乙烯裝置蒸汽放空消音器防結(jié)冰優(yōu)化措施

趙萬慶，谷 陽，周家成，周 琳，張成龍

(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司乙烯廠，新疆 獨山子 833699)

某乙烯裝置的蒸汽系統(tǒng)由超高壓蒸汽系統(tǒng)、高壓蒸汽系統(tǒng)、中壓蒸汽系統(tǒng)和低壓蒸汽系統(tǒng)組成。不同壓力等級的蒸汽可作為超高壓蒸汽透平和高壓蒸汽透平的驅(qū)動蒸汽、換熱器的加熱熱源、伴熱系統(tǒng)的熱源，還可起到維持稀釋蒸汽壓力的工藝作用。由于蒸汽系統(tǒng)具有高溫、高壓的特點，因此，裝置運行中多余蒸汽的排放和蒸汽安全閥異常起跳后大量蒸汽的對空排放都會使蒸汽在短時間內(nèi)從泄放管線中噴射出來，并沿泄放管線向外擴(kuò)散，導(dǎo)致蒸汽壓力迅速減小至常壓、體積迅速膨脹。噴射的蒸汽與液化的凝液以及吸入的空氣三者之間相互作用產(chǎn)生劇烈碰撞并發(fā)出高頻的噪音【1-2】，同時對蒸汽泄放管線產(chǎn)生沖擊形成極大振動和噪音，為此在安全閥排出管線設(shè)置有消音器。不同壓力等級的蒸汽通過蒸汽消音器消音后，均可有效降低現(xiàn)場噪音，達(dá)到工業(yè)企業(yè)噪音標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 蒸汽放空消音器運行現(xiàn)狀

1.1 乙烯裝置蒸汽放空消音器結(jié)構(gòu)

乙烯裝置蒸汽管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，有大量蒸汽管線。為保證蒸汽管網(wǎng)的運行安全，設(shè)置有大量的安全閥。在安全閥的出口管線均設(shè)置有消音器。在蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行暖管操作時，需要排放大量的蒸汽，因此，暖管線的出口管線也設(shè)置消音器。

乙烯裝置蒸汽具有高溫、高壓、高流速的特點，在排放時會因高速氣流流動的不穩(wěn)定性產(chǎn)生噪音。噪音具有強(qiáng)度高、頻譜寬、流量大、影響范圍廣的特點，是石油化工行業(yè)中的重要噪聲源【3】。乙烯裝置消音器采用節(jié)流降壓-小孔噴注-阻性吸聲型復(fù)合結(jié)構(gòu)。高壓蒸汽在一級節(jié)流降壓裝置中由高壓氣體降低為低壓氣體形成各種頻譜的噪聲。由于小孔噴注結(jié)構(gòu)對低頻噪音的降噪效果好，而對中、高頻噪音降噪效果差，因此，通過小孔噴注裝置后可降低中、低頻噪音【4】， 而中、高頻噪音降低不明顯。中、高頻噪音與阻性吸聲結(jié)構(gòu)中的高吸聲系數(shù)的防水離心棉相互摩擦， 可將中、 高頻聲能轉(zhuǎn)化為熱能從而降低噪音。通過復(fù)合型消音器后可保證距離消音器1 m處噪音低于85 dB，由此可見，消音器在化工裝置中起著非常重要的作用。

消音器由筒體、降壓裝置、小孔噴注裝置、阻性吸聲材料、附屬接管、防雨帽、設(shè)備吊耳及鞍座、防鳥網(wǎng)等部分組成。消音器結(jié)構(gòu)見圖1 。

消音器防雨帽的作用是防止雨、雪落入消音器內(nèi)部，在消音器內(nèi)部積水、積冰，同時避免雨、雪在消音器及下部泄放管線內(nèi)集聚形成液封或?qū)е鹿芫€凍凝。酸性的雨水不僅會腐蝕消音器及下部管線、降低消音器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和高吸聲材料的性能，還會降低消音效果。而雨、雪在管線內(nèi)集聚或管線凍凝嚴(yán)重時會影響消音器的正常排放，使安全閥起跳后蒸汽無法及時排放而導(dǎo)致安全閥泄放線出現(xiàn)超壓爆裂事故。

圖1 消音器結(jié)構(gòu)示意

1.2 蒸汽放空消音器存在的問題

某乙烯裝置地處西北地區(qū)，冬季氣溫長時間處于-15 ℃以下，蒸汽系統(tǒng)暖管線進(jìn)行暖管或現(xiàn)場冬季防凍工藝要求都需要保持微量流通。這兩種情況下，都僅有少量蒸汽通過消音器后排空。由于蒸汽流量較小，能量低，少量蒸汽穿過消音器接觸低溫防雨帽后，冷凝形成液滴凝液，從防雨帽滴落至消音器的器壁內(nèi)、外兩側(cè)形成積冰。外側(cè)積冰存在墜落風(fēng)險，易造成下部的測量儀表出現(xiàn)波動、假顯示或故障，導(dǎo)致乙烯裝置的生產(chǎn)波動，同時還可能對下部巡檢人員的人身安全造成傷害。消音器內(nèi)部積冰會造成器壁上的吸聲材料性能下降、蒸汽流通面積降低，在消音器大量排放蒸汽的情況下，其內(nèi)部積水與高速、高壓、高流量的蒸汽形成氣液夾帶，產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，可導(dǎo)致消音器出現(xiàn)撕裂的可能性。因此消音器器壁積冰是北方化工裝置冬季典型的生產(chǎn)隱患。

