氣體分餾裝置濕式空冷器運(yùn)行優(yōu)化改造與建議

李廷(中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 成都 611930)

0 引言

中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司60萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置，以催化裂化裝置所產(chǎn)液化氣為原料，通過(guò)精餾塔、重沸器、空冷器及后冷器等，分離出目標(biāo)產(chǎn)品。裝置自2014年建成投入運(yùn)行以來(lái)，塔頂濕式空冷效率成為裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題。氣分裝置脫丙烷塔、丙烯精餾塔、脫異丁烷塔分別配置3臺(tái)、8臺(tái)、4臺(tái)塔頂濕式空冷，3個(gè)塔系統(tǒng)各配置一個(gè)總上水調(diào)節(jié)閥，水箱內(nèi)的除鹽水通過(guò)管道泵輸出，再通過(guò)管道泵出口分布的多個(gè)霧化噴頭將除鹽水霧化后，噴灑至塔頂氣相翅片上進(jìn)行冷卻降溫。開(kāi)工后，逐漸暴露出噴頭頻繁堵塞、水箱內(nèi)銹渣沉積、水質(zhì)變差、防腐層脫落、夏季滋生大量蚊蟲(chóng)以及管道泵抽空和水箱溢水外流等問(wèn)題。頻繁清理調(diào)整，不僅工作量十分繁重，而且造成塔系統(tǒng)壓力大幅度波動(dòng)、操作紊亂，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量和收率變差，而且壓力的大幅度波動(dòng)給裝置運(yùn)行造成了極大的安全隱患。

1 濕式空冷運(yùn)行問(wèn)題

氣體分餾裝置15臺(tái)濕式空冷主要用作冷卻各塔頂氣相，冷卻負(fù)荷能力需求很高。塔頂氣相先進(jìn)入濕式空冷波紋翅片，利用霧化水汽對(duì)氣相介質(zhì)進(jìn)行冷卻，之后混合氣液相再進(jìn)入后冷器利用循環(huán)水進(jìn)行冷卻進(jìn)入回流罐內(nèi)。濕式空冷在氣體分餾裝置塔頂物料冷卻方面起到了關(guān)鍵性作用，降溫幅度多達(dá)十多度，單靠后冷器根本無(wú)法滿足生產(chǎn)亦或需要設(shè)計(jì)配備更大的冷卻器[1]。

裝置建成運(yùn)行7年以來(lái)，除空冷效果干擾外，氣分裝置運(yùn)行十分平穩(wěn)。由于煉廠結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在增設(shè)了甲基叔丁基醚裝置后，脫丙烷塔底的混合碳四直接技改外送至后續(xù)裝置，所以脫異丁烷塔系統(tǒng)處于停用狀態(tài)。根據(jù)脫丙烷塔、丙烯精餾塔實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，在50 t/h處理量下，綜合各種因素影響及長(zhǎng)期以來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，塔頂空冷器在其中的冷卻能力可以通過(guò)如表1所示。

表1 脫丙烷塔、丙烯精餾塔頂空冷器運(yùn)行能力效果參數(shù)

從表1可以看出，脫丙烷塔頂操作溫度空冷器前后的溫降達(dá)9.1 ℃，丙烯精餾塔頂操作溫度空冷器前后的溫降達(dá)5.9 ℃，所以可以看出塔頂空冷器在頂氣相冷卻能力中起著非常重要的作用。

1.1 管道泵入口位置過(guò)低，清理任務(wù)繁重

通過(guò)長(zhǎng)期觀察總結(jié)，發(fā)現(xiàn)空冷水箱底層一般在10 d左右就會(huì)沉積約1～2 cm厚的泥沙銹渣，而且水箱水面上也漂浮著各種防腐脫落層、蚊蟲(chóng)尸體等雜質(zhì)。而空冷管道泵入口位置設(shè)計(jì)在水箱底層，入口沒(méi)有設(shè)置任何過(guò)濾裝置，直接造成管道泵將水箱內(nèi)最底層的泥沙銹渣送至各噴頭位置?？绽鋰婎^采用的是不銹鋼螺旋式霧化噴頭，孔徑只有5 mm左右，由于孔徑較細(xì)，所以導(dǎo)致噴頭經(jīng)常性堵塞無(wú)法噴水，造成空冷效果變差，塔系統(tǒng)壓力持續(xù)上升。

