提高儀表空氣質(zhì)量的研究與探討

劉志剛，胡黨朋，施俊峰,鐘家旺

(中海石油化學(xué)股份有限公司， 海南東方 572600)

1 概述

中海石油化學(xué)股份有限公司富島二期裝置設(shè)計(jì)年產(chǎn)45萬(wàn)t合成氨、80萬(wàn)t尿素。富島二期裝置所用儀表空氣來(lái)自工藝空氣壓縮機(jī)四段入口。從工藝空氣壓縮機(jī)四段入口引出的空氣經(jīng)干燥A塔(2001LLDA)或干燥B塔(2001LLDB)干燥后變?yōu)閮x表空氣送至各用戶，儀表空氣干燥器為雙塔無(wú)熱、吸附、再生雙系列系統(tǒng)，當(dāng)一個(gè)干燥塔干燥時(shí)，另一個(gè)干燥塔利用部分干燥氣體進(jìn)行再生，2個(gè)塔5 min切換1次，操作共分3步：干燥5 min，再生270 s，充壓30 s。儀表空氣干燥流程見(jiàn)圖1。

圖1 儀表空氣干燥流程圖

2 儀表空氣質(zhì)量差的原因分析

富島二期裝置儀表空氣干燥器型號(hào)為PSD-4000W-5082A，設(shè)計(jì)出口體積流量為2 400 m3/h，儀表空氣露點(diǎn)由儀表空氣露點(diǎn)分析儀(MI2221)顯示，儀表空氣露點(diǎn)正常波動(dòng)范圍為-38～-42 ℃[1]。儀表空氣露點(diǎn)自2017年7月開(kāi)始出現(xiàn)緩慢上漲，到2018年2月中旬露點(diǎn)已漲至-17 ℃(儀表空氣露點(diǎn)上漲趨勢(shì)見(jiàn)圖2)，并在儀表空氣管網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)了冷凝水。緊急聯(lián)系儀表人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重要閥門的減壓閥進(jìn)行排水檢查，發(fā)現(xiàn)減壓閥不同程度帶水，部分氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能下降，嚴(yán)重影響裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此筆者對(duì)儀表空氣質(zhì)量差的原因進(jìn)行分析。

圖2 儀表空氣露點(diǎn)上漲趨勢(shì)圖

2.1 儀表空氣用戶量增加

儀表空氣用戶量增加是儀表空氣質(zhì)量下降的原因之一。原始設(shè)計(jì)時(shí)，儀表空氣干燥器所能提供的儀表空氣只能滿足富島二期合成裝置、尿素裝置、公用工程裝置和成品裝置的使用，隨著近幾年的發(fā)展，甲醇一期裝置、甲醇二期裝置、干冰裝置和甲醛裝置相繼建成，這些裝置都從富島二期裝置中引用不同量的儀表空氣。由于缺乏在線流量監(jiān)控，初步估算儀表空氣總體積流量已達(dá)到2 800 m3/h，遠(yuǎn)超儀表空氣干燥器的設(shè)計(jì)最大處理體積流量(2 400 m3/h)。儀表空氣用戶量增加導(dǎo)致儀表空氣干燥器長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，儀表空氣干燥劑極易被穿透，造成儀表空氣露點(diǎn)升高[2]。

2.2 儀表空氣干燥劑再生氣量不夠

經(jīng)工藝人員、裝備人員和儀表人員三方共同研究分析發(fā)現(xiàn)，儀表空氣干燥劑再生氣量不夠也是儀表空氣質(zhì)量下降的原因之一。造成儀表空氣干燥劑再生氣量不夠的原因有：(1) 充壓閥(XV2223)開(kāi)關(guān)不到位及反吹放空閥(XV2222)不動(dòng)作導(dǎo)致儀表空氣再生氣體積流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)值(460 m3/h)，儀表空氣干燥劑再生氣量不夠；(2) 隨著儀表空氣用戶量的增加，儀表空氣出口流量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致儀表空氣干燥劑所攜帶的水分更多，原設(shè)計(jì)的儀表空氣干燥器再生氣體積流量(460 m3/h)已遠(yuǎn)不能滿足目前再生的需求[3]。

