煤制乙二醇產品塔真空度波動原因分析及處理

劉志丹，王永勝

(哈密廣匯環(huán)?？萍加邢薰?，新疆哈密 839303)

煤制乙二醇工藝路線中，在草酸二甲酯加氫生成乙二醇的同時，也產生了品類繁多的醛、羧酸、單醇、多醇、醇酯類等雜質。由于其部分雜質沸點接近，易形成共沸物，造成分離困難，且高溫下乙二醇易聚合，因此煤制乙二醇精餾分離系統(tǒng)普遍采用真空精餾方式。此方法既降低了被分離物系的沸點，改善了混合物系的分離效果，又大大降低了能耗，增加了企業(yè)的經濟效益[1]。

某煤制乙二醇企業(yè)在生產過程中，乙二醇產品塔真空度經常發(fā)生不規(guī)律性波動，造成塔頂和塔底的壓力、溫度變化，從而破壞了精餾平衡，影響了精餾塔的分離效果，進而導致采出乙二醇產品的純度及UV值不合格。筆者分析了影響乙二醇產品塔真空度波動的原因并進行相應改進。

1 設備及工藝流程

1.1 蒸汽噴射泵

抽真空設備可選用液環(huán)真空泵或蒸汽噴射泵。與液環(huán)真空泵相比，蒸汽噴射泵為靜設備(沒有轉動部件)，維護量小，一般不考慮設置備用，特別適用于蒸汽富裕的化工廠。

某煤制乙二醇企業(yè)乙二醇精餾分離單元采用真空精餾方式，抽真空設備均選用蒸汽噴射泵。單級蒸汽噴射泵工作原理為：當工作蒸汽進入噴射泵噴嘴后，絕熱膨脹，以1 000～1 400 m/s的速度高速噴出；在噴嘴口形成低壓，被抽氣體由吸入口吸入，吸入的氣體與工作蒸汽一起進入擴壓室混合段；然后流經擴壓室喉管，在擴壓室喉管內混合流體的流速降低，壓力增大，實現(xiàn)動能向壓力能的轉化，最后至排出口排出[2]。由于單級蒸汽噴射泵所能達到的壓縮比具有一定的操作限度，為了獲得更高的真空度，可采用兩級或多級噴射泵串聯(lián)操作，中間設有冷凝器，組成蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)。單級蒸汽噴射泵結構[3]見圖1。

1—噴嘴；2—吸入室；3—擴壓室混合段；4—擴壓室喉管；5—擴壓室擴壓段。

1.2 工藝流程

乙二醇產品塔蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)采用三級噴射器串聯(lián)的方式保持真空。塔頂不凝氣經過低溫冷凍水冷卻，分離回收有用組分后被蒸汽噴射泵抽走，以維持塔內真空度。該蒸汽噴射泵采用0.6 MPa蒸汽作為動力蒸汽，級間冷凝器采用循環(huán)冷卻水冷卻，各級冷凝液靠重力進入水封槽，經水封槽收集后用廢水輸送泵送至污水處理,不凝氣排放到尾氣回收裝置。乙二醇產品塔為真空操作，壓力控制通過調節(jié)蒸汽噴射泵入口氮氣補入量來實現(xiàn)。工藝流程見圖2。

圖2 乙二醇產品塔真空系統(tǒng)工藝流程簡圖

在生產運行過程中，該乙二醇產品塔真空度經常發(fā)生不規(guī)律性波動，塔內真空度上下波動達10 kPa左右，塔頂溫度、回流量不穩(wěn)，直接影響了精餾塔的分離效果，進而導致采出乙二醇產品的純度及UV值不合格。

2 原因分析

2.1 蒸汽噴射泵噴嘴沖刷磨損

工作噴嘴和擴壓室構成了蒸汽噴射泵的特殊氣流管道，蒸汽流經噴嘴的出口到擴壓室入口時，可將壓力轉化為動能，并被抽氣體吸進混合室。但是蒸汽噴射泵在使用過程中，由于噴嘴長期受到蒸汽高速流動的沖刷，會導致噴嘴磨損，一定程度上降低了蒸汽噴射泵的工作效率[2]，影響了精餾系統(tǒng)真空度的穩(wěn)定性。

2.2 系統(tǒng)存在泄漏點

由于系統(tǒng)為真空操作，系統(tǒng)泄漏點主要分為兩種情況：一是設備本體人孔及相連氣相管道法蘭墊片、法蘭面損壞以及螺栓未擰緊，造成壓力表、溫度表等接頭處存在漏點；二是與乙二醇產品塔及回流罐相連的氮氣管線閥門存在內漏。一旦泄漏量太大，系統(tǒng)內真空泵超負荷運行，勢必導致真空度波動。

