何 鋒

（中海石油建滔化工有限公司，海南東方 572600）

1 飽和塔系統(tǒng)簡況

某800kt／a天然氣制甲醇裝置2010年10月投產(chǎn)，采用的是英國DPT公司的甲醇工藝技術(shù)，以高CO2、高N2含量的天然氣為原料，通過預轉(zhuǎn)化爐和傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化爐生產(chǎn)合成氣［1］。在合成氣的生產(chǎn)過程中，為促進蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化反應的進行，需要向已脫硫的天然氣里加入工藝蒸汽［2］；其中一部分工藝蒸汽是由飽和塔汽提提供的——脫硫后的天然氣進入飽和塔，與飽和塔塔底循環(huán)水直接接觸換熱產(chǎn)生蒸汽并帶出，飽和塔塔底循環(huán)水換熱器所需的熱量由合成汽包蒸汽提供。回收利用的雜醇油、工藝冷凝液和精餾回收塔塔底水在飽和塔中汽提出工藝蒸汽送至預轉(zhuǎn)化爐作為原料，通過飽和塔的汽提作用充分對工藝廢水進行再利用，大幅減少了廢液的再處理量［3］。飽和塔系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

圖1 飽和塔系統(tǒng)工藝流程簡圖

2 運行問題

飽和塔是天然氣制甲醇裝置的核心設備，其作用是通過塔底循環(huán)水泵輸送循環(huán)水經(jīng)換熱器與合成汽包蒸汽換熱后，進入飽和塔與脫硫后的天然氣直接接觸而汽提出工藝蒸汽，與天然氣混合后進入預轉(zhuǎn)化爐。在轉(zhuǎn)化爐水碳比不變的情況下，提高飽和塔汽提蒸汽量可減少額外補充的中壓蒸汽量，并減少工藝冷凝液的排放量，降低能耗，即飽和塔的汽提效率直接影響著整套裝置的能耗水平。

飽和塔汽提效率為飽和塔汽提蒸汽量與合成汽包產(chǎn)汽量的比值，原始設計飽和塔汽提效率為79.5%。該天然氣制甲醇裝置投產(chǎn)以來，在轉(zhuǎn)化系統(tǒng)滿負荷（天然氣流量為96800m3／h）的情況下，有一段時間內(nèi)飽和塔的汽提效率是達到了設計值的，但由于設計缺陷，隨著環(huán)境溫度的升高，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)滿負荷運行時轉(zhuǎn)化爐的燃燒空氣量供應不足，存在天然氣燃燒不完全的情況，為保證裝置的安全，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)不得不降負荷運行，在轉(zhuǎn)化系統(tǒng)負荷為93000m3／h（天然氣流量）的工況下，飽和塔的汽提效率一直比較低——飽和塔汽提蒸汽量約50t／h、實際汽提效率約75%，與飽和塔的設計汽提效率79.5%相差較大。2019年8月—2020年1月飽和塔的實際運行數(shù)據(jù)（月均值）見表1。

表1 飽和塔的實際運行數(shù)據(jù)（月均值）

3 原因分析與排查

3.1 飽和塔填料層及內(nèi)件狀況

若飽和塔填料層及內(nèi)件損壞，會造成汽提床層介質(zhì)的接觸面積變小，從而導致飽和塔汽提效率降低，飽和塔的汽提蒸汽量減少。查閱2018年4月飽和塔的檢修記錄，檢修期間曾打開飽和塔人孔檢查填料層及內(nèi)件情況，未發(fā)現(xiàn)飽和塔填料層和內(nèi)件損壞；同時，調(diào)取檢修前后轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相同負荷下飽和塔的汽提蒸汽量進行對比（見表2），發(fā)現(xiàn)在相同的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)負荷（天然氣流量為93000m3／h）下，檢修前后飽和塔汽提效率變化小于2%。由此排除了飽和塔填料層及內(nèi)件狀況不良而造成飽和塔汽提效率降低的可能。

表2 檢修前后飽和塔汽提效率的對比

3.2 合成汽包蒸汽參數(shù)

合成汽包蒸汽是用來加熱飽和塔塔底循環(huán)水的，若合成汽包蒸汽壓力過低、蒸汽溫度過低、蒸汽量不足，必然會影響換熱后飽和塔塔底循環(huán)水的溫度，進而造成飽和塔汽提效率降低。原始設計合成汽包蒸汽產(chǎn)量為40～80t／h、溫度為205～235℃、壓力為1.90～2.40MPa；查閱合成汽包實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，合成汽包蒸汽產(chǎn)量約63t／h、溫度約215℃、壓力約1.95MPa?？梢钥闯觯铣善羝麉?shù)均在設計值范圍以內(nèi)，由此排除了合成汽包蒸汽指標偏離設計值而造成飽和塔汽提效率降低的可能。

