甲烷化工藝聯(lián)鎖介紹

李雅靜，郭振國，杜明洋

(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

隨著國內(nèi)生活水平的提高，環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，天然氣的需求量明顯增加。天然氣的主要來源除國內(nèi)氣田和焦?fàn)t煤氣制天然氣、煤制天然氣外，進(jìn)口的比例也逐漸增大，目前中國已成為全球第一大天然氣進(jìn)口國。由此可見，發(fā)展煤制天然氣是十分必要的。

國內(nèi)在建和已建的煤制天然氣項(xiàng)目包括內(nèi)蒙古大唐國際多倫煤化工有限公司克什克騰旗項(xiàng)目、內(nèi)蒙古大唐阜新項(xiàng)目、內(nèi)蒙古匯能煤化工有限公司項(xiàng)目、新疆慶華伊寧煤化工有限公司項(xiàng)目、山東新汶礦業(yè)伊犁項(xiàng)目等。煤制天然氣的工藝包括：煤氣化、變換、凈化、甲烷化、液化等單元。甲烷化技術(shù)是焦?fàn)t氣制天然氣、煤制天然氣的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]，已建成的甲烷化單元的工藝技術(shù)主要采用Davy工藝和Top?e工藝。本文介紹Tops?e甲烷化工藝的主要聯(lián)鎖方案。

1 工藝流程簡介

Tops?e公司在傳統(tǒng)TREMP工藝的基礎(chǔ)上，推出了集中甲烷化工藝，包括首段循環(huán)五級甲烷化工藝、二段循環(huán)四級甲烷化工藝和水飽和五級甲烷化工藝等[2]。以下為水飽和五級甲烷化工藝介紹(見圖1)。

圖1 甲烷化工藝流程簡圖

從凈化工段來的原料氣在進(jìn)甲烷化反應(yīng)器前首先經(jīng)過脫硫槽脫除原料氣中的硫組分。

第二段脫硫槽出口氣進(jìn)入飽和水塔，在飽和塔中脫除硫后的工藝氣與干燥器出來的工藝?yán)淠耗媪鹘佑|增濕原料氣，從飽和水塔頂部出來的工藝氣被預(yù)熱至218 ℃后進(jìn)入R1 甲烷化反應(yīng)器。

經(jīng)R1 甲烷化反應(yīng)器反應(yīng)后，反應(yīng)器出口溫度達(dá)731 ℃。然后合成氣通過1#廢鍋副產(chǎn)蒸汽，被降溫后的工藝氣再進(jìn)入R2 反應(yīng)器。R2 甲烷化反應(yīng)器的出口溫度約為602 ℃。R2 反應(yīng)器出口工藝氣依次通過2 個(gè)蒸汽過熱器、2#廢鍋后被降溫至300 ℃后進(jìn)入R3 反應(yīng)器。

R3 反應(yīng)器出口工藝氣溫度約為449 ℃。該氣體首先經(jīng)過第三廢熱鍋爐等一系列換熱器進(jìn)行熱量回收。冷卻后的工藝氣然后進(jìn)入干燥器進(jìn)行氣水分離，工藝?yán)淠罕环蛛x出來，分離出來的冷凝水通過泵被送至飽和水塔循環(huán)利用。干燥器頂部出來的工藝氣通過一系列換熱器被進(jìn)一步降溫后再通過氣液分離器，將冷凝水分離出來。然后氣體與R5 反應(yīng)器出口氣體進(jìn)行換熱，將R4 反應(yīng)器入口溫度提高到270 ℃。

R4 反應(yīng)器出口工藝氣經(jīng)換熱器降溫至280 ℃后進(jìn)入R5 甲烷化反應(yīng)器。出R5 甲烷化反應(yīng)器的合成氣，經(jīng)降溫后將氣體中的水分冷凝分離出來，氣體作為SNG 產(chǎn)品。

2 工藝聯(lián)鎖介紹

2.1 原料凈化系統(tǒng)停車

原料凈化系統(tǒng)停車的觸發(fā)原因包括：DCS手動(dòng)停車信號(hào)、全廠停車信號(hào)和原料凈化系統(tǒng)的壓力低低信號(hào)。

如果原料凈化系統(tǒng)停車，將會(huì)導(dǎo)致粗甲烷化停車、煤氣進(jìn)料切斷和進(jìn)硫保護(hù)罐的蒸汽切斷。

由于后續(xù)所有的流程操作都基于原料凈化系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，原料凈化系統(tǒng)停車將會(huì)觸發(fā)后續(xù)大部分的聯(lián)鎖信號(hào)。

