乙二醇在天然氣換熱器中的凍堵原因分析

李彩紅 ， 張　濤

(中原油田分公司 天然氣處理廠 ， 河南 濮陽　457162)

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乙二醇在天然氣換熱器中的凍堵原因分析

李彩紅 ， 張濤

(中原油田分公司 天然氣處理廠 ， 河南 濮陽457162)

摘要：根據(jù)生產(chǎn)情況，對換熱器凍堵的原因進(jìn)行了分析，通過對換熱器設(shè)計(jì)資料的分析、計(jì)算，得出乙二醇凍堵的依據(jù)。矯正了乙二醇加注噴嘴的安裝角度，調(diào)節(jié)了原料氣在換熱器中的流量分配，解決了換熱器壓差高、換熱效果差的問題。

關(guān)鍵詞：乙二醇 ； 換熱器 ； 凍堵

圖1　原料氣冷卻系統(tǒng)工藝流程示意圖

1生產(chǎn)中存在的問題

氣氣換熱器作為制冷單元的核心設(shè)備，其工作狀況直接影響了商品氣的質(zhì)量及LPG、凝析油的產(chǎn)量。因此急需找出氣氣換熱器壓差高、換熱效果差的原因，從根本上解決產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量的問題。

2問題的查找

根據(jù)裝置運(yùn)行參數(shù)判斷氣氣換熱器管程存在堵塞問題，并對堵塞的原因進(jìn)行分析，可能存在以下幾方面。

2.1臟堵

換熱器管程有可能是被管線中的鐵銹等雜質(zhì)堵塞，但臟堵很難解釋最初的乙二醇加注可以解決壓差升高問題，且與其并列運(yùn)行的氣液換熱器無論從結(jié)構(gòu)形式上還是工藝介質(zhì)上都一樣，但氣液換熱器并沒有出現(xiàn)過此類問題。通過分析基本可以排除是臟堵。

2.2乙二醇凍堵

查閱乙二醇水溶液的冰點(diǎn)對照表可知[1]，純乙二醇的冰點(diǎn)為-13 ℃，70/30的乙二醇水溶液冰點(diǎn)為-48 ℃。但往系統(tǒng)內(nèi)加注的乙二醇均按80/20的比例進(jìn)行添加的，結(jié)果換熱器壓差過高問題沒有得到任何改善。乙二醇再生塔底溫度設(shè)在116 ℃，查閱乙二醇水溶液沸點(diǎn)對照表可知再生后的乙二醇濃度應(yīng)在70%左右。通過以上數(shù)據(jù)分析可以排除乙二醇凍堵的原因。

2.3水合物凍堵

若是水合物凍堵，則加注甲醇后應(yīng)該能迅速有效地解決問題，而事實(shí)并非如此。并且發(fā)現(xiàn)氣液換熱器不出現(xiàn)水合物凍堵問題，每次對換熱器進(jìn)行升溫吹掃均能使換熱器壓差大幅度明顯降低，換熱效果恢復(fù)正常，但僅能維持不到兩天，又慢慢惡化。

3原因分析

經(jīng)過對以上各種可能的原因進(jìn)行分析，最可能的還是水合物凍堵，因此找出水合物凍堵的根本原因是解決問題的關(guān)鍵。

3.1分析凍堵部位

根據(jù)氣氣換熱器和氣液換熱器的設(shè)計(jì)資料發(fā)現(xiàn)，雖然兩種換熱器在結(jié)構(gòu)、外形尺寸、管程工藝介質(zhì)上并無差別，但是其內(nèi)部仍有很大不同。

氣氣換熱器分為上下兩個，分別為E-200A和E-200B。E-200A和E-200B的換熱面積及換熱管布置均相同，其中換熱面積各為283.5 m2，熱負(fù)荷為1 641 kW。氣液換熱器同樣分為上下兩個，分別為E-210A和E-210B。E-210A和E-210B的換熱面積及換熱管布置均相同，其中換熱面積各為468 m2，熱負(fù)荷為1 446 kW。