2.3 儀表空氣干燥劑失去吸附活性

儀表空氣干燥劑失去吸附活性是儀表空氣質(zhì)量下降的另一個(gè)因素。2018年2月3日聯(lián)系分析人員對(duì)儀表空氣干燥器進(jìn)口空氣和出口空氣在固定時(shí)間和固定取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣分析，共分析4次，分析頻率為2 h 1次，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出：儀表空氣干燥器進(jìn)口露點(diǎn)溫度和出口露點(diǎn)溫度均一致，出口露點(diǎn)并未出現(xiàn)非常明顯的下降，證明儀表空氣干燥劑已失去吸附活性。

表1 2018年2月3日儀表空氣干燥器進(jìn)出口露點(diǎn)分析數(shù)據(jù)

3 第一次整改

為了徹底消除影響儀表空氣質(zhì)量的隱患，保證各裝置的安全運(yùn)行，必須完全隔離儀表空氣干燥器后再對(duì)其進(jìn)行檢修，檢修期間儀表空氣干燥器將不能提供儀表空氣給富島二期裝置。為了保證富島二期裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)與生產(chǎn)管理中心溝通，啟動(dòng)甲醇一期裝置和甲醇二期裝置的儀表空氣壓縮機(jī)，由富島一期裝置、甲醇一期裝置和甲醇二期裝置同時(shí)向富島二期裝置供氣，這樣便可保證富島二期裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。儀表空氣干燥器完全切除后，再更換儀表空氣干燥劑、修復(fù)充壓閥及反吹放空閥故障，以及增加儀表空氣干燥劑再生氣量。

3.1 更換儀表空氣干燥劑

為了徹底解決儀表空氣干燥劑失去吸附活性的問(wèn)題，儀表空氣干燥器切除后，聯(lián)系機(jī)修人員對(duì)儀表空氣干燥器2個(gè)干燥塔內(nèi)的干燥劑進(jìn)行徹底更換。

3.2 修復(fù)充壓閥及反吹放空閥故障

在儀表空氣干燥器檢修期間，聯(lián)系儀表人員對(duì)充壓閥及反吹放空閥進(jìn)行解體檢修，由儀表人員及工藝人員共同制定檢修后的儀表空氣干燥器模擬及試驗(yàn)方案。檢修完畢后，儀表人員和工藝人員按照儀表空氣干燥器模擬及試驗(yàn)方案對(duì)儀表空氣干燥器程序中每一步進(jìn)行全面檢查，重點(diǎn)檢查充壓閥及反吹放空閥的動(dòng)作情況，確保每步動(dòng)作均準(zhǔn)確無(wú)誤。

3.3 增加儀表空氣干燥劑再生氣量

儀表空氣干燥器出口儀表空氣總體積流量約為2 800 m3/h，超出設(shè)計(jì)流量16%，因此只要再生氣流量在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上再增加16%就可滿足再生的要求。結(jié)合儀表空氣干燥器工藝流程圖、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際流程及現(xiàn)有手段，采取以下措施：

(1) 將干燥A塔出口壓力表(PI2221A)和干燥B塔出口壓力表(PI2221B)拆除，在壓力表的根部管線分別加裝接頭，并用膠皮管將2個(gè)接頭直接相連(見(jiàn)圖1)，這樣便可額外增加再生氣流量。

(2) 拆除反吹放空閥出口過(guò)濾網(wǎng)、限流孔板及50%消音棉，提高再生過(guò)程的壓降。經(jīng)估算，再生氣體積流量提高至540 m3/h，超出設(shè)計(jì)值約17.3%。