大部分蒸汽通過防雨帽的四周進(jìn)入大氣環(huán)境，遇低溫環(huán)境形成凝液滴落至地面、平臺、管線形成積冰，不僅增加了現(xiàn)場工作人員滑跌、積冰墜落傷人的風(fēng)險和乙烯裝置異常波動的可能性，還增大了積冰清理工作量和裝置的維護(hù)成本。通過對消音器進(jìn)行改造，避免了消音器的器壁結(jié)冰現(xiàn)象，降低了人員受傷、生產(chǎn)波動概率以及維護(hù)成本，提高了裝置的生產(chǎn)效益。

2 蒸汽放空消音器防結(jié)冰措施

2.1 維修消音器入口管線閥門

若消音器入口閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，可造成蒸汽泄漏至大氣環(huán)境，不僅增加了裝置的能量損失，而且會造成消音器器壁積冰的隱患。在裝置運行過程中應(yīng)及時排查消音器入口管線閥門的內(nèi)漏情況，具備隔離下線的閥門進(jìn)行離線維修，維修合格后回裝，避免因閥門內(nèi)漏造成消音器器壁出現(xiàn)積冰現(xiàn)象。

2.2 入冬前恢復(fù)蒸汽系統(tǒng)及消音器放空管線保溫或投用伴熱

裝置入冬前對蒸汽系統(tǒng)及消音器放空管線的保溫進(jìn)行全面檢查，對前期因拆除或者破損起不到保溫作用的管線、設(shè)備保溫進(jìn)行更換。確保所有管線、設(shè)備的保溫完整、保溫效果良好；對易產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象的蒸汽放空消音器管線還可增加伴熱，并于入冬之前對蒸汽放空消音器管線伴熱系統(tǒng)進(jìn)行吹掃、試通排放，確保伴熱管線干凈、通暢，保證冬季伴熱的正常投用。這樣可防止蒸汽盲端或者消音器管線內(nèi)形成冷凝、積水、積冰，能夠保證排放蒸汽時熱量散失少，有利于保持排放蒸汽溫度，避免在蒸汽消音器防雨罩形成冷凝、結(jié)冰。

2.3 對消音器器壁進(jìn)行改造

工藝防凍需要排放的少量蒸汽熱量攜帶能力較低，消音器的防雨罩溫度較低，為液滴集聚形成積冰提供條件。通過對消音器的器壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，提高器壁溫度，消除積冰形成條件，可避免在消音器的器壁周圍形成積冰。

3 蒸汽放空消音器防結(jié)冰改造

在消音器筒體出口邊緣焊接一圈擋板，使消音器防護(hù)罩上冷凝的凝液滴落在擋板上。由于蒸汽排放，流通的蒸汽使消音器筒體和擋板溫度比較高，這樣滴落的凝液就會在擋板上蒸發(fā)為水蒸氣，不能形成冰柱、積冰。

消音器改造原理見圖2。

乙烯裝置對部分易產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象的消音器進(jìn)行了改造。在消音器筒體頂部以下約200 mm的器壁外側(cè)焊接1圈寬150 mm、厚3～5 mm、與器壁夾角為30°～45°的向上傾斜成漏斗狀的積水板，使滴下的液滴在擋板內(nèi)聚集，并利用流通的蒸汽加熱器壁，將形成的液滴再次汽化蒸發(fā)。消音器改造前后對比見圖3。

圖2 消音器改造原理示意

圖3 消音器改造前后對比

從圖3中可以看出，消音器器壁改造前，器壁及下部支撐結(jié)構(gòu)上形成了大量的積冰，而改造后消音器將凝液的液滴收集后，再次汽化成水蒸氣排放。經(jīng)過多次冬季運行實踐，結(jié)果表明：消音器器壁改造后運行情況良好，避免了積冰及冰柱的形成，達(dá)到了預(yù)期的運行效果，消除了消音器器壁及支座積冰的隱患。

4 結(jié)語

針對乙烯裝置蒸汽放空消音器冬季結(jié)冰的問題，通過完善管線保溫和增加伴熱以及對消音器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造等措施，有效地解決了北方地區(qū)乙烯裝置消音器冬季運行時結(jié)冰的隱患。對蒸汽放空消音器器壁的改造達(dá)到了消除積冰的目的，保證了乙烯裝置的安全、穩(wěn)定運行。