向鄒文

（四川大學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610065）

高級炔抽氣系統(tǒng)安全隱患分析與整改

向鄒文

（四川大學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610065）

對化工企業(yè)來說，安全生產(chǎn)十分重要。如果忽視安全隱患，必將會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過對川維廠乙炔三/四單元提濃裝置高級炔抽氣系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，找出影響高級炔抽氣系統(tǒng)運(yùn)行的不安全因素。通過采取改造噴射泵冷凝器，增加氣液分離器、優(yōu)化工藝控制參數(shù)等措施，確保了高級炔抽氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

抽氣系統(tǒng)；帶水；冷凝器；蒸汽噴射泵

川維廠乙炔三/四單元的高級炔抽氣系統(tǒng)在運(yùn)行中存在以下問題∶C890A機(jī)組停運(yùn)時(shí)，高級炔氣通過R479/489A水封排放火炬的過程中，溢留口出現(xiàn)氣液夾帶的現(xiàn)象，現(xiàn)場可燃?xì)怏w檢測值高達(dá)（200～310）×10-6，給生產(chǎn)現(xiàn)場帶來極大的安全隱患，同時(shí)造成R479/489A至火炬的管線積水或堵塞，Y590A火炬回火比較嚴(yán)重，危及整個(gè)提濃裝置的安全運(yùn)行。

1 提濃高級炔抽氣系統(tǒng)工藝簡介

天然氣部分氧化制乙炔工藝中將原料天然氣和氧氣混合發(fā)生裂解反應(yīng)，生成裂化氣。裂化氣在提濃單元通過N-甲基吡咯烷酮（NMP）分離成三種氣體混合物∶乙炔、尾氣及高級炔（HA）。高級炔首先在預(yù)洗塔被NMP吸收（約70%），預(yù)洗塔出來的溶劑在用尾氣回收乙炔后，進(jìn)入高級炔氣提塔減壓解吸出高級炔烴；通過預(yù)洗塔洗滌后的裂化氣進(jìn)入主洗塔D410A。高級炔與乙炔在主洗塔中被NMP吸收，隨后溶劑在逆流解吸塔中繼續(xù)吸收循環(huán)氣中的高級炔，在預(yù)脫氣塔中氣提出乙炔，最后NMP溶劑在真空脫氣塔中脫水和脫氣，高級炔側(cè)流引出進(jìn)入高級炔氣提塔，通過精餾氣氣提出溶劑中的高級炔和水，最后進(jìn)入高級炔水洗塔。離開塔D446頂部的高級炔烴氣體，通過水洗塔D447A和冷凝器E470A。HA氣體用蒸汽噴射泵J472/474/476A加壓，經(jīng)阻火器R479/489A送火炬[1]。高級炔抽氣系統(tǒng)通過三級蒸汽噴射泵把真空系統(tǒng)中解析出的高級炔氣體從真空塔中抽出，同時(shí)保持系統(tǒng)的真空度。

2 高級炔抽氣系統(tǒng)存在不安全因素分析

2.1 冷凝器E472/474/476A設(shè)計(jì)能力偏小

蒸汽噴射泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常由拉瓦爾噴嘴、混合室以及擴(kuò)壓器等三部分組成，其中拉瓦爾噴嘴的作用最為重要。噴嘴和擴(kuò)壓器組成了一條斷面變化的特殊氣流管道。工作蒸汽通過噴嘴將壓力能轉(zhuǎn)變成動能進(jìn)行抽氣，而混合氣流通過擴(kuò)壓器又將動能轉(zhuǎn)變成壓力能從而達(dá)到抽氣的目的[2]。噴射器蒸汽的余熱通常導(dǎo)入冷凝器中，根據(jù)冷凝器的工作原理，分為混合式冷凝器和表面式冷凝器。在混合式冷凝器中是由兩個(gè)帶熱介質(zhì)直接接觸和混合并產(chǎn)生熱交換，通過有一定溫差的兩種介質(zhì)對流，進(jìn)行熱交換，達(dá)到冷凝高溫介質(zhì)目的。

將提濃一單元和三四單元三級蒸汽噴射泵所配置的冷凝器對比數(shù)據(jù)見表1。

圖1 蒸汽噴射泵結(jié)構(gòu)