采取以上措施后，儀表空氣干燥器再生氣體積流量可恢復(fù)至460 m3/h，通過(guò)提高再生過(guò)程的壓降進(jìn)一步加快了再生速率；儀表空氣干燥器出口露點(diǎn)溫度降至-80 ℃左右，儀表空氣質(zhì)量遠(yuǎn)比整改前高得多。但是，該改造也存在一定的局限性，即再生氣量不能繼續(xù)增加，如果儀表空氣繼續(xù)增加新用戶，儀表空氣的用量會(huì)繼續(xù)增大，儀表空氣質(zhì)量又會(huì)下降。

4 第二次整改

隨著中海石油化學(xué)股份有限公司的不斷發(fā)展，富島二期小顆粒尿素裝置于2021年9月投產(chǎn)，其所需要的儀表空氣體積流量為200 m3/h，僅靠現(xiàn)有的儀表空氣干燥器無(wú)法滿足需求。因此，為了解決儀表空氣的問(wèn)題，在2021年2月檢修期間再增設(shè)1套新的儀表空氣干燥器。新儀表空氣干燥器與舊儀表空氣干燥器并聯(lián)使用(見(jiàn)圖3)，2套儀表空氣干燥器可同時(shí)提供5 480 m3/h(按設(shè)計(jì)值計(jì)算)儀表空氣，可滿足儀表空氣用戶的需求，儀表空氣的質(zhì)量也得到了保證。新儀表空氣干燥器型號(hào)為HAR-60/10，運(yùn)行方式為全自動(dòng)可編程邏輯控制器(PLC)控制、連續(xù)運(yùn)行，再生方式為變壓吸附。新儀表空氣干燥器的基本參數(shù)見(jiàn)表2。

圖3 新、舊儀表空氣干燥器現(xiàn)場(chǎng)圖

表2 新儀表空氣干燥器基本參數(shù)

5 效果分析

5.1 解決了舊儀表空氣干燥器超負(fù)荷運(yùn)行的問(wèn)題

通過(guò)更換儀表空氣干燥劑、修復(fù)充壓閥及反吹放空閥故障、增加再生氣流量等措施，徹底解決舊儀表空氣干燥器超負(fù)荷運(yùn)行問(wèn)題。隨著新儀表空氣干燥器的正式投用，新、舊儀表空氣干燥器并聯(lián)使用，2套儀表空氣干燥器可同時(shí)向儀表空氣管網(wǎng)提供3 000 m3/h(實(shí)際值)的儀表空氣，即新、舊儀表空氣干燥器各承擔(dān)1 500 m3/h的儀表空氣。初步估算舊儀表空氣干燥器負(fù)荷僅達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷的62.5%，新儀表空氣干燥器負(fù)荷僅達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷的48.7%，徹底解決了舊儀表空氣干燥器超負(fù)荷運(yùn)行的問(wèn)題[4]。

5.2 儀表空氣質(zhì)量得到提高

富島二期小顆粒尿素裝置投產(chǎn)后，通過(guò)查找集散控制系統(tǒng)(DCS)上的歷史趨勢(shì)記錄，統(tǒng)計(jì)了2021年10月—12月的儀表空氣露點(diǎn)數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖4)。從圖4可以看出：儀表空氣露點(diǎn)溫度穩(wěn)定在-97～-100 ℃，與2017年7月之前儀表空氣露點(diǎn)正常波動(dòng)范圍(-38～-42 ℃)相比，儀表空氣質(zhì)量明顯得到提高。

圖4 2021年10月—12月儀表空氣露點(diǎn)趨勢(shì)圖

6 結(jié)語(yǔ)

儀表空氣質(zhì)量差導(dǎo)致儀表空氣管網(wǎng)帶水，嚴(yán)重威脅了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)更換儀表空氣干燥劑、修復(fù)閥門故障、增加再生氣流量，將儀表空氣露點(diǎn)降至-97～-100 ℃，儀表空氣質(zhì)量明顯得到提高，達(dá)到了預(yù)期效果。