裝置2014年首次開(kāi)工期間，作為輔助設(shè)備在正式引料前空冷就全部投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，一臺(tái)空冷運(yùn)行3～4 d，噴頭就會(huì)出現(xiàn)堵塞情況，而且堵塞率高達(dá)70%，成為裝置首次開(kāi)車(chē)過(guò)程中遇到的最大困難。所以頻繁清理空冷就成了裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的第一要?jiǎng)?wù)，工作量十分繁重。清理一臺(tái)空冷，最快都需要1.5 h，尤其是進(jìn)入炎熱夏季，空冷的冷卻能力直接決定裝置各塔的運(yùn)行狀況良好與否。

1.2 水箱內(nèi)雜物堆積，水質(zhì)變差

氣分裝置的空冷翅片上部設(shè)計(jì)為直接噴水霧化冷卻翅片內(nèi)的工藝氣相介質(zhì)，上部沒(méi)有設(shè)計(jì)類(lèi)似百葉窗等設(shè)施，加上風(fēng)機(jī)抽力的作用，很容易將空氣中漂浮的雜物吸附在空冷翅片上，再經(jīng)過(guò)水流的作用最終流入水箱。其次，一方面由于空冷所用的水為除鹽水，雖然經(jīng)過(guò)去除各種結(jié)垢性化合物，但是總管的材質(zhì)還是有銹蝕的情況，所以銹渣最終流入水箱內(nèi)。水箱的設(shè)計(jì)都是涂刷的防腐層，但是長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)防腐層也容易脫落，而且脫落后形成的雜質(zhì)有大有小，造成水箱的嚴(yán)重污染。

除冬季以外，在進(jìn)入春夏秋季，由于氣溫適宜，加之除鹽水上水的溫度在32～37 ℃之間，所以成為了昆蟲(chóng)繁殖滋生的溫床。大量的蚊蟲(chóng)滋生，導(dǎo)致大面積昆蟲(chóng)尸體漂浮在水面上，同樣會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入管道泵，進(jìn)而堵塞噴頭。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作得出，在夏季用水量最大的情況下，氣分空冷的除鹽水平均流量大約40 m3/h，而進(jìn)入冬季后，用水平均流量大約15 m3/h，這相當(dāng)于每小時(shí)所要消耗的除鹽水量，而且都通過(guò)蒸發(fā)散在大氣中。在這樣的情況下，通過(guò)對(duì)水箱內(nèi)的水質(zhì)分析，pH值顯示均值為6.5，而除鹽水的pH值為8.6。由于除蒸發(fā)外的水，其余都是通過(guò)管道泵循環(huán)使用，與空氣的不斷接觸導(dǎo)致水質(zhì)的變化，對(duì)空冷翅片極為不利。

1.3 水箱水位難以控制

裝置水箱的液位控制，也是該裝置的缺陷之一。如圖1所示。脫丙烷塔的上水控制為一個(gè)總上水調(diào)節(jié)閥，之后分出3路作為3個(gè)水箱的上水，每個(gè)支路上都有一個(gè)需要人為手動(dòng)調(diào)節(jié)操作的手閥，且只有在空冷A水箱設(shè)置了遠(yuǎn)傳液位，與調(diào)節(jié)閥形成控制回路，也就是此調(diào)節(jié)閥只能控制水箱A的液位情況，至于水箱B、C的液位幾乎完全依靠操作員不斷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整才能保證其液位不空也不外溢流。同理，脫異丁烷塔也是同樣的設(shè)置，而且多了一個(gè)水箱，總共為4個(gè)；丙烯精餾塔有8個(gè)水箱，控制支路設(shè)計(jì)越多，越難控制各水箱的水位，所以經(jīng)常發(fā)生管道泵因?yàn)樗湟何坏锥榭盏默F(xiàn)象和水箱液位過(guò)高導(dǎo)致大面積水外溢流落至地面。