表1 噴射泵冷凝器筒體直徑 mm

通過對比發(fā)現(xiàn)，三/四單元的E474A、E476A直徑比提濃一單元中的E474、E476要。

而冷凝器直徑Dk的計(jì)算公式∶

式中∶G——工作蒸汽耗量；

Gcm——蒸汽噴射泵各級抽吸氣、蒸汽混合物總量；

γ——?dú)怏w在冷凝器入口處的比容，可近似取為該處水蒸氣的比容；

1.5 ——系數(shù)，按生產(chǎn)能力增加50% 計(jì)算

V——?dú)怏w在冷凝器內(nèi)的速度，一般V=8～15m/s。

通過查詢設(shè)計(jì)物料平衡表，提濃一、三、四單元高級炔抽出量設(shè)計(jì)值見表2。

查相關(guān)設(shè)計(jì)資料，提濃一單元和三、四單元蒸汽噴射泵第三級工作蒸汽耗量見表3。

由以上的3個(gè)表格的數(shù)據(jù)及冷凝器直徑Dk的計(jì)算公式，可以得出如下結(jié)論∶提濃三/四單元與一單元蒸汽噴射泵第三級冷凝器流速相比較，三/四單元第三級冷凝器中氣體流速比一單元的氣體流速快了近三倍，反應(yīng)出第三級冷凝器能力偏小的問題，導(dǎo)致氣液分離不夠充分，出現(xiàn)液沫夾帶，造成冷凝器出口帶水嚴(yán)重。

表3 第三級蒸汽噴射泵蒸汽消耗量

2.2 R479/489A安全隱患分析

2.2.1 R479/489A溢流水量大，夾帶高級炔氣竄出

經(jīng)E476/486A后，夾帶大量炭黑水的HA氣體進(jìn)入R479/ 489A內(nèi)，這些碳黑水必需經(jīng)過水封溢流口流出。在溢流水量加大的情況下會造成R479/489A炭黑水溢流水夾帶大量HA氣體，給生產(chǎn)現(xiàn)場帶來極大的安全隱患。同時(shí)HA氣體大量解析，增加職工的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 R479/489A處于負(fù)壓工作狀態(tài)，易造成空氣被吸入

提濃裝置最初設(shè)計(jì)時(shí)是將高級炔氣全部通過R479/489A直接排放火炬燃燒，后因高級炔氣持續(xù)燃燒會產(chǎn)生大量廢氣對環(huán)保有較大影響，同時(shí)大量可燃?xì)怏w直接燃燒也不經(jīng)濟(jì)，因此后來車間通過改造，使用水環(huán)升壓機(jī)C890A將高級炔氣抽出，送到鍋爐作燃料氣。但R479/489A設(shè)計(jì)原理是正壓式排水水封，因此并不能保證在負(fù)壓狀態(tài)下能安全運(yùn)行。

提濃三/四單元初開車時(shí)，C890A吸入壓力保持在-2.5kPa左右。同時(shí)對比新老區(qū)的高級炔升壓機(jī)吸入口，發(fā)現(xiàn)新區(qū)高級炔入口位置更靠近R479/489A水封；同時(shí)C890A機(jī)組現(xiàn)場位置離高級炔入口位置距離更近，因此新區(qū)的R479/489A插入管處形成的負(fù)壓更高。R479/R489A（見圖2）設(shè)計(jì)原理為正壓式排水水封，液封高度為70mm，新老區(qū)R479/489A液封高度一致。因此水封液封水中會被更高的負(fù)壓吸入管道中，同時(shí)由于噴射泵帶水比較嚴(yán)重，水從R479/489A插入管至上而下流動，因此R479/489A進(jìn)口管水柱高度會慢慢增加，當(dāng)水柱高度超過負(fù)壓承受狀態(tài)時(shí)，水會瞬時(shí)流下，沖破水封中液封面，這樣水封內(nèi)部與插入管負(fù)壓聯(lián)通，空氣就可能被抽到高級炔氣體中，如果這是這股混合氣體排放Y590A燃燒，極易發(fā)生爆鳴或造成防爆膜破裂。同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的氧氣也可能被C890A抽走，造成AR891A升高聯(lián)鎖機(jī)組（見表4）。

圖2 R479/489A/B內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面

表4 高級炔升壓機(jī)出口氧含量在線監(jiān)測統(tǒng)計(jì)

