李廷(中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 成都 611930)

0 引言

中國石油四川石化有限責(zé)任公司60萬噸/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年建成投入運行以來，塔頂濕式空冷效率成為裝置安全平穩(wěn)運行的瓶頸問題。氣分裝置脫丙烷塔、丙烯精餾塔、脫異丁烷塔分別配置3臺、8臺、4臺塔頂濕式空冷，3個塔系統(tǒng)各配置一個總上水調(diào)節(jié)閥，水箱內(nèi)的除鹽水通過管道泵輸出，再通過管道泵出口分布的多個霧化噴頭將除鹽水霧化后，噴灑至塔頂氣相翅片上進行冷卻降溫。開工后，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、夏季滋生大量蚊蟲以及管道泵抽空和水箱溢水外流等問題。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、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給裝置運行造成了極大的安全隱患。

1 濕式空冷運行問題

氣體分餾裝置15臺濕式空冷主要用作冷卻各塔頂氣相，冷卻負荷能力需求很高。塔頂氣相先進入濕式空冷波紋翅片，利用霧化水汽對氣相介質(zhì)進行冷卻，之后混合氣液相再進入后冷器利用循環(huán)水進行冷卻進入回流罐內(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，降溫幅度多達十多度，單靠后冷器根本無法滿足生產(chǎn)亦或需要設(shè)計配備更大的冷卻器[1]。

裝置建成運行7年以來，除空冷效果干擾外，氣分裝置運行十分平穩(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期以來的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，塔頂空冷器在其中的冷卻能力可以通過如表1所示。

表1 脫丙烷塔、丙烯精餾塔頂空冷器運行能力效果參數(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9.1 ℃，丙烯精餾塔頂操作溫度空冷器前后的溫降達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 管道泵入口位置過低，清理任務(wù)繁重

通過長期觀察總結(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、蚊蟲尸體等雜質(zhì)。而空冷管道泵入口位置設(shè)計在水箱底層，入口沒有設(shè)置任何過濾裝置，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，所以導(dǎo)致噴頭經(jīng)常性堵塞無法噴水，造成空冷效果變差，塔系統(tǒng)壓力持續(xù)上升。

裝置2014年首次開工期間，作為輔助設(shè)備在正式引料前空冷就全部投入運行，經(jīng)過實際運行發(fā)現(xiàn)，一臺空冷運行3～4 d，噴頭就會出現(xiàn)堵塞情況，而且堵塞率高達70%，成為裝置首次開車過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)運行的第一要務(wù)，工作量十分繁重。清理一臺空冷，最快都需要1.5 h，尤其是進入炎熱夏季，空冷的冷卻能力直接決定裝置各塔的運行狀況良好與否。

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)計為直接噴水霧化冷卻翅片內(nèi)的工藝氣相介質(zhì)，上部沒有設(shè)計類似百葉窗等設(shè)施，加上風(fēng)機抽力的作用，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)計都是涂刷的防腐層，但是長期運行中發(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，所以成為了昆蟲繁殖滋生的溫床。大量的蚊蟲滋生，導(dǎo)致大面積昆蟲尸體漂浮在水面上，同樣會導(dǎo)致進入管道泵，進而堵塞噴頭。經(jīng)過實際操作得出，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，而進入冬季后，用水平均流量大約15 m3/h，這相當(dāng)于每小時所要消耗的除鹽水量，而且都通過蒸發(fā)散在大氣中。在這樣的情況下，通過對水箱內(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總上水調(diào)節(jié)閥，之后分出3路作為3個水箱的上水，每個支路上都有一個需要人為手動調(diào)節(jié)操作的手閥，且只有在空冷A水箱設(shè)置了遠傳液位，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行現(xiàn)場調(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，而且多了一個水箱，總共為4個；丙烯精餾塔有8個水箱，控制支路設(shè)計越多，越難控制各水箱的水位，所以經(jīng)常發(fā)生管道泵因為水箱液位底而抽空的現(xiàn)象和水箱液位過高導(dǎo)致大面積水外溢流落至地面。

圖1 濕式空冷現(xiàn)場流程結(jié)構(gòu)

