,被加熱的介質(zhì)走殼程,實(shí)現(xiàn)熱量交換,導(dǎo)熱油經(jīng)熱媒爐加熱至278 ℃,一部分直接供給高溫用戶,另一部分與從中溫用戶返回的導(dǎo)熱油進(jìn)行混合后至175 ℃供給中溫用戶[1]。導(dǎo)熱油為蘇州首諾化工有限公司生產(chǎn)的T 55合成導(dǎo)熱油,具有熱穩(wěn)定性高、低溫流動(dòng)性好、使用壽命長(zhǎng)、成本低、安全性能高的優(yōu)點(diǎn),最經(jīng)濟(jì)的操作溫度范圍為-25～300 ℃。

燃燒系統(tǒng)主要由燃燒器、調(diào)壓閥、風(fēng)機(jī)、供氣管網(wǎng)、供風(fēng)管網(wǎng)組成,其功能是燃?xì)饨?jīng)調(diào)壓閥減壓后與助燃風(fēng)機(jī)提供的空氣以一定的空燃比進(jìn)入燃燒器燃燒,為導(dǎo)熱油提供熱量[2-3]。

氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)包括氮?dú)鈨?chǔ)罐及附屬自控系統(tǒng),用于熱媒膨脹罐和儲(chǔ)罐的氮?dú)飧采w,防止導(dǎo)熱油接觸空氣氧化。同時(shí),當(dāng)爐膛出現(xiàn)介質(zhì)泄漏著火后,氮?dú)庀到y(tǒng)自動(dòng)向爐膛噴射氮?dú)馄鸬綔缁鹱饔肹4]。

自動(dòng)控制系統(tǒng)由電器控制柜、檢測(cè)傳感儀表組成,其功能是對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)出爐溫度、排煙溫度、熱負(fù)荷等熱媒爐運(yùn)行情況及故障進(jìn)行檢測(cè),并自動(dòng)調(diào)整火焰大小,使熱媒爐在正常工況下運(yùn)行[5]。

高溫導(dǎo)熱油用戶共計(jì)4個(gè):再生氣加熱器、凝穩(wěn)塔塔底重沸器、液化氣塔塔底重沸器、膨脹壓縮機(jī)組密封氣加熱器。中溫導(dǎo)熱油用戶共計(jì)5個(gè):脫乙烷塔塔底重沸器、油水換熱器、凝析儲(chǔ)罐加熱盤管、塔河來油加熱器、混烴加熱器(已停用并在進(jìn)出口法蘭處加盲板盲斷)。高、中溫導(dǎo)熱油循環(huán)泵采用德國(guó)KSB生產(chǎn)的離心式、機(jī)械密封、空氣自然冷卻式循環(huán)泵。導(dǎo)熱油循環(huán)泵結(jié)構(gòu)上軸封由兩個(gè)徑向環(huán)型密封組成,其中一個(gè)可以防止熱油滲出,另一個(gè)可以防止外界灰塵與空氣進(jìn)入。軸封前設(shè)計(jì)有一個(gè)狹長(zhǎng)通道和一個(gè)碳化硅軸套,可以確保當(dāng)軸封失效時(shí)熱油不突然釋放,保證了安全,也阻止了熱油與軸承、軸封之間的熱交換,并且泵殼采用翅片式設(shè)計(jì),增強(qiáng)了散熱能力,防止高溫?zé)嵊痛罅坑康捷S封處,大大提高了泵的使用壽命。根據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示,由于上面的特殊設(shè)計(jì),當(dāng)熱油溫度為350 ℃時(shí),最大的殼溫度只有80 ℃[6]。高溫導(dǎo)熱油循環(huán)泵正常運(yùn)行情況下,泵進(jìn)口壓力0.4 MPa,泵出口壓力0.7 MPa;中溫導(dǎo)熱油循環(huán)泵正常運(yùn)行情況下,泵進(jìn)口壓力0.3 MPa,泵出口壓力0.6 MPa。導(dǎo)熱油各個(gè)用戶被加熱介質(zhì)實(shí)際正常運(yùn)行壓力見表1。