由此對比可以發(fā)現(xiàn)，氣氣換熱器的換熱面積約為氣液換熱器的60%，而熱負(fù)荷卻為1.13倍。

根據(jù)查閱的換熱器數(shù)據(jù)，利用計(jì)算軟件可以分別計(jì)算出原料氣進(jìn)出各換熱器的溫度。當(dāng)原料氣的流量平均分配到氣氣換熱器和氣液換熱器中時，E-200A進(jìn)口溫度為15.3 ℃，出口溫度為-7.6 ℃，E-200B進(jìn)口溫度為-7.6 ℃，出口溫度-16.6 ℃；E-210A進(jìn)口溫度為15.3 ℃，出口溫度-3.3 ℃，E-210B進(jìn)口溫度為-3.3 ℃，出口溫度-7.7 ℃。

對比計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在E-200A、E-200B、E-210A、E-210B換熱器中，原料氣溫度最低的為氣氣換熱器E-200B。氣氣換熱器E-200B的原料氣溫度最低，是因?yàn)樵谠蠚饬髁科骄峙涞綒鈿鈸Q熱器和氣液換熱器的前提下，由于氣氣換熱器的換熱面積只有氣液換熱器的60%，但其換熱負(fù)荷卻為氣液換熱器的1.13倍。由此，基本可以確定換熱器的凍堵部位為E-200B。

3.2凍堵原因分析

查閱設(shè)備資料可以看出，氣氣換熱器管板上的管子布局近似為橢圓形，對應(yīng)的乙二醇加注噴嘴噴霧形狀為60°的橢圓錐形。由此可知，氣氣換熱器的乙二醇加注噴嘴的安裝角度應(yīng)水平安裝，這樣噴出的乙二醇才能剛好完全覆蓋在換熱器的管板上。

綜上分析，氣氣換熱器凍堵的部位應(yīng)為E-200B的管板口，原因一是此處溫度最低；二是乙二醇加注噴嘴有問題，導(dǎo)致噴霧效果不好。為徹底解決換熱器凍堵問題，裝置在4月份進(jìn)行了停產(chǎn)檢修，打開了氣氣換熱器的管箱。并調(diào)整了工藝參數(shù)。

檢修發(fā)現(xiàn)E-200B乙二醇加注噴嘴的實(shí)際安裝與水平方向成30°角，應(yīng)該水平安裝。這樣直接導(dǎo)致了噴出的乙二醇不能完全覆蓋在管板上，即管板上部分換熱管實(shí)際上沒有噴注乙二醇，這是導(dǎo)致氣氣換熱器凍堵的主要原因。

由于氣氣換熱器的換熱面積只有氣液換熱器的60%，但其換熱負(fù)荷卻為氣液換熱器的1.13倍。原設(shè)計(jì)氣液換熱器、氣氣換熱器的原料氣入口閥均保持全開狀態(tài)，為了優(yōu)化換熱器的性能，合理分配原料氣流量，根據(jù)熱負(fù)荷之比，調(diào)節(jié)氣液換熱器入口閥門開度，使得原料氣流量分配比約為1∶1.2(氣液∶氣氣)，使原料氣經(jīng)過氣氣、氣液換熱器換熱后的溫度處于最佳溫度點(diǎn)。從操作運(yùn)行上進(jìn)一步避免了換熱器出現(xiàn)局部凍堵的現(xiàn)象。

4結(jié)語

通過對換熱器進(jìn)行研究分析，找出了氣氣換熱器凍堵的根本原因，矯正了乙二醇加注噴嘴的安裝角度，調(diào)節(jié)了原料氣在換熱器中的流量分配，解決了換熱器壓差高、換熱效果差的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鶴良. 天然氣集輸工程[M].北京: 石油工業(yè)出版社,2001.

中圖分類號：TQ050.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1003-3467(2016)03-0037-02

作者簡介：李彩紅(1986-)，女，助理工程師，從事天然氣處理的生產(chǎn)及研究工作，電話：18739392512。

收稿日期：2016-01-28