EO成品罐換熱器凍堵判斷及驗(yàn)證處理分析

李旭(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

0 引言

工業(yè)環(huán)氧乙烷產(chǎn)品(EO)純度在99.95%以上，冷凍介質(zhì)為乙二醇水溶液，從理論上講及行業(yè)內(nèi)多年實(shí)際運(yùn)行情況來看，都極少會(huì)出現(xiàn)EO成品罐換熱器凍堵的情況。因其環(huán)氧乙烷特殊的毒害性和易燃易爆性，一旦成品罐換熱器凍堵，無法循環(huán)冷卻，成品罐內(nèi)低溫液態(tài)EO會(huì)揮發(fā)成氣態(tài)EO，引起設(shè)備超壓、發(fā)生泄漏、火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)，危害影響巨大，必須引起足夠重視[1]。

1 流程簡介

中化泉州20/50萬噸/年環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置(簡稱：EOEG裝置)采用SHELL MASTER專利技術(shù)，來自EO精制塔C-303測線采出高純度EO，經(jīng)EO產(chǎn)品泵P-306增壓后，經(jīng)EO產(chǎn)品換熱器E-801冷卻至-5 ℃，送入EO儲(chǔ)罐V-801(A/B/C)，當(dāng)測線EO不合格，EO產(chǎn)品泵也可將物料送至EO濃縮塔C-204回?zé)挘珽O精致系統(tǒng)和EO儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)同屬一套EOEG裝置內(nèi)。

在EO儲(chǔ)運(yùn)單元，儲(chǔ)罐中的產(chǎn)品EO通過EO裝車循環(huán)泵P-801(A/B/C/D/E/F)維持物料循環(huán)，循環(huán)管線中的HPEO經(jīng)過EO循環(huán)換熱器E-802(A/B/C)冷卻至-5 ℃后返回儲(chǔ)罐，維持儲(chǔ)罐溫度在-5 ℃左右。EO裝車循環(huán)泵還將部分HPEO通過裝車循環(huán)線送至裝車站，進(jìn)行EO汽運(yùn)裝車，裝車循環(huán)線保持連續(xù)循環(huán)，裝車循環(huán)線內(nèi)未裝車物料返回儲(chǔ)罐，保持同一儲(chǔ)罐循環(huán)，或者將物料轉(zhuǎn)移至其他儲(chǔ)罐。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)EO不合格或被污染，EO裝車循環(huán)泵也可將物料送至EO濃縮塔C-204回?zé)?。?chǔ)罐中的產(chǎn)品EO還可通過EO輸送泵P-802A/B將HPEO送至界外下游工廠，輸送循環(huán)管線中的HPEO經(jīng)過EO循環(huán)換熱器E-802(A/B/C)冷卻至-5 ℃后，返回V-801(A/B/C)。EO儲(chǔ)運(yùn)單元冷凍機(jī)組Z-801A/B/C為上述換熱器提供-17 ℃冷凍水，冷卻介質(zhì)為-17 ℃乙二醇水溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%)，EO儲(chǔ)罐的壓力控制為0.4 MPa，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。氮?dú)鈦碜怨芫W(wǎng)，分別用作EO儲(chǔ)罐壓力控制、冷凍水罐T-801壓力控制、EO儲(chǔ)罐安全閥吹掃和裝車管線吹掃。系統(tǒng)內(nèi)的排放氣體將用氮?dú)馑椭练揽瘴账﨏-304。

EO儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)流程示意圖如圖1所示。

圖1 EO儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)流程示意圖

2 凍堵現(xiàn)象

EOEG裝置在建設(shè)中交后于2020年9月19日一次投料開車成功(簡稱：原始開車)，2022年年初大檢修后，于2022年1月19日投料開車(簡稱：空塔開車)。1月21日EO精制塔C-303開始空塔進(jìn)料開車，4 h后C-303產(chǎn)品側(cè)線開始采出至C-204循環(huán)調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量。19日21點(diǎn)分析EO產(chǎn)品質(zhì)量合格，22:30分，連續(xù)兩次分析結(jié)果合格后隨即將產(chǎn)品切至V801A。