圖1 濕式空冷現(xiàn)場(chǎng)流程結(jié)構(gòu)

同樣如圖1顯示，設(shè)計(jì)之初加設(shè)了高液位溢流線(Φ40 mm)和15臺(tái)水箱連通平衡線(Φ80 mm)，按照設(shè)計(jì)的原理不會(huì)存在水箱缺水或者溢流的問(wèn)題，但是實(shí)際運(yùn)行中溢流線、連通平衡線卻沒(méi)有起到溢流和平衡的作用。首先，溢流線設(shè)置的位置過(guò)高，高于水箱水槽與斜坡連接的位置，由于連接位置采用螺栓緊固的方式，所以一旦水位高于連接處就會(huì)發(fā)生漏水的現(xiàn)象；其次，由于平衡線相當(dāng)于連在一起的15個(gè)U型彎，平衡線的位置又過(guò)高，加上管徑較小，所以在實(shí)際運(yùn)行中起到的作用完全不夠平衡15個(gè)水箱的液位，而且平衡線沒(méi)有排凝設(shè)計(jì)，導(dǎo)致大U型彎整個(gè)底部水平段極容易沉積鐵銹泥渣，無(wú)形中又再次削弱了平衡線的作用。

2 技措技改措施

對(duì)于上述提到的空冷運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題，實(shí)施了各項(xiàng)精準(zhǔn)技改。目的就是要通過(guò)各種技措技改，確保濕式空冷能夠達(dá)到裝置冷卻效果要求，進(jìn)而保證氣體分餾裝置能夠平穩(wěn)安全生產(chǎn)。

2.1 抬高管道泵入口管位置，并增加濾網(wǎng)、濾箱

首先針對(duì)管道泵入口位置的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了一系列的技改。將水泵入口管線加長(zhǎng)至2.5 m，并同時(shí)抬高管線高度約15 cm，采用多孔式分布入口不銹鋼管線，并在管線上包敷3層20目的過(guò)濾網(wǎng)。為更進(jìn)一步降低雜物進(jìn)入管道泵堵塞噴頭，又在入口管線上增加一個(gè)1 m長(zhǎng)、36目的過(guò)濾箱，相當(dāng)于共有4層過(guò)濾網(wǎng)來(lái)保證進(jìn)入管道泵入口的除鹽水盡量降低雜質(zhì)攜帶，以防堵塞噴頭，從而進(jìn)一步保證空冷的噴淋冷卻效果。

如圖2所示。經(jīng)過(guò)對(duì)水箱管道泵入口的改造后，空冷清理噴頭頻次從1 d/次減少到7 d/次，空冷水箱清理頻次從7 d/次減少到12 d/次，雖然清理頻次均有所降低，但還是沒(méi)有徹底解決空冷噴頭堵塞問(wèn)題。

圖2 水箱內(nèi)部管道泵入口技改后現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2 定期換水、噴涂防腐材料、更換噴頭

空冷管道泵入口問(wèn)題改善后，緩解了裝置運(yùn)行空冷清理工作量，但當(dāng)進(jìn)入炎熱夏季，仍然會(huì)因頻繁清理空冷而導(dǎo)致操作紊亂。因?yàn)榍謇砜绽渌鋾r(shí)間較長(zhǎng)，這樣造成在清理過(guò)程中對(duì)應(yīng)塔系統(tǒng)經(jīng)常性發(fā)生壓力超出控制指標(biāo)范圍，整個(gè)塔操作紊亂，很難達(dá)到組分分割要求。