表1 導(dǎo)熱油各個(gè)用戶被加熱介質(zhì)實(shí)際正常運(yùn)行壓力表 MPa

2 相關(guān)原因分析

2.1 凝穩(wěn)塔塔底重沸器更換新管束影響

2019年1月初,凝穩(wěn)塔重沸器出現(xiàn)塔底溫度下降現(xiàn)象,1月10日、17日、25日分別對(duì)凝穩(wěn)塔塔底重沸器進(jìn)行洗鹽作業(yè),洗鹽后依然出現(xiàn)凝穩(wěn)塔塔底溫度加溫難的問題,原塔底正常運(yùn)行溫度為145 ℃,洗鹽后最高提升至125 ℃然后逐漸下降為105 ℃,說明洗鹽效果不佳,結(jié)合凝析油穩(wěn)定單元洗鹽運(yùn)行情況、凝穩(wěn)塔重沸器管束外壁鹽堵、殼程有泥砂和前期凝析油二級(jí)換熱器管束發(fā)生鹽堵和砂堵[7-9]串漏問題,判斷凝穩(wěn)塔塔底重沸器存在鹽堵和砂堵,2019年2月2日對(duì)凝穩(wěn)塔塔底重沸器進(jìn)行抽芯檢查,發(fā)現(xiàn)管束存在嚴(yán)重的鹽堵和砂堵,見圖1。更換備用的新管束,見圖2。此次更換重沸器管束共排出導(dǎo)熱油6桶(約1.08 t),安裝新管束后未對(duì)管束內(nèi)、封頭內(nèi)、部分管線內(nèi)空氣進(jìn)行氮?dú)庵脫Q和排氣就緩慢導(dǎo)入導(dǎo)熱油,造成空氣進(jìn)入導(dǎo)熱油管網(wǎng)系統(tǒng)。

圖1 管束鹽堵和砂堵照片

圖2 備用的新管束照片

2.2 工藝流程缺陷及改造

現(xiàn)場(chǎng)凝穩(wěn)塔塔底重沸器導(dǎo)熱油流程工藝存在缺陷,導(dǎo)熱油從凝穩(wěn)塔重沸器封頭頂部進(jìn)入管束,從底部流出,見圖3。進(jìn)口管線壓力表在閥門前段,抽芯回裝后無置換排氣流程。建議進(jìn)行簡(jiǎn)單改造,在重沸器導(dǎo)熱油進(jìn)口閥門法蘭與重沸器本體法蘭之間加裝帶壓力表考克的儀表法蘭,關(guān)閉導(dǎo)熱油進(jìn)、出口閥門,從導(dǎo)熱油出口壓力表處通氮?dú)?在導(dǎo)熱油出口儀表法蘭壓力表考克處進(jìn)行置換、排氣;進(jìn)導(dǎo)熱油前先打開導(dǎo)熱油出口調(diào)節(jié)閥的旁通閥緩慢進(jìn)導(dǎo)熱油,在導(dǎo)熱油進(jìn)口新加的儀表法蘭壓力表考克處排氣,見圖4。當(dāng)儀表法蘭壓力表考克處無氣且有導(dǎo)熱油流出時(shí)關(guān)閉儀表法蘭壓力表考克,此時(shí)管束內(nèi)氮?dú)庖鸦救颗懦?。關(guān)閉導(dǎo)熱油出口調(diào)節(jié)閥旁通,打開調(diào)節(jié)閥前后閥門和導(dǎo)熱油進(jìn)口閥門,通過導(dǎo)熱油出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)塔底溫度。

圖3 導(dǎo)熱油流程照片

圖4 導(dǎo)熱油進(jìn)口加儀表法蘭照片

2.3 補(bǔ)加同一型號(hào)新導(dǎo)熱油影響

更換凝穩(wěn)塔塔底重沸器管束時(shí),因考慮到排油造成導(dǎo)熱油系統(tǒng)缺油,給導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐補(bǔ)加同一型號(hào)的導(dǎo)熱油10桶[10](約1.8 t)。用導(dǎo)熱油加注泵將儲(chǔ)罐中大部分導(dǎo)熱油加入到導(dǎo)熱油系統(tǒng)中，剩余的導(dǎo)熱油儲(chǔ)存在導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐中。2019年2月3日投運(yùn)凝析油穩(wěn)定塔和塔底重沸器,2月4日對(duì)凝析油穩(wěn)定塔塔底重沸器封頭熱緊后正常投運(yùn)。期間僅通過高溫導(dǎo)熱油回油管線高位處進(jìn)行排氣,未在膨脹罐頂部進(jìn)行脫水、排氣,因此可能存在脫水、排氣不徹底的情況。