2.3 水封槽液位過低

蒸汽噴射泵真空裝置一級、二級、三級冷凝器冷凝下來的混合凝液，依靠重力自流入地面水封槽，且各凝液管在水封槽內部有一定內伸量，水封槽為常壓操作，依靠水封槽液位保證液封。操作過程中，有可能因為水封槽液位控制不穩(wěn)，導致液位過低破壞液封，進而影響真空度波動。

2.4 冷凝器冷卻水量不足

乙二醇產品塔采用三級抽真空的方式，在真空系統(tǒng)中設置有冷凝器，可將混合物中的可凝性蒸汽部分凝結排除，以減少下級噴射器的負荷。同時，可凝性蒸汽中含有抽凝下來的有機物，需要對其回收處理,為了便于回收凝液，其安裝位置較高。若冷凝器的循環(huán)冷卻水量供應不足，導致凝液溫度升高，加之擴壓室混合段的低壓環(huán)境大大降低了凝液沸點，凝液溫度一旦超出該壓力對應下的沸點，凝液就會沸騰揮發(fā)，導致真空泵抽氣能力下降。

2.5 動力蒸汽品質原因

0.6 MPa蒸汽是蒸汽噴射泵的動力來源，蒸汽品質的好壞，對抽真空能力和真空穩(wěn)定性影響很大。蒸汽質量包括蒸汽壓力和蒸汽干濕度。蒸汽壓力低于設計值時，噴射泵做功能力和抽氣能力降低；蒸汽壓力高于設計值時，蒸汽消耗增多，增加冷凝器負荷的同時，也增加了下一級真空泵的負荷，進而影響其正常工況。蒸汽干濕度對噴射泵性能影響很大。若蒸汽飽和度過大，泵腔處于高真空狀態(tài)下，微小水珠會迅速膨脹至原有體積的幾十倍乃至幾百倍，此時膨脹的水蒸氣占據(jù)泵腔的空間，使抽吸氣體的能力大大下降[4]，進而影響精餾系統(tǒng)的真空度。

3 改進措施

針對可能引起乙二醇產品塔真空度波動的原因，對裝置進行了相應調整及處理。操作上穩(wěn)定水封槽液位，保證凝液管液封；提高循環(huán)冷卻水壓力，開大進出口閥門，保證循環(huán)冷卻水的流量；穩(wěn)定動力蒸汽壓力，將其控制在指標范圍內。利用停車檢修間隙，對乙二醇產品塔及相關設備管線進行氣密試驗并處理漏點，同時檢查3個蒸汽噴射泵的流道及噴嘴，以排除設備問題。

裝置開車后，乙二醇產品塔真空度仍出現(xiàn)波動，問題沒有得到根本解決。經過原因排除，焦點集中到了動力蒸汽干濕度上。0.6 MPa蒸汽主要來源于汽輪機背壓，管線至精餾系統(tǒng)線路較長，由于設計原因，乙二醇產品塔動力蒸汽引出管線位置處于0.6 MPa蒸汽主管線的最末端，后面沒有低壓蒸汽用戶，加之蒸汽噴射泵蒸汽用量少(設計蒸汽耗量為0.27 t/h)、蒸汽流動量小，極易在此位置達到過飽和狀態(tài)。對此采取如下措施：

(1)減少汽輪機背壓0.6 MPa蒸汽的減溫水量，在指標范圍內，適當提高其過熱度。

(2)在0.6 MPa蒸汽主管線末端引一股蒸汽至污水改造裝置，增大蒸汽流動量，避免蒸汽在此位置停留時間過長達到過飽和狀態(tài)。

(3)對0.6 MPa蒸汽主管線及乙二醇產品塔蒸汽噴射泵動力蒸汽管線全面保溫，防止蒸汽在管路上被冷凝，導致噴射蒸汽帶水。

(4)在乙二醇產品塔蒸汽噴射泵動力蒸汽管線上設置水汽分離器，并在蒸汽冷凝液排放管線上安裝疏水閥，以防蒸汽漏走而冷凝水滯留。

經過上述措施處理后，消除了乙二醇產品塔真空度不規(guī)律性波動的現(xiàn)象，且蒸汽噴射泵級間冷凝器循環(huán)冷卻水和噴射泵蒸汽耗量減少，做功效率提高，乙二醇產品塔真空度穩(wěn)定，采出乙二醇產品質量良好。

4 結語

對影響到乙二醇產品塔真空度的原因進行分析，進而采取有效手段進行排查處理，從中可以發(fā)現(xiàn)：在實際生產過程中，專業(yè)技術人員要熟悉工藝原理及流程，發(fā)現(xiàn)異常時能準確判斷、及時處理，從而消除隱患，實現(xiàn)精益化操作，確保裝置安全、穩(wěn)定、高效運行。