2.3 R479/489A出口至Y590A火炬管線積水

經(jīng)過2015年1月的檢修發(fā)現(xiàn)，R479/489A進(jìn)口管線比較干凈，但是R479/489A出口管線至火炬總管的管線堵塞十分嚴(yán)重。經(jīng)過工藝方面的仔細(xì)分析認(rèn)為，主要原因是42～45℃的高級炔經(jīng)過安全水封之后溫度降低至35℃左右。由于高級炔氣在低溫下易結(jié)晶解析附著在管線上，造成R479/489A出口管線堵塞，安全水封壓力升高，使部分可燃性氣體從水封溢流口處解析到大氣中。

同時(shí)因隱患二中HA氣體夾帶大量的水排放Y590A，進(jìn)入火炬管線后，造成管線積水的現(xiàn)象就更加明顯，嚴(yán)重可能造成Y590A火炬發(fā)生回火。

3 消除不安全因素的采取的整改措施

3.1 在E476A與R479/489A之間增設(shè)一臺氣液分離器

原高級炔出口管道尺寸為DN250，在該管線上加裝一個(gè)直徑DN600、長度1 500mm的短接，短接下方安裝擋板，擋板尺寸以短接剩余流通面積不小于原DN250管道流通面積為原則。氣液分離器（見圖3）排水采用集液包方式，集液包底部設(shè)DN50排污閥，側(cè)面設(shè)排水閥把分離出來的炭黑水通過簡易排水水封引至R478A中。

圖3 管線氣液分離器

2014年大修，在新區(qū)乙炔提濃三單元上成功實(shí)施改造。目前R479/489A運(yùn)行情況已得到極大改善，水封溢流水明顯減少，高級炔夾帶的現(xiàn)象得到緩解。

3.2 改變R479/489A操作條件

提濃三/四單元初開車時(shí)，為防止高級炔氣體排入火炬，將C890A吸入壓力保持在-2.5kPa左右。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將C890A吸入壓力控制在-0.5kPa左右。在這個(gè)壓力狀態(tài)下，一方面可以確保高級炔氣體能全部被抽走，不排放火炬，另一方面也使得R479/489A處于一個(gè)安全的操作條件下，從而使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。

3.3 對冷凝器進(jìn)行改造，提高冷凝器的分離能力

通過采取上述增加臨時(shí)設(shè)備及改變工藝控制參數(shù)等措施，使得提濃三四單元高級炔抽氣系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定。冷凝器設(shè)備設(shè)計(jì)偏小是影響提濃三四單元高級炔抽氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最重要因素；考慮到現(xiàn)場空間受限，同時(shí)更換E472/474/476A施工難度太大，在2014年大修中對最終冷凝器E476A進(jìn)行了改造，直徑由由?450擴(kuò)大到?1 000，高度由2 500mm擴(kuò)大到3 560mm。通過目前的運(yùn)行狀況，系統(tǒng)的真空度能夠滿足要求，同時(shí)三級分離器的效果明顯，高級炔（HA）不再夾帶大量的炭黑水進(jìn)入水封，消除了高級炔升壓機(jī)停運(yùn)后，水封溢流處出現(xiàn)氣液夾帶的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

通過對乙炔車間提濃三/四單元高級炔抽氣系統(tǒng)設(shè)備及工藝操作方式進(jìn)行分析，找出影響高級炔抽氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。通過對冷凝器進(jìn)行改造，增加氣液分離器及改變工藝控制參數(shù)等多項(xiàng)措施，解決了冷凝器出口帶水嚴(yán)重、安全水封夾帶高級炔氣體、高級炔管線積水和堵塞等問題，確保了高級炔抽氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 陳炳基.蒸汽噴射泵的簡便設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].煙草科技，1977，（4）∶15-26.

Analysis and Rectification of Safety Hidden Trouble of Advanced Electrolytic Smelting System

Xiang Zou-wen

For chemical enterprises，safety is very important.If you ignore the security risks，will bring great economic losses to the enterprise.In this paper，the operation status of the advanced alkyne extraction system in the acetylene three/four unit enrichment unit of Chuanwei Plant is analyzed to find out the insecurity factors that affect the operation of the advanced alkyne extraction system. By taking the transformation of the jet pump condenser，increase the gas-liquid separator，optimize the process control parameters and other measures to ensure the safe and stable operation of the advanced alkyne pumping system.

pumping system；water supply；condenser；steam jet pump

TQ086.2

B

1003-6490（2017）02-0084-02

2017-02-10

向鄒文（1986—），男，重慶人，工程師，主要從事基層技術(shù)管理工作。