EO產(chǎn)品正常采出后，在逐步提高EO負(fù)荷時(shí)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品采出流量閥全開最高提至5 t/h，遠(yuǎn)低于正常流量。而EO產(chǎn)品泵P-306在EO精制塔建立回?zé)捈胺盗匣責(zé)挄r(shí)流量均正常，將流量控制閥及跨線全開，最大采出流量只能達(dá)到5.4 t/h(額定流量為30 t/h)，遠(yuǎn)低于正常流量，并且還處于緩慢下降趨勢。隨即再次將EO測線采出切回至C-204回?zé)捔鞒蹋琍-306采出流量正常。EO精制塔提負(fù)荷受限，初步懷疑P-306至V-801流程不暢通。全面排查P-306至V-801全線流程，結(jié)果顯示流量控制閥、前后手閥、流量計(jì)均全部正常，初步懷疑P-306至V-801流程上止回閥卡澀。1月22日白班，將P-306至V801止回閥下線檢查正常，止回閥正常完好、無卡澀。

儲(chǔ)罐V-801A液位滿足后，啟動(dòng)EO裝車循環(huán)泵P-801A，通過儲(chǔ)罐自循環(huán)流程對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行循環(huán)冷卻，此時(shí)流量無法突破P-801A流量低連鎖50 t/h,致使循環(huán)泵無法啟動(dòng)，EO儲(chǔ)罐無法及時(shí)有效建立循環(huán)冷卻。隨后投用裝車循環(huán)線，使P-801A流量越過流量低連鎖，啟動(dòng)正常，建立EO儲(chǔ)罐循環(huán)，但E-801與E-802A無明顯制冷效果。為防止成品罐內(nèi)液態(tài)EO因無法及時(shí)冷卻而揮發(fā)成氣態(tài)EO，發(fā)生火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)，隨即將V-801A物料通過裝車循環(huán)線轉(zhuǎn)移至V-801B，啟動(dòng)P-801C泵，可以滿足P-801C泵流量低流量連鎖，建立自循環(huán)，通過E-802B循環(huán)冷卻。

隨后同時(shí)全面排查V-801A循環(huán)、冷卻流程、控制閥均正常，冷凍水壓力、溫度、流量正常，冷凍機(jī)組Z-801A/B/C運(yùn)行正常，冷凍水泵P-803及冷凍水罐T-801各運(yùn)行參數(shù)正常。

3 原因判斷

排查EO存儲(chǔ)系統(tǒng)開工前各單元干燥情況顯示，EO產(chǎn)品進(jìn)料線、EO產(chǎn)品換熱器、EO儲(chǔ)罐、EO循環(huán)換熱器、EO裝車循環(huán)泵、裝車循環(huán)線各系統(tǒng)均干燥合格，露點(diǎn)在-50～-70 ℃之間，均滿足EO存儲(chǔ)系統(tǒng)干燥要求。而在此期間，EO側(cè)線采出產(chǎn)品始終合格，水含量始終維持在0.006%左右。此時(shí)，對(duì)已進(jìn)料的V-801A/B儲(chǔ)罐成品采樣分析發(fā)現(xiàn)，A、B儲(chǔ)罐中EO產(chǎn)品水含量均超標(biāo)，其中A罐EO產(chǎn)品水含量峰值達(dá)1.19%，并且A罐作為首先進(jìn)料罐，產(chǎn)品水含量明顯高于B罐，在此期間EO產(chǎn)品測線及EO成品罐V-801A/B的LMSE分析結(jié)果如表1所示。

表1 EO產(chǎn)品測線及EO成品罐V-801A/B的LMSE分析結(jié)果

分析結(jié)果顯示，儲(chǔ)罐成品EO水含量不合格，根據(jù)EO水溶液混合物凝固點(diǎn)趨勢，結(jié)合上述流程排查及E-801與E-802A無明顯換熱效果等現(xiàn)象，判斷EO產(chǎn)品換熱器E-801、EO循環(huán)換熱器E-802A內(nèi)部EO產(chǎn)品側(cè)(管程)存在局部凍堵，從而造成P-306至V-801流程不暢，E-801與E-802A換熱器無明顯制冷效果。EO水溶液混合物凝固點(diǎn)趨勢如圖2所示[2]。

圖2 EO水溶液混合物凝固點(diǎn)趨勢圖

而且V-801A罐作為首先進(jìn)料罐，產(chǎn)品水含量高于B罐，由此判斷造成本次環(huán)氧乙烷成品儲(chǔ)罐換熱器凍堵的直接原因是：EO產(chǎn)品在輸送過程中水含量超標(biāo)，達(dá)到EO水溶液凝固冰點(diǎn)而造成換熱器局部凍堵。

