低溫甲醇洗尾氣洗滌塔結冰凍堵原因分析及改造

汪 麗

（兗礦國宏化工有限責任公司 山東鄒城273512）

低溫甲醇洗尾氣洗滌塔結冰凍堵原因分析及改造

汪 麗

（兗礦國宏化工有限責任公司 山東鄒城273512）

兗礦國宏化工有限公司500kt／a甲醇項目酸性氣脫除系統(tǒng)采用德國魯奇公司低溫甲醇洗工藝。該系統(tǒng)設計理念比較成熟，自投入使用以來運行比較穩(wěn)定，但在細節(jié)方面設計仍有一些不足：在正常生產(chǎn)中，尾氣洗滌塔溫度波動比較大（最低、最高溫度分別約4℃和20℃）；系統(tǒng)穩(wěn)定時，保持在10℃左右。由于尾氣洗滌塔的洗滌液為水，若塔內溫度過低，極易造成尾氣洗滌塔結冰，導致低溫甲醇洗系統(tǒng)及后系統(tǒng)緊急停車。

1 尾氣洗滌塔工藝流程

尾氣洗滌塔工藝流程見圖1。低壓閃蒸塔閃蒸過程中，部分甲醇蒸氣不可避免地被CO2尾氣帶走，雖然在低壓閃蒸塔出口安裝了絲網(wǎng)除沫器，仍會有大量的甲醇隨尾氣排放到大氣中，既造成浪費，又污染了環(huán)境。根據(jù)甲醇與水無限互溶的特性，設計了尾氣洗滌塔，利用甲醇水分離塔從熱再生塔的甲醇中脫除的水將尾氣中的甲醇洗滌下來，回流至甲醇水分離塔來脫除水分，以甲醇蒸氣的形態(tài)從甲醇水分離塔塔頂進入熱再生塔。在正常情況下，甲醇水分離塔所產(chǎn)生的水量是恒定且持續(xù)的，為保證甲醇水分離塔塔釜液位保持穩(wěn)定，多余的水會被送至界外。如果因工藝氣系統(tǒng)波動而導致低壓閃蒸塔液位波動較大時，尾氣中的甲醇攜帶量也會隨之波動；另一方面，因蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)波動較大時，甲醇水分離塔為尾氣洗滌塔所提供的水量會減少。上述2個因素都會導致尾氣洗滌塔中的洗滌水不足以完全回收尾氣中的甲醇，為了避免由此造成的甲醇浪費，該系統(tǒng)設計了一路脫鹽水作為補充，這路脫鹽水除了作為洗滌水外，還可用來沖洗尾氣洗滌塔及甲醇水分離塔的塔盤。另外，尾氣洗滌塔塔盤堵塞時，為了維持系統(tǒng)正常運行，尾氣可沖破液封裝置，不經(jīng)尾氣洗滌塔直接排放到大氣中。

圖1 尾氣洗滌塔工藝流程

2 事故經(jīng)過

2012年12月22日18：20，氣化系統(tǒng)發(fā)生故障，運行中的2臺氣化爐被迫停運1臺，工藝氣氣量由221000m3／h（標態(tài)）減至115000m3／h（標態(tài)）。低溫甲醇洗系統(tǒng)根據(jù)工藝氣氣量與甲醇循環(huán)量的匹配原則，甲醇總循環(huán)量由345m3／h（標態(tài)）減至230m3／h（標態(tài)），主洗塔脫硫段甲醇循環(huán)量由190m3／h（標態(tài)）減至85m3／h（標態(tài)）。由于事發(fā)突然，調節(jié)幅度較大，全系統(tǒng)處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)中。在此情況下，設備及閥門等極易受到損害。18：30，來自主洗塔脫硫段的甲醇流量突然變?yōu)?。經(jīng)排查，確認為自調閥卡死。儀表人員立即搶修；同時，為了確保在自調閥修復前維持系統(tǒng)運行，甲醇總循環(huán)量增加至300m3／h（標態(tài)），并適當減少了進入脫硫段的甲醇循環(huán)量。

18：45，低壓閃蒸塔壓力突然由0.25MPa瞬間升至0.50MPa，且仍有上升趨勢，尾氣洗滌塔溫度由5℃降至－9℃。18：50，低壓閃蒸塔壓力達到0.80MPa，安全閥起跳，系統(tǒng)被迫緊急停車，立即對系統(tǒng)進行全面排查，最后發(fā)現(xiàn)尾氣洗滌塔已結冰，低壓閃蒸塔閃蒸出的尾氣已無法進入尾氣洗滌塔。