2.2 粗甲烷化系統(tǒng)停車

粗甲烷化系統(tǒng)停車的觸發(fā)原因包括：DCS手動(dòng)停車信號(hào)、原料凈化系統(tǒng)停車信號(hào)、精甲烷化系統(tǒng)停車信號(hào)、第一甲烷化反應(yīng)器溫度高高信號(hào)、第二甲烷化反應(yīng)器溫度高高信號(hào)、第一甲烷化反應(yīng)器循環(huán)氣與新鮮氣進(jìn)料比異常信號(hào)、蒸汽汽包液位低低信號(hào)、蒸汽過熱器出口工藝氣溫度高高信號(hào)。

如果粗甲烷化系統(tǒng)停車，將會(huì)導(dǎo)致精甲烷化系統(tǒng)停車和第一甲烷化反應(yīng)器進(jìn)料氣切斷。

由于整個(gè)甲烷化工藝主要依靠粗甲烷化系統(tǒng)獲得熱量，因此該停車信號(hào)會(huì)觸發(fā)后續(xù)大部分的聯(lián)鎖信號(hào)。

2.3 精甲烷化系統(tǒng)停車

精甲烷化系統(tǒng)停車的觸發(fā)原因包括：DCS手動(dòng)停車信號(hào)、粗甲烷化系統(tǒng)停車信號(hào)、精甲烷化系統(tǒng)壓力低低信號(hào)、第二氣液分離器液位高高信號(hào)、第四甲烷化反應(yīng)器溫度高高信號(hào)。精甲烷化系統(tǒng)停車將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品氣輸出系統(tǒng)停車、來自粗甲烷化系統(tǒng)的工藝氣進(jìn)氣切斷。

2.4 產(chǎn)品氣輸出系統(tǒng)停車

產(chǎn)品氣輸出系統(tǒng)停車的觸發(fā)原因包括：DCS手動(dòng)停車信號(hào)、精甲烷化系統(tǒng)停車信號(hào)、第三氣液分離器液位高高信號(hào)。產(chǎn)品氣輸出系統(tǒng)停車將會(huì)導(dǎo)致停車信號(hào)送往下游工段、產(chǎn)品氣SNG輸出界區(qū)閥門切斷。

2.5 中壓蒸汽至低壓蒸汽總管停車信號(hào)

中壓蒸汽至低壓蒸汽總管停車的觸發(fā)原因包括：DCS手動(dòng)停車信號(hào)和低壓蒸汽總管的蒸汽溫度超溫。

中壓蒸汽至低壓蒸汽總管停車信號(hào)將會(huì)導(dǎo)致中壓蒸汽至低壓蒸汽總管的進(jìn)料被切斷。

2.6 第二氣液分離器凝液輸送信號(hào)停車

第二氣液分離器凝液輸送信號(hào)停車的觸發(fā)原因包括：DCS手動(dòng)停車信號(hào)和第二氣液分離器液位低低信號(hào)。

第二氣液分離器凝液輸送信號(hào)停車將會(huì)導(dǎo)致分離器液相出口閥門關(guān)閉，切斷第二氣液分離器的凝液。

2.7 第三氣液分離器凝液輸送信號(hào)停車

第三氣液分離器凝液輸送信號(hào)停車的觸發(fā)原因包括：DCS手動(dòng)停車信號(hào)和第三氣液分離器液位低低信號(hào)。

第三氣液分離器凝液輸送信號(hào)停車將會(huì)導(dǎo)致分離器液相出口閥門關(guān)閉，切斷第三氣液分離器的凝液。

2.8 甲烷化工段進(jìn)氣停車

甲烷化工段工藝氣進(jìn)氣系統(tǒng)停車的觸發(fā)原因包括：粗甲烷化系統(tǒng)停車信號(hào)、粗甲烷化系統(tǒng)壓力低低信號(hào)。

甲烷化工段工藝氣進(jìn)氣系統(tǒng)停車會(huì)導(dǎo)致甲烷化進(jìn)料氣切斷。

3 結(jié)語

由于安全生產(chǎn)的需要，甲烷化工藝裝置需要設(shè)置必要的安全聯(lián)鎖。以上聯(lián)鎖設(shè)置為甲烷化工藝常見設(shè)置，具體項(xiàng)目的設(shè)置方式還需要參考安全專篇及HAZOP分析的結(jié)果，結(jié)合工藝流程進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p。