余 順

(鄂爾多斯市西北能源化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010321)

鄂爾多斯市西北能源化工有限責(zé)任公司(以下簡稱西北能化)主營業(yè)務(wù)為煤制甲醇，項目一期規(guī)劃產(chǎn)能30萬t/a，已于2016年9月建成投產(chǎn)。項目主要生產(chǎn)裝置采用了西北化工研究院多元料漿氣化技術(shù)、大連理工大學(xué)低溫甲醇洗工藝、華東理工大學(xué)催化合成反應(yīng)器、氨法脫硫脫硝和超濾加反滲透水處理等技術(shù)。

近年來，隨著石油和天然氣資源的日趨緊張，以煤為原料發(fā)展煤化工備受重視，煤化工也成為了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源安全的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略。其中，煤氣化制取合成氣是非常重要的工藝流程，H2S、CO2、COS等酸性氣體凈化是煤氣化制取合成氣工藝過程中的重要環(huán)節(jié)之一，低溫甲醇洗技術(shù)在煤制合成氨、甲醇、天然氣等煤化工領(lǐng)域的應(yīng)用變得尤為重要[1-2]。

在西北能化低溫甲醇洗工序中，合格的變換氣通過低溫甲醇的物理吸收溶解[3]，將變換氣中的酸性氣脫除，使凈化氣中CO2體積分?jǐn)?shù)≤3.115%±0.200%，總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.1 μg/g后送往甲醇合成工序。2020年 12月19日16∶00，出CO2吸收塔(C-2201)的凈化氣量開始逐步上長，18∶00時CO2吸收塔的凈化氣量超流量計上限，CO2在線分析數(shù)值[4]也隨之上長。為控制CO2指標(biāo)含量，C2201塔頂甲醇質(zhì)量流率由初始的152 t/h增加至188 t/h，貧液泵電流由初始的55.89A上調(diào)至59.8A，但CO2含量增長仍無法控制。結(jié)合西北能化的實際情況，通過對CO2含量的超標(biāo)現(xiàn)象逐一排查分析，最終確定CO2含量超標(biāo)原因，并對泄漏設(shè)備進(jìn)行了處理。

1 低溫甲醇洗工藝流程

西北能化低溫甲醇洗工藝流程[5-6]如圖 1所示。圖中編號為貧-富甲醇換熱器編號。從C-2202塔底部出來的含有H2S和少量CO2的甲醇被3號甲醇液泵抽出。經(jīng)富甲醇過濾器過濾后，在1號貧甲醇冷卻器(E-2209)和熱再生塔進(jìn)料加熱器中加熱后進(jìn)入熱再生塔(C-2203)，經(jīng)甲醇蒸汽加熱氣提再生后，硫化物和殘余CO2隨甲醇蒸汽由塔頂排出，部分冷凝下的甲醇分離下來，升溫后送至界外硫回收。經(jīng)C-2203再生后的甲醇由塔底送出。塔底由隔板將其分為冷區(qū)和熱區(qū)，熱區(qū)側(cè)有熱再生塔再沸器提供熱量，冷熱區(qū)在塔外有連通管，熱區(qū)的甲醇溶液經(jīng)熱再生塔底泵抽出，在貧甲醇過濾器中過濾，然后大部分甲醇溶液與從冷區(qū)底出來的甲醇液匯集在熱再生塔進(jìn)料加熱器中換熱降溫后到貧甲醇罐(V-2204)，V-2204中的甲醇被P-2204升壓后，在水冷器E-2218、E-2209及其他換熱器中換熱降溫至約-54℃，進(jìn)入C-2201塔頂部作為洗滌液。

圖1 低溫甲醇洗工藝流程示意

2 CO2含量超標(biāo)過程中生產(chǎn)運行指標(biāo)排查分析

2.1 甲醇熱再生塔效果差

在此期間，熱再生塔液位持續(xù)維持在74%高液位，去V2204罐調(diào)節(jié)閥開度由原來40%開至85%，液位仍無明顯下降趨勢。熱再生塔底由隔板將其分為冷區(qū)和熱區(qū)，熱區(qū)側(cè)由熱再沸器提供熱量，再生熱源由工廠2.5 MPa蒸汽提供，熱再生塔操作壓力為0.21 MPa，極有可能因熱再沸器內(nèi)漏造成蒸汽凝液大量竄入，再生甲醇水含量超標(biāo)，致使貧甲醇吸附能力下降，凈化氣CO2含量超標(biāo)。后經(jīng)現(xiàn)場取樣分析貧甲醇水含量正常，排除了熱再沸器的影響。

2.2 CO2吸收塔塔內(nèi)件脫落

如果低溫甲醇洗系統(tǒng)接變換氣時太快，變換氣在吸收塔內(nèi)流動速度過快，容易將塔板吹翻或者塔板上浮閥吹落造成液體短路，氣-液不能有效接觸，吸收洗滌效率明顯降低，可導(dǎo)致凈化氣中CO2含量超標(biāo)[7-8]。當(dāng)C2201液位降至26%時無法維持，故將塔頂洗滌甲醇流量由初始的152 t/h增加至188 t/h[9]，貧甲醇泵電流由初始的55.89 A上調(diào)至59.8 A，CO2含量仍無法控制；氣化爐減至70%負(fù)荷，系統(tǒng)CO2含量仍居高不下；后采取變換后放空查找原因，C2201甲醇液落塔后，液位仍達(dá)不到正常液位，再通過加大補液量收小排液閥，仍不見好轉(zhuǎn)。C2201塔的全容積為320 m3，當(dāng)進(jìn)液量188 t/h，排液量為71 t/h的計算，僅需2.2 h就可將C2201塔灌滿，可排除塔內(nèi)件損壞造成CO2超標(biāo)。