2.4 站內(nèi)原導(dǎo)熱油的影響

站內(nèi)導(dǎo)熱油系統(tǒng)的原導(dǎo)熱油已運(yùn)行十年以上,未進(jìn)行過全部替換,每次檢修時(shí)只是補(bǔ)充缺少的導(dǎo)熱油。2017年1月對(duì)站內(nèi)導(dǎo)熱油進(jìn)行取樣化驗(yàn),發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中導(dǎo)熱油存在低沸物含量偏高的情況。低沸物是指導(dǎo)熱油在使用過程中,分子鏈發(fā)生斷裂,形成沸點(diǎn)低于導(dǎo)熱油新餾程范圍的物質(zhì)。由于低沸物的沸點(diǎn)較低,在系統(tǒng)正常操作溫度和壓力下,易揮發(fā)成氣態(tài)物質(zhì),導(dǎo)熱油中的低沸物含量積累到一定程度會(huì)產(chǎn)生以下影響:引起導(dǎo)熱油循環(huán)泵氣蝕,造成導(dǎo)熱油循環(huán)泵不上量氣蝕停泵;加劇加熱爐中導(dǎo)熱油局部過熱現(xiàn)象,影響導(dǎo)熱油的使用壽命;引起系統(tǒng)壓力升高,導(dǎo)致膨脹罐和儲(chǔ)油罐中氮?dú)獠槐匾呐欧?導(dǎo)熱油閃點(diǎn)降低,極端情況閃點(diǎn)可能降低到系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以下,危及系統(tǒng)安全[11]。導(dǎo)熱油技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求見表2。定期對(duì)導(dǎo)熱油的運(yùn)動(dòng)黏度、水分、低沸物、閃點(diǎn)、殘?zhí)恐?、酸值等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行化驗(yàn)十分必要[12]。

表2 導(dǎo)熱油技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求表

2.5 電氣、儀表影響

2018年12月31日站內(nèi)低壓配電室變頻控制柜線路短路故障見圖5,造成熱媒爐停爐報(bào)警?；謴?fù)供電后熱媒爐啟動(dòng)正常,熱媒系統(tǒng)的PLC故障[13],見圖6。熱媒單元設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)無法遠(yuǎn)傳至中控室,中控室人員不能看到熱媒單元設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù),只靠輔助崗位人員加強(qiáng)巡檢不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

圖5 變頻控制柜線路短路燒毀照片

圖6 熱媒系統(tǒng)的PLC故障照片

3 排查處理過程

針對(duì)導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣造成停泵、停爐問題,技術(shù)人員和崗位人員及時(shí)進(jìn)行排查、分析，基本排除低于高、中溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)壓力的導(dǎo)熱油用戶(如凝析儲(chǔ)罐加熱盤管、凝穩(wěn)塔塔底重沸器)漏入導(dǎo)熱油系統(tǒng)的可能性。通過對(duì)導(dǎo)熱油膨脹罐頂部和高、中溫導(dǎo)熱油回油管線高位處進(jìn)行排氣,對(duì)高溫導(dǎo)熱油回油管線高位處排氣用四合一可燃?xì)怏w報(bào)警器進(jìn)行檢測(cè),四合一可燃?xì)怏w報(bào)警器顯示可燃?xì)怏w超標(biāo)報(bào)警,可能是導(dǎo)熱油油蒸汽(含導(dǎo)熱油揮發(fā)的低沸物、一氧化碳),也可能是甲烷;隨后用甲烷氣體檢測(cè)儀對(duì)排出氣體進(jìn)行甲烷濃度檢測(cè),顯示甲烷濃度為540 mg/kg,說明排出的氣體甲烷濃度較少,可以排除再生氣加熱器、膨脹機(jī)組密封氣加熱器管束漏的可能性;根據(jù)導(dǎo)熱油膨脹罐運(yùn)行現(xiàn)狀及罐內(nèi)未出現(xiàn)“水擊”咕咚聲[14],排除油水換熱器管束漏的可能性。重點(diǎn)對(duì)脫乙烷塔塔底重沸器、液化氣塔塔底重沸器、塔河來油換熱器進(jìn)行排查,通過關(guān)閉上述三個(gè)導(dǎo)熱油用戶的導(dǎo)熱油進(jìn)出口,在保障介質(zhì)正常壓力的情況下,4 h后導(dǎo)熱油出口管線壓力表壓力顯示穩(wěn)定(壓力不上升),未發(fā)現(xiàn)重沸器、換熱設(shè)備管束存在串漏問題。導(dǎo)熱油系統(tǒng)排氣后,高、中溫導(dǎo)熱油循環(huán)泵均恢復(fù)正常運(yùn)行,啟熱媒爐升溫[15],逐步投運(yùn)所有的換熱設(shè)備,裝置恢復(fù)正常運(yùn)行,未發(fā)現(xiàn)換熱設(shè)備串漏問題。基本判定此次熱媒單元停運(yùn)的根本原因是導(dǎo)熱油系統(tǒng)中的氣未全部排出,造成導(dǎo)熱油循環(huán)泵氣蝕停泵[16-20]。

