洗滌塔再沸器開車問題分析及解決方案

紀(jì)明磊，白改玲，宋媛玲，賈保印

(中國寰球工程有限公司，北京 100012)

洗滌塔再沸器開車問題分析及解決方案

紀(jì)明磊，白改玲，宋媛玲，賈保印

(中國寰球工程有限公司，北京 100012)

針對天然氣液化工廠開車階段洗滌塔再沸器重?zé)N出口管線的低溫問題，從工藝設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、操作運(yùn)行等角度進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生低溫的原因，并提出增加壓差控制閥、調(diào)整管線連接方式、增加放空閥及放空管線、調(diào)整開車順序等解決方法，使洗滌塔再沸器恢復(fù)正常運(yùn)行工況。

洗滌塔再沸器； 低溫問題； 壓差平衡

天然氣液化工廠的原料天然氣中含有苯、重?zé)N等組分，在天然氣液化過程中必須先脫除至一定水平，否則會在液化低溫段凍結(jié)堵塞設(shè)備[1]，致使裝置只能維持較低負(fù)荷生產(chǎn)，液化率降低，能耗增加，甚至導(dǎo)致裝置停車[2]。本裝置采用洗滌塔低溫精餾[3]分離脫除苯、重?zé)N等組分，并采用洗滌塔再沸器加熱洗滌塔塔釜中的含甲烷的重?zé)N混合物，使甲烷等輕烴氣化，為洗滌塔提供上升氣流，同時(shí)減少LNG產(chǎn)品中甲烷的損失。

本文針對開車階段洗滌塔再沸器重?zé)N出口管線的低溫問題，分析產(chǎn)生原因，對工藝流程提出整改方法及優(yōu)化措施，對開車順序提出合理化建議。

1 工藝方案

圖1 工藝流程圖

Fig.1 Process flow diagram

天然氣液化流程中要求苯、重?zé)N的脫除指標(biāo)為：苯含量≤5ppmv，重?zé)N含量≤100ppmv。苯、重?zé)N脫除工藝流程如圖1所示，原料天然氣進(jìn)入冷箱后，在預(yù)冷段預(yù)冷至一定溫度，進(jìn)入洗滌塔脫除苯、重?zé)N，塔頂形成富含甲烷的氣相送入冷箱繼續(xù)冷卻并液化成LNG產(chǎn)品。塔釜富含苯、重?zé)N的液相被洗滌塔再沸器加熱至35℃，氣液分離，液相經(jīng)FCV閥節(jié)流降壓后溫度為5℃，作為副產(chǎn)品經(jīng)過XV閥下游管線、重?zé)N電加熱器等設(shè)備輸送至重?zé)N儲存系統(tǒng)。根據(jù)洗滌塔及再沸器工藝流程，為防止開停車及負(fù)荷調(diào)整過程中可能出現(xiàn)的低溫現(xiàn)象，洗滌塔再沸器重?zé)N出口管線設(shè)置XV閥，XV閥及上游管線采用不銹鋼材質(zhì)；同時(shí)，根據(jù)正常操作過程中節(jié)流降壓后的溫度，為節(jié)省管線及設(shè)備的建設(shè)投資，XV閥下游管線及設(shè)備采用碳鋼材質(zhì)。

根據(jù)洗滌塔再沸器出口溫度35℃、熱負(fù)荷80kW，可選擇作為熱源的介質(zhì)有循環(huán)水、蒸汽、系統(tǒng)內(nèi)預(yù)冷混合冷劑(MR1)等，最終選擇采用MR1作為熱源，回收利用MR1熱量，降低公用工程投資及能量消耗；同時(shí)可以避免循環(huán)水、蒸汽等加熱介質(zhì)遇冷后發(fā)生凍堵。MR1熱源循環(huán)工藝流程如圖1所示，來自MR1壓縮機(jī)出口緩沖罐的MR1管線在A點(diǎn)分為兩個(gè)流股，L1為MR1主管線，在過冷器中與冷卻水換熱后返回冷箱；L2為MR1熱源管線，在洗滌塔再沸器中為洗滌塔塔釜重?zé)N提供熱量后，在B點(diǎn)與主管線匯合。

2 開車問題

天然氣液化工廠洗滌塔開車階段，洗滌塔再沸器重?zé)N出口管線出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)霜現(xiàn)象，查詢儀表運(yùn)行記錄顯示洗滌塔再沸器重?zé)N出口溫度約-30℃，現(xiàn)場實(shí)測FCV閥減壓后溫度約-70℃。