2.3 貧-富甲醇換熱器E2209內(nèi)漏

通過貧甲醇泵電流由初始的55.89 A上調(diào)至59.8 A可判斷洗滌甲醇流量為真實值，貧-富甲醇換熱器E2209去熱再生塔溫度由原來的31 ℃上調(diào)至41 ℃，很有可能管程中的高壓高溫貧甲醇液竄入殼程低壓富甲醇管線，判斷E2209發(fā)生內(nèi)漏[10]，導(dǎo)致貧甲醇溶液內(nèi)部打循環(huán)。通過分析E2209富甲醇管線進(jìn)口和出口甲醇中H2S含量，進(jìn)口為1 400 μL/L，出口為350 μL/L，說明出口富液因設(shè)備泄漏被貧甲醇稀釋近4倍。從以上現(xiàn)象及分析數(shù)據(jù)進(jìn)一步判斷該換熱器存在內(nèi)漏現(xiàn)象。

3 貧-富甲醇換熱器E2209泄漏的處理措施

通過查詢設(shè)計員，E2209換熱器換熱面積是按130%的設(shè)計，余量充足。為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，采用的處理方式為焊接鍥形堵頭，對泄漏列管兩端進(jìn)行封堵，對檢測出的漏點及泄漏原因分析進(jìn)行預(yù)防性堵管，即對壁厚減薄或容易發(fā)生泄漏的列管進(jìn)行堵管。

2020年12月20日工藝裝置停車，甲醇洗部分裝置排液，同步配置換用中壓和低壓氮氣管，將E2209系統(tǒng)進(jìn)行盲板隔絕，12月22日9∶00 E2209置換合格。9∶55封頭切割：開始封頭切割劃線，原封頭管口安裝位置做標(biāo)記，劃線結(jié)束后11∶00進(jìn)行封頭切割，上封頭切割用時2 h，下封頭切割用時2 h，均使用等離子切割機(jī)LGK-100，外接工廠空氣進(jìn)行作業(yè)。15∶00兩封頭切割結(jié)束(兩封頭兩組人同時切割)，16∶00封頭挪出設(shè)備進(jìn)行坡口加工。16∶30管箱送加工廠進(jìn)行坡口加工，加工時間一天(上管箱2020年12月23日8∶00返廠，下管箱12∶00返廠)。殼程充入中壓氮氣將壓力升至1.0 MPa查漏，發(fā)現(xiàn)一根列管泄漏，采用的處理方式為焊接鍥形堵頭，并對其周圍壁厚減薄或容易發(fā)生泄漏的列管進(jìn)行預(yù)防性堵管，共堵管11根。

圖2 E2209堵管現(xiàn)象

封頭焊接：12月23日下午3∶00準(zhǔn)備吊裝上封頭，準(zhǔn)備焊接材料，調(diào)試焊機(jī)，氬氣，5∶30開始焊接上封頭和垂直管一道口，上封頭采用的是短節(jié)與管箱直接V型口焊接，24日凌晨兩點焊接結(jié)束上管箱。下封頭采用加墊板的焊接工藝，23日16∶00開始下管箱的就位工作，下管箱通過電葫蘆作業(yè)，就位時間較長，24日凌晨3∶00下管箱與短節(jié)對接完畢，開始施焊作業(yè)，焊接從24日3∶00持續(xù)到中午1：30結(jié)束。14∶00開始射線探傷，17∶00探傷結(jié)果合格。

4 貧-富甲醇換熱器E2209泄漏原因分析

對E2209泄漏原因[11]進(jìn)行分析，主要有以下幾方面。

(1)甲醇溶液中雜質(zhì)沖刷磨損變換工段觸媒粉化、瓷球破碎、變換氣夾帶煤粉均會導(dǎo)致變換氣粉塵含量超標(biāo)，經(jīng)甲醇洗滌脫除后，固體小顆粒會在循環(huán)甲醇中不斷沉降，累積到系統(tǒng)中，造成沖刷磨損。

圖3 E2209繞管換熱器

(2)繞管在制作過程中過度彎曲及焊接工藝形成的原始隱患，在操作條件不穩(wěn)定的情況下，因疲勞積累形成缺陷擴(kuò)展，導(dǎo)致繞管斷裂。

(3)因繞管在固定過程中，部分管因卡箍松動，在裝置啟動階段，由于貧甲醇管線由常壓充到5.5 MPa壓力，且富甲醇與貧甲醇溫差達(dá)到70 ℃，過程存在溫差應(yīng)力及管線抖動，造成列管破裂[12]。

5 結(jié) 語

針對低溫甲醇洗裝置凈化氣CO2含量超標(biāo)的原因進(jìn)行分析，并對生產(chǎn)運行指標(biāo)異?，F(xiàn)象進(jìn)行逐一排查分析，最終判定為E2209繞管換熱器泄漏造成。對E2209泄漏的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。在實際生產(chǎn)過程中，要有排查問題、消除問題、預(yù)防問題的思路和方法。在日常工作中對設(shè)備維修要做到提前預(yù)判，做到預(yù)防性檢修及更換才是保證系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行的根本。