經(jīng)過(guò)多家同類(lèi)裝置考察，利用冬季氣溫低，各塔系統(tǒng)對(duì)空冷器依賴(lài)較低的空白期，決定更換試行孔徑為0.8 mm的螺旋式霧化噴頭。在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)更換后的噴頭不論是噴水霧化效果，還是噴頭堵塞都較原設(shè)計(jì)噴頭有了非常明顯的改善。裝置空冷器逐步推進(jìn)對(duì)所有空冷噴頭進(jìn)行更換，效果十分明顯。由于噴頭的孔徑的增加，相對(duì)應(yīng)將管道泵入口管線上包敷的3層20目的過(guò)濾網(wǎng)減少到1層，經(jīng)過(guò)這樣優(yōu)化后，統(tǒng)計(jì)1整年結(jié)果顯示，氣分在運(yùn)的11臺(tái)空冷水箱(脫異丁烷塔系統(tǒng)停運(yùn))一共清理水箱2次，清理噴頭6次，較往年清理頻次至少降低了95%以上，給裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

同時(shí)，針對(duì)水箱水質(zhì)的變化，制定了定期采樣分析，定期換水的要求，確保水質(zhì)的pH值在正常范圍內(nèi)。利用冬季氣溫低，部分空冷停用期間，實(shí)行全部空冷水箱內(nèi)部涂刷材料等級(jí)更高的防腐層，減少了防腐層脫落現(xiàn)象。

2.3 增加液位控制浮球閥

水箱液位難以控制問(wèn)題，裝置早期也進(jìn)行了相關(guān)探索研究，因?yàn)楸┧绽淦骱竺?個(gè)水箱液位無(wú)法檢測(cè)，且距離較遠(yuǎn)，于是在末端空冷器增設(shè)了一個(gè)水箱液位遠(yuǎn)傳顯示，這樣能夠很好的反應(yīng)水箱內(nèi)整體水位情況，調(diào)整水箱液位的頻次有所降低。但是由于每個(gè)水箱上水閥的開(kāi)度難以調(diào)整一致，所以管道泵入口管水位低限和水箱液位滿溢流情況依然存在。

目前，通過(guò)上水口處增設(shè)一固定液位控制浮球閥試驗(yàn)，實(shí)際運(yùn)行中完全可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)水箱液位控制，能夠完全消除水箱液位低限或者溢流的情況。如果單獨(dú)每個(gè)水箱增加調(diào)節(jié)閥控制，增加液位遠(yuǎn)傳，需要增加12組，按照每組10萬(wàn)元計(jì)算，就需要120萬(wàn)元，通過(guò)這樣切合實(shí)際的技改，確保效益的同時(shí)又節(jié)省了成本。

3 結(jié)論與建議

依據(jù)氣體分餾裝置濕式空冷實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中凸顯出來(lái)的瓶頸問(wèn)題，造成裝置操作不穩(wěn)定不安全的綜合因素，通過(guò)對(duì)濕式空冷器水箱管道泵入口管線的抬高與延長(zhǎng)，并增加一個(gè)大過(guò)濾箱，基本解決了管道泵入口吸入雜質(zhì)的問(wèn)題。其次通過(guò)更換孔徑較大的空冷噴頭，對(duì)水箱進(jìn)行定期換水操作，保持水箱內(nèi)除鹽水pH值，防止空冷翅片腐蝕，與定期噴涂防腐材料等多項(xiàng)綜合措施，解決了裝置長(zhǎng)期運(yùn)行以來(lái)的難題，掃清障礙。同時(shí)也大大減少了清理頻次，大幅降低了工作強(qiáng)度，節(jié)省了近百萬(wàn)元的檢維修費(fèi)用，在節(jié)能節(jié)水降耗方面起到了積極作用，旨在提高裝置“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”運(yùn)行能力[2]。