如工藝方案所述，以洗滌塔再沸器重?zé)N出口管線XV閥為材質(zhì)分界，XV閥上游管線材質(zhì)是不銹鋼，最低耐受溫度約-170℃，能承受開車過程中產(chǎn)生的低溫；XV閥下游管線及設(shè)備材質(zhì)是碳鋼，最低耐受溫度約-29℃，無法承受開車過程中產(chǎn)生的低溫。

因此，開車過程中保持XV閥關(guān)閉，防止過低溫度造成XV閥下游管線及重?zé)N電加熱器等設(shè)備損壞，副產(chǎn)品無法輸送至重?zé)N儲存系統(tǒng)，苯、重?zé)N脫除流程無法導(dǎo)通。

3 問題分析

根據(jù)開車過程中出現(xiàn)的重?zé)N出口溫度偏低現(xiàn)象，查詢洗滌塔再沸器相關(guān)運(yùn)行記錄顯示L2管線流量為零，分析低溫問題的主要原因?yàn)橄礈焖俜衅鱉R1熱源循環(huán)未建立。根據(jù)洗滌塔再沸器MR1熱源循環(huán)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，推斷MR1熱源循環(huán)無法建立的主要原因?yàn)閴翰钇胶鈫栴}，從工藝設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、操作運(yùn)行等角度分析可能引起壓差平衡問題的因素有以下幾點(diǎn)：

(1)從工藝設(shè)計(jì)角度，洗滌塔再沸器MR1熱源循環(huán)采用壓差平衡設(shè)計(jì)，MR1主管線L1與MR1熱源管線L2的3D模型如圖2所示。AB兩點(diǎn)間L1管線無壓差及流量控制措施，根據(jù)管線及換熱器阻力降，通過水力學(xué)計(jì)算得出L1管線壓差為26kPa。按照壓差平衡設(shè)計(jì)，L2管線與L1管線壓差相等，設(shè)計(jì)值也為26kPa，在此條件下對L2管線的管徑進(jìn)行優(yōu)化，管徑取8"，阻力降僅1.2kPa，同時(shí)優(yōu)選阻力降較小的管道元件，流量計(jì)阻力降僅1kPa，控制閥阻力降僅6kPa，從而保證壓差滿足設(shè)計(jì)值，理論上此壓差平衡設(shè)計(jì)滿足工藝流程要求。而實(shí)際運(yùn)行過程中，壓差設(shè)計(jì)值26kPa相對于MR1壓縮機(jī)出口緩沖罐壓力3.92MPaG僅為0.7%，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值存在微小偏差或工藝系統(tǒng)存在微小波動(dòng)時(shí)，均容易導(dǎo)致L2管線壓差偏大，而L1管線無壓差及流量控制措施，MR1很可能無法進(jìn)入洗滌塔再沸器進(jìn)行換熱，無法建立MR1熱源循環(huán)。

圖2 管線3D模型Fig.2 Pipeline 3D model

(2)從管道設(shè)計(jì)角度，L2管線有兩處高點(diǎn)位置無放空閥及放空管線，如圖2所示。若L2管線中MR1存在氣相，很可能在高點(diǎn)位置形成氣阻，導(dǎo)致L2管線壓差偏大，甚至造成MR1無法進(jìn)入洗滌塔再沸器進(jìn)行換熱，無法建立MR1熱源循環(huán)。

(3)從操作運(yùn)行角度，MR1壓縮機(jī)出口緩沖罐下游MR1過冷度約1℃，正常操作過程中，由于管道吸熱等因素，可能產(chǎn)生少量氣相。開車過程中，MR1壓縮機(jī)出口壓力實(shí)際運(yùn)行參數(shù)比設(shè)計(jì)值低約1.2MPa，此處MR1為氣液兩相，若管線高點(diǎn)無放空管線，易在高點(diǎn)形成氣阻。若L2管線形成氣阻，將影響壓差平衡，導(dǎo)致L2管線壓差遠(yuǎn)大于L1管線，同時(shí)由于L1管線無壓力控制措施，MR1將無法進(jìn)入洗滌塔再沸器進(jìn)行換熱，無法建立MR1熱源循環(huán)。

4 解決方案

根據(jù)壓差平衡問題的分析，結(jié)合工藝及管道設(shè)計(jì)方案，提出L1管線增加壓差控制閥、L2管線調(diào)整管線連接方式、增加放空閥及放空管線等解決方法，確保開車過程中洗滌塔再沸器正常投用。

4.1 L1管線增加壓差控制閥

圖3 L2管線引出位置調(diào)整至手動(dòng)控制閥上游Fig.3 Change the L2 pipeline connection point from the downstream of the manual control valve to the upstream