3 原因分析

富硫甲醇和富碳甲醇在閃蒸時吸收大量的熱量，會降低低壓閃蒸塔溫度，正常情況下，低壓閃蒸塔溫度可降至－60℃左右。此過程所產(chǎn)生的冷量也是整個低溫甲醇洗系統(tǒng)的主要冷量來源，通過計算，將冷量合理分配到各個冷量回收點，以確保低壓閃蒸塔各段所產(chǎn)生的冷量在進入尾氣洗滌塔前都能被完全吸收。按照設計數(shù)據(jù)，各段尾氣最終的混合溫度為11℃。事故發(fā)生時低壓閃蒸塔各段尾氣的相關數(shù)據(jù)見表1。

表1 事故發(fā)生時低壓閃蒸塔各段尾氣的相關數(shù)據(jù)

事故發(fā)生時，低壓閃蒸塔各段尾氣指標與正常情況相比有很大變化。由表1可知：①第1段的壓力和流量數(shù)據(jù)的變化證明該段所產(chǎn)生的尾氣排放受阻，最終溫度上升是由于氣量降低、所攜帶的冷量減少所致。②第2段的壓力變化同第1段，但其流量、溫度的變化卻很反常，結合液位為100%，可以推測該段尾氣攜帶大量的甲醇，此部分甲醇不同于平時少量的甲醇蒸氣。由于該段甲醇量過多，甲醇直接流入尾氣管道，再進入尾氣洗滌塔，并在管道及尾氣洗滌塔內閃蒸，故第2段尾氣氣量由3655m3／h（標態(tài)）增至5669m3／h（標態(tài)），同時經(jīng)回收冷量的尾氣溫度仍達－22℃，導致尾氣洗滌塔及其液封同時結冰。③第3段的數(shù)據(jù)變化同第1段，尾氣洗滌塔結冰，尾氣排放受阻所致。

根據(jù)上述分析得出以下結論：①由于來自主洗塔脫硫段的甲醇控制閥門故障，人為地改變富硫甲醇和富碳甲醇的比例，導致進入低壓閃蒸塔第2段的富碳甲醇過多，來不及排至第3段，多余的甲醇進入尾氣管線，并最終進入尾氣洗滌塔。隨著這部分甲醇閃蒸出CO2和H2S，迅速降低了尾氣洗滌塔溫度，最終導致尾氣洗滌塔結冰。②低壓閃蒸塔所閃蒸的尾氣除進入尾氣洗滌塔外，只能通過沖破液封排放。此設計針對尾氣洗滌塔塔盤堵塞是比較有效的，而對于此情況就很難起到作用，因為液封的密封介質是水，在尾氣洗滌塔結冰的同時，液封也同樣會結冰。③尾氣洗滌塔前沒有任何保護措施，使得低壓閃蒸塔閃蒸出的尾氣經(jīng)過冷量回收后直接進入尾氣洗滌塔。

4 改造措施

改造后尾氣洗滌塔部分流程見圖2。

（1）取消液封設計，改成可人為調節(jié)的閥門，作為尾氣洗滌塔的短接副線；同時，尾氣洗滌塔的出口和入口各加裝1只閥門，用于在緊急情況下方便地停用尾氣洗滌塔。改造后，尾氣洗滌塔故障時，也不會影響全系統(tǒng)的運行。由于尾氣不經(jīng)洗滌直接排入大氣，不但浪費了甲醇，還會污染環(huán)境，故此設計只能在緊急情況下使用，不可長期投用。

圖2 改造后尾氣洗滌塔部分流程

（2）尾氣洗滌塔前增加1臺分離器。改造后，可根據(jù)分離器的液位直觀地判斷尾氣中甲醇的攜帶量，并及時作出調整，避免過多的甲醇進入尾氣洗滌塔閃蒸。同時，可將此部分液態(tài)甲醇分離下來，進一步保證尾氣洗滌塔的安全。

（3）在分離器和尾氣洗滌塔之間配蒸汽管線。正常情況下，蒸汽閥門關閉；系統(tǒng)波動、閥門故障等各種原因引起的尾氣溫度過低時，都可用蒸汽來補償這部分熱量，進一步保證了尾氣洗滌塔的安全。

5 結語

低溫甲醇洗系統(tǒng)經(jīng)過嚴格的冷量計算，在正常情況下，整個系統(tǒng)的冷量和熱量保持了相對的平衡。但有很多突發(fā)情況會打破此種平衡，造成冷量、熱量失調，損害設備，并影響生產(chǎn)。因此，必須提前采取應對措施，作出相應改造，切不可墨守成規(guī)，造成不應有的損失。

2014-05-30）