3.3 循環(huán)水換熱器換熱效率

循環(huán)水換熱器換熱效率直接影響換熱后飽和塔塔底循環(huán)水的溫度，進而影響飽和塔的汽提效率。而一般影響換熱器換熱效率的因素主要有換熱器結(jié)垢、換熱器泄漏、換熱器中存在不凝氣等。其中，換熱器結(jié)垢和換熱器中存在不凝氣，會減少換熱器的有效換熱面積，導致?lián)Q熱后的飽和塔塔底循環(huán)水溫度過低；換熱器泄漏，會造成熱量的損失，同樣會導致?lián)Q熱后的飽和塔塔底循環(huán)水溫度過低。

排查發(fā)現(xiàn)，2018年4月飽和塔系統(tǒng)檢修時，對循環(huán)水換熱器進行過清洗，對比循環(huán)水換熱器清洗前后的數(shù)據(jù)（見表2），相同負荷下飽和塔汽提蒸汽量變化不大，由此可排除循環(huán)水換熱器結(jié)垢造成飽和塔汽提效率降低的可能；現(xiàn)場巡檢并未發(fā)現(xiàn)循環(huán)水換熱器有泄漏現(xiàn)象，由此可排除循環(huán)水換熱器泄漏造成飽和塔汽提效率降低的可能；現(xiàn)場打開飽和塔循環(huán)水換熱器立管頂部的排氣導淋進行充分排氣，排完氣后對比排氣前后飽和塔汽提蒸汽量，發(fā)現(xiàn)變化不大，確定循環(huán)水換熱器中應該沒有積存不凝氣，也就排除了循環(huán)水換熱器因存在不凝氣而造成飽和塔汽提效率降低的可能。簡言之，循環(huán)水換熱器換熱效率正常，其不是飽和塔汽提效率低的原因。

3.4 飽和塔系統(tǒng)保溫情況

飽和塔系統(tǒng)保溫層若有損壞，會造成飽和塔系統(tǒng)熱量損失，進而導致飽和塔汽提效率降低?，F(xiàn)場人員仔細檢查，并用熱成像儀進行檢測，證實飽和塔系統(tǒng)保溫層完好，由此可排除系統(tǒng)保溫層損壞而造成飽和塔汽提效率降低的可能。

3.5 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度過低可能會造成飽和塔系統(tǒng)熱量損失增加，進而造成飽和塔汽提效率降低。該800 kt／a甲醇裝置地處海南省，全年平均氣溫較高（最高溫度在38℃左右、最低溫度在10℃左右），查閱飽和塔系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，在相同的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)負荷（天然氣流量為93000m3／h）下，環(huán)境溫度分別為10℃、19℃、31℃、38℃時飽和塔的汽提蒸汽量分別為50.1t／h、49.8t／h、50.7t／h、50.5t／h?？梢钥闯?，不同的環(huán)境溫度下飽和塔汽提蒸汽量變化并不大，即飽和塔汽提蒸汽量基本上不受環(huán)境溫度變化的影響，由此可排除環(huán)境溫度變化而造成飽和塔汽提效率降低的可能。

3.6 飽和塔的操作參數(shù)

原始設計轉(zhuǎn)化系統(tǒng)滿負荷工況下天然氣流量為96800m3／h，飽和塔入口最大天然氣流量為96800m3／h、入口天然氣溫度為56～80℃、操作壓力為2.1～2.4MPa。若飽和塔入口天然氣溫度過低，會增加飽和塔汽提過程中的熱量消耗，降低飽和塔的汽提效率；若飽和塔負荷或操作壓力過高，會增加飽和塔內(nèi)的阻力，降低飽和塔的汽提效率。查閱飽和塔的實際操作參數(shù)，其入口天然氣流量為93000m3／h、入口天然氣溫度為74℃、操作壓力為2.228MPa?？梢钥闯觯柡退膶嶋H操作參數(shù)均在設計值范圍以內(nèi)，由此可排除飽和塔操作參數(shù)偏離設計值而造成飽和塔汽提效率降低的可能。