將L2管線的引出位置，由MR1壓縮機(jī)出口緩沖罐出口手動(dòng)控制閥下游調(diào)整至上游，如圖3所示，調(diào)整引出位置后，在不增加閥門數(shù)量基礎(chǔ)上，L1管線增加壓差控制閥，具有壓差控制功能。實(shí)際操作運(yùn)行過程中，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值存在偏差或工藝系統(tǒng)存在波動(dòng)導(dǎo)致L2管線壓差偏大時(shí)，可通過調(diào)整手動(dòng)控制閥開度提高L1管線壓差，調(diào)節(jié)兩個(gè)管路的流量，保證MR1流向洗滌塔再沸器，建立MR1熱源循環(huán)。

4.2 L2管線高點(diǎn)處理

高點(diǎn)1處理如圖4所示，將L2管線與L1管線的連接方式，由上接修改為下接，消除高點(diǎn)，避免閃蒸出來的氣相在此處積聚形成氣阻。

圖4 高點(diǎn)1處理Fig.4 Modify the first high point

圖5 高點(diǎn)2處理Fig.5 Modify the second high point

高點(diǎn)2處理如圖5所示，L2管線增加放空閥及放空管線至MR1壓縮機(jī)入口分離罐，當(dāng)管線出現(xiàn)氣相積聚時(shí)開啟放空閥，氣相返回MR1壓縮機(jī)入口分離罐，避免形成氣阻。

通過以上解決方法，MR1主管線及熱源管線具備調(diào)節(jié)控制功能，可有效解決壓差平衡問題。同時(shí)，在后續(xù)開車過程中，提出手閥完全關(guān)閉先投用洗滌塔再沸器、再開手閥投用過冷器的操作方法，通過調(diào)整開車操作順序，使洗滌塔再沸器熱源MR1循環(huán)建立，洗滌塔再沸器投入使用，并將實(shí)際運(yùn)行參數(shù)調(diào)整至設(shè)計(jì)值，避免人為因素導(dǎo)致工藝裝置偏離正常運(yùn)行工況。

5 結(jié)論

(1)本裝置通過增加壓差控制閥、調(diào)整管線連接方式、增加放空閥及放空管線、調(diào)整開車順序等方法，解決因壓差平衡導(dǎo)致的低溫問題，洗滌塔再沸器正常投入使用，充分回收利用MR1熱量，降低公用工程投資，每小時(shí)節(jié)約能量約288000kJ(熱負(fù)荷80kW折算)。

(2)壓差平衡設(shè)計(jì)過程中，主管路壓差理論計(jì)算值較小時(shí)，分支管路壓差設(shè)計(jì)值等于主管路，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)管路的平衡。但是工程應(yīng)用中若出現(xiàn)較小偏差，極易引起壓差不平衡，大部分流體將通過主管路流向下游，分支管路甚至?xí)霈F(xiàn)無流量情況，此時(shí)分支管路雖然設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，但無法進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。因此，在控制方案的選擇上，應(yīng)根據(jù)流程特點(diǎn)在主管路設(shè)置壓差及流量控制措施，確保工程應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)主管路與分支管路的壓差平衡，保證分支管路正常投用。

(3)開車及操作運(yùn)行過程中，需根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整開車操作順序，確保實(shí)際運(yùn)行參數(shù)符合設(shè)計(jì)值，保證工藝裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 顧安忠, 魯雪生, 石玉美, 等. 液化天然氣技術(shù)[M].2版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2015:59.

[2] 曾凡平, 田廣新. 液化天然氣工廠重?zé)N脫除工藝方案比選[M]. 石油與天然氣化工, 2015,44(1): 35-38.

[3] 岳春靜. 液化天然氣系統(tǒng)中重?zé)N脫除系統(tǒng)的研究[J].廣東化工, 2013; 40(12): 221-223.

(本文文獻(xiàn)格式：紀(jì)明磊，白改玲，宋媛玲，.洗滌塔再沸器開車問題分析及解決方案[J].山東化工，2017，46(14)：131-133.)

Problem Analysis and Solutions of the Scrubber Reboiler During the Start-up Stage

JiMinglei,BaiGailing,SongYuanling,JiaBaoyin

(China Huanqiu Contracting & Engineering Co., Ltd., Beijing 100012,China)

This paper aims at providing solutions for low-temperature problem at the outlet of the scrubber reboiler during the LNG plant start-up stage. The relevant reasons are analyzed from the perspective of process design, pipeline design, operation and so on. The corresponding solutions such as installing differential pressure control valve, adjusting the pipeline connection, increasing the vent valves and pipes, adjusting the start-up sequence are proposed to help return to normal operating conditions.

scrubber reboiler low temperature problem differential pressure balance

2017-05-03

TE96

A

1008-021X(2017)14-0131-03