4 結(jié)論和建議

4.1 導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣來源及原因分析

雅站導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣來源主要有以下幾個(gè)方面:

1)2019年2月2日凝穩(wěn)塔塔底重沸器更換新的管束后,管束和部分管線的空氣未用氮?dú)庵脫Q,空氣未及時(shí)全部排出,空氣進(jìn)入導(dǎo)熱油系統(tǒng),造成導(dǎo)熱油循環(huán)泵氣蝕不上量停泵。

2)新補(bǔ)加到系統(tǒng)的10桶導(dǎo)熱油(約1.8 t),新導(dǎo)熱油中低沸物被加熱后揮發(fā)進(jìn)入導(dǎo)熱油系統(tǒng)。

3)站內(nèi)系統(tǒng)原裝置內(nèi)的導(dǎo)熱油已運(yùn)行十年以上,未進(jìn)行過全部替換,每次檢修時(shí)只是補(bǔ)充缺少的導(dǎo)熱油,導(dǎo)熱油2017年1月取樣化驗(yàn)時(shí)已存在低沸物含量偏高的情況。

通過雅站導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣來源分析可知:

1)導(dǎo)熱油系統(tǒng)進(jìn)氣、新補(bǔ)導(dǎo)熱油、系統(tǒng)原導(dǎo)熱油中低沸物含量高,是導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣的主要原因。

2)導(dǎo)熱油系統(tǒng)高、中溫用戶較多且距離熱媒爐遠(yuǎn),導(dǎo)熱油管網(wǎng)走向高低、曲折不同,導(dǎo)熱油系統(tǒng)氣體容易積聚,造成進(jìn)入導(dǎo)熱油系統(tǒng)中的氣脫出較為困難,排氣時(shí)間長(zhǎng)。導(dǎo)熱油循環(huán)泵運(yùn)行情況下,才能更容易從導(dǎo)熱油回路高位處和膨脹罐頂部排出,導(dǎo)熱油循環(huán)泵不運(yùn)行,導(dǎo)熱油回路高位處和膨脹罐頂部排氣較難，是導(dǎo)熱油系統(tǒng)難以排氣、排氣時(shí)間長(zhǎng)的影響因素。

3)停電造成熱媒單元PLC通訊故障,中控室人員不能看到熱媒單元設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù),只靠輔助崗人員加強(qiáng)巡檢不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

4)導(dǎo)熱油系統(tǒng)進(jìn)氣、補(bǔ)油后,崗位值班人員思想松懈未對(duì)導(dǎo)熱油系統(tǒng)進(jìn)行排氣或排氣時(shí)間短、排氣效果較差,導(dǎo)熱油系統(tǒng)氣未及時(shí)全部排出,筆者認(rèn)為這是最重要、最根本的原因。上述各種原因最終導(dǎo)致熱媒單元系統(tǒng)停運(yùn),長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)導(dǎo)致了站內(nèi)氣處理裝置停機(jī)。

4.2 導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣問題解決建議

針對(duì)導(dǎo)熱油系統(tǒng)含氣問題建議解決措施如下:

1)嚴(yán)格按程序?qū)?dǎo)熱油系統(tǒng)進(jìn)行排氣。加強(qiáng)崗位操作人員管控,特別是導(dǎo)熱油系統(tǒng)相關(guān)的用戶抽芯更換、補(bǔ)新導(dǎo)熱油時(shí)必須嚴(yán)格按照程序?qū)?dǎo)熱油系統(tǒng)進(jìn)行排氣。

2)工藝流程優(yōu)化,對(duì)沒有排氣置換的導(dǎo)熱油用戶的換熱器進(jìn)行優(yōu)化,增加氮?dú)庵脫Q、排氣流程。

3)每年對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行取樣化驗(yàn),分析運(yùn)動(dòng)黏度、水分、低沸物、閃點(diǎn)、殘?zhí)恐?、酸值指?biāo)是否符合要求,必要時(shí)替換全部導(dǎo)熱油,保證系統(tǒng)換熱性能良好。

4)加強(qiáng)儀表配件儲(chǔ)備,發(fā)現(xiàn)儀表模塊故障及時(shí)進(jìn)行處理,確保監(jiān)控功能正常運(yùn)行。