3.7 飽和塔塔底循環(huán)水流量

飽和塔塔底循環(huán)水流量設計值為590t／h。飽和塔塔底循環(huán)水流量過高，會造成換熱器后飽和塔塔底循環(huán)水溫度過低，影響飽和塔的汽提效率。同時，飽和塔在回收利用精餾回收塔塔底水和雜醇油后，大量的石蠟在飽和塔中積累，極易堵塞飽和塔塔底循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)，造成泵汽蝕［4］，而泵發(fā)生汽蝕后塔底循環(huán)水流量逐漸下降，當?shù)椭?19t／h時會觸發(fā)流量低低聯(lián)鎖，為防止這種情況的發(fā)生，操作中會人為加大飽和塔塔底循環(huán)水流量，以保持足夠的裕量。查閱實際運行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，飽和塔塔底循環(huán)水量實際為688 t／h，比設計值590t／h高出了許多。由此可以斷定，飽和塔塔底循環(huán)水流流量過高是造成飽和塔汽提效率降低的主要原因。

4 優(yōu)化調(diào)整措施

針對飽和塔汽提效率低的問題，基于可能原因的分析與排查，在保證甲醇裝置安全運行的前提下，制定了相應的優(yōu)化調(diào)整措施，并于2020年7月中旬開始予以實施：①在保證不觸發(fā)聯(lián)鎖的前提下，逐步將飽和塔塔底循環(huán)水流量降至590t／h左右，降流量過程采取少量多次的原則，避免因操作幅度過大造成系統(tǒng)聯(lián)鎖跳車；②為了能夠在飽和塔塔底循環(huán)水流量變化后及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整，在FCS操作系統(tǒng)中對飽和塔塔底循環(huán)水流量設置高低報警，以便及時作出反應；③在企業(yè)生產(chǎn)標準廠控指標中增設飽和塔塔底循環(huán)水流量控制指標，操作人員加強對飽和塔塔底循環(huán)水流量的精確控制；④為防止飽和塔塔底循環(huán)水泵汽蝕造成循環(huán)水流量下降，定期打開泵體排氣導淋排氣；⑤定期對飽和塔塔底循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)進行清洗，在甲醇合成系統(tǒng)進行在線煮蠟作業(yè)后增加此濾網(wǎng)的清洗頻次。

5 優(yōu)化效果

采取相應的優(yōu)化調(diào)整措施后，調(diào)取調(diào)整前后相同的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)負荷（天然氣流量93000m3／h）下飽和塔系統(tǒng)的相關(guān)運行數(shù)據(jù)進行對比，具體見表3。可以看出：在轉(zhuǎn)化系統(tǒng)負荷穩(wěn)定的情況下，隨著飽和塔塔底循環(huán)水量的下降，循環(huán)水換熱器出口溫度逐漸升高，飽和塔汽提蒸汽量逐漸增加——較調(diào)整前增加約3t／h，飽和塔實際汽提效率也逐漸提升直至達到設計值。

表3 優(yōu)化調(diào)整前后飽和塔系統(tǒng)相關(guān)運行數(shù)據(jù)的對比

采取相應的優(yōu)化調(diào)整措施后，飽和塔汽提蒸汽量增加約3t／h，在維持轉(zhuǎn)化反應總水碳比不變的情況下，經(jīng)測算，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)每年可節(jié)約中壓蒸汽用量約24000t；隨著汽提蒸汽量的增加，回收利用的工藝冷凝液也有所增加，相應減少工藝冷凝液排放約3t／h，每年可減少約24000t工藝冷凝液排放，可有效降低甲醇生產(chǎn)成本，實現(xiàn)裝置運行效益的提升。

6 結(jié)束語

針對某800kt／a甲醇裝置轉(zhuǎn)化系統(tǒng)負荷93000m3／h（天然氣流量）工況下飽和塔汽提效率低的問題，通過分析與排查，最終確認是飽和塔塔底循環(huán)水流量過高而造成換熱器后循環(huán)水溫度過低，影響了飽和塔的汽提效率。實施相應的優(yōu)化調(diào)整措施后，飽和塔的汽提效率達到設計值，飽和塔汽提蒸汽量提高3t／h左右，減少了轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中壓蒸汽的消耗量和工藝冷凝液的排放量，從而有效降低了甲醇生產(chǎn)成本，提升了裝置的運行效益。本次飽和塔汽提效率低問題，究其原因，在于操作中顧此失彼，對全系統(tǒng)的統(tǒng)籌考慮不周；實踐表明，優(yōu)化工藝操作，進行精細化管控，可增大系統(tǒng)的操作彈性及安全性，并提升系統(tǒng)的運行效能。