4 驗(yàn)證處理

為驗(yàn)證上述判斷，隨即在1月22日18:00左右開始將E-801和E-802A冷凍水(-17 ℃)中斷，通過換熱器殼程低點(diǎn)導(dǎo)淋和高點(diǎn)放空，通入40 ℃除鹽水進(jìn)行解凍，期間維持P-306采出及P-801A/C泵循環(huán)，P-306采出進(jìn)V-801B罐，同時(shí)將V-801B不合格產(chǎn)品返回至V-801A。解凍維持2 h后，P-306采出流量穩(wěn)步升高、P-801泵循環(huán)流量也逐步升高，E-801與E-802A換熱效果逐漸明顯，以上現(xiàn)象表明上述判斷方向正確。繼續(xù)對(duì)E-801和E-802A解凍、置換，隨著P-306采出流量穩(wěn)步提高，V-801B罐隨著進(jìn)料量穩(wěn)步增加，B罐水含量隨著進(jìn)料量的增加先是降低，待換熱器完全解凍后，高含水量的不合格EO進(jìn)入V-801B，產(chǎn)品中水含量升高至0.114%，隨著P-306采出合格EO產(chǎn)品持續(xù)調(diào)和，最終在1月23日10:00，V-801B成品分析合格，V-801A不合格產(chǎn)品統(tǒng)一通過P-801A返料線返回至C-204繼續(xù)回?zé)?。?yàn)證處理過程V-801B罐水含量LMSE分析結(jié)果如表2所示。

表2 驗(yàn)證處理過程V-801B罐水含量LMSE分析結(jié)果

5 分析總結(jié)

事后回顧本裝置中交后原始開車情況，當(dāng)時(shí)也出現(xiàn)EO測線產(chǎn)品合格，切至成品罐后水含量超標(biāo)(換熱器未凍堵)，因當(dāng)時(shí)P-801泵機(jī)封檢修，因此當(dāng)時(shí)判定成品罐后水含量超標(biāo)原因?yàn)楸皿w在清洗置換時(shí)，少量除鹽水進(jìn)入成品罐導(dǎo)致。

針對(duì)本次空塔開車現(xiàn)象，事后再次排查EO存儲(chǔ)系統(tǒng)本次開工前干燥情況，系統(tǒng)各處均干燥合格，露點(diǎn)在-50～-70 ℃之間，滿足干燥要求，系統(tǒng)各處也未有設(shè)備檢修等可能導(dǎo)致成品罐后水含量超標(biāo)原因，本次不但產(chǎn)品水含量超標(biāo)，而且還發(fā)生換熱器凍堵。由此判斷說明原始開工水含量超標(biāo)的原因分析不成立。

再次全面排查EO產(chǎn)品泵P-306至球罐輸送流程，發(fā)現(xiàn)之前一直忽視的設(shè)計(jì)漏洞：因本裝置在設(shè)計(jì)時(shí)將EO精致系統(tǒng)和EO儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)放置在同一套裝置內(nèi)，P-306出口至球罐流程根部閥門位置設(shè)置在EO儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)界區(qū)處，距離P-306出口至C-204返料線手閥過遠(yuǎn)，每次空塔開車過程中，啟動(dòng)P-306回?zé)挷缓细癞a(chǎn)品，會(huì)使不合格產(chǎn)品充滿P-306出口至成品儲(chǔ)罐流程管線(約200 m)，產(chǎn)品切至球罐過程中，該不合格物料會(huì)隨之帶入到EO成品儲(chǔ)罐V-801，造成EO成品儲(chǔ)罐換熱器凍堵。

另外本次開工EO精制塔C-303回流罐V-304，未進(jìn)行干燥置換，也造成P-306初始回?zé)挼牟缓细癞a(chǎn)品水含量極高，導(dǎo)致P-306出口至球罐流程管線的不合格物料水含量很高，更加劇了EO產(chǎn)品水含量超標(biāo)和EO成品儲(chǔ)罐換熱器凍堵現(xiàn)象。

6 優(yōu)化建議

為從根本上避免此類情況的再次發(fā)生，最直接的方法是：擇機(jī)在P-306出口至球罐流程初始端根部，增加隔離手閥，防止空塔開車過程期間，不合格物料回?zé)掃^程中，使其進(jìn)入產(chǎn)品管線，污染球罐產(chǎn)品，保障儲(chǔ)罐產(chǎn)品快速合格，減少系統(tǒng)返料回?zé)?。以上措施暫未?shí)施的情況下，在有空塔開車情況，可采用將P-306出口至球罐流程手閥前物料，回收回?zé)挼姆绞教幚?，避免該不合格物料污染成品罐，提高裝置經(jīng)濟(jì)效益。另外EO精制塔C-303空塔首次開車前，將回流罐V-304吹掃干凈，保持干燥，可以減少不合格產(chǎn)品水含量，加快測線產(chǎn)品合格時(shí)間，減少EO精致系統(tǒng)返料回?zé)挕?/p>