同樣如圖1顯示，設(shè)計之初加設(shè)了高液位溢流線(Φ40 mm)和15臺水箱連通平衡線(Φ80 mm)，按照設(shè)計的原理不會存在水箱缺水或者溢流的問題，但是實際運行中溢流線、連通平衡線卻沒有起到溢流和平衡的作用。首先，溢流線設(shè)置的位置過高，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U型彎，平衡線的位置又過高，加上管徑較小，所以在實際運行中起到的作用完全不夠平衡15個水箱的液位，而且平衡線沒有排凝設(shè)計，導(dǎo)致大U型彎整個底部水平段極容易沉積鐵銹泥渣，無形中又再次削弱了平衡線的作用。

2 技措技改措施

對于上述提到的空冷運行過程中出現(xiàn)的各類問題，實施了各項精準(zhǔn)技改。目的就是要通過各種技措技改，確保濕式空冷能夠達到裝置冷卻效果要求，進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

首先針對管道泵入口位置的設(shè)計，進行了一系列的技改。將水泵入口管線加長至2.5 m，并同時抬高管線高度約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目的過濾網(wǎng)。為更進一步降低雜物進入管道泵堵塞噴頭，又在入口管線上增加一個1 m長、36目的過濾箱，相當(dāng)于共有4層過濾網(wǎng)來保證進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，從而進一步保證空冷的噴淋冷卻效果。

如圖2所示。經(jīng)過對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，但還是沒有徹底解決空冷噴頭堵塞問題。

圖2 水箱內(nèi)部管道泵入口技改后現(xiàn)場圖

2.2 定期換水、噴涂防腐材料、更換噴頭

空冷管道泵入口問題改善后，緩解了裝置運行空冷清理工作量，但當(dāng)進入炎熱夏季，仍然會因頻繁清理空冷而導(dǎo)致操作紊亂。因為清理空冷水箱時間較長，這樣造成在清理過程中對應(yīng)塔系統(tǒng)經(jīng)常性發(fā)生壓力超出控制指標(biāo)范圍，整個塔操作紊亂，很難達到組分分割要求。

經(jīng)過多家同類裝置考察，利用冬季氣溫低，各塔系統(tǒng)對空冷器依賴較低的空白期，決定更換試行孔徑為0.8 mm的螺旋式霧化噴頭。在試驗過程中，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)計噴頭有了非常明顯的改善。裝置空冷器逐步推進對所有空冷噴頭進行更換，效果十分明顯。由于噴頭的孔徑的增加，相對應(yīng)將管道泵入口管線上包敷的3層20目的過濾網(wǎng)減少到1層，經(jīng)過這樣優(yōu)化后，統(tǒng)計1整年結(jié)果顯示，氣分在運的11臺空冷水箱(脫異丁烷塔系統(tǒng)停運)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)運行打下了堅實的基礎(chǔ)。

同時，針對水箱水質(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，實行全部空冷水箱內(nèi)部涂刷材料等級更高的防腐層，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題，裝置早期也進行了相關(guān)探索研究，因為丙烯塔空冷器后面7個水箱液位無法檢測，且距離較遠，于是在末端空冷器增設(shè)了一個水箱液位遠傳顯示，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。但是由于每個水箱上水閥的開度難以調(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，通過上水口處增設(shè)一固定液位控制浮球閥試驗，實際運行中完全可以實現(xiàn)單獨水箱液位控制，能夠完全消除水箱液位低限或者溢流的情況。如果單獨每個水箱增加調(diào)節(jié)閥控制，增加液位遠傳，需要增加12組，按照每組10萬元計算，就需要120萬元，通過這樣切合實際的技改，確保效益的同時又節(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際運行過程中凸顯出來的瓶頸問題，造成裝置操作不穩(wěn)定不安全的綜合因素，通過對濕式空冷器水箱管道泵入口管線的抬高與延長，并增加一個大過濾箱，基本解決了管道泵入口吸入雜質(zhì)的問題。其次通過更換孔徑較大的空冷噴頭，對水箱進行定期換水操作，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綜合措施，解決了裝置長期運行以來的難題，掃清障礙。同時也大大減少了清理頻次，大幅降低了工作強度，節(jié)省了近百萬元的檢維修費用，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)長滿優(yōu)”運行能力[2]。