汪 麗

（兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司 山東鄒城273512）

低溫甲醇洗尾氣洗滌塔結(jié)冰凍堵原因分析及改造

汪 麗

（兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司 山東鄒城273512）

兗礦國(guó)宏化工有限公司500kt／a甲醇項(xiàng)目酸性氣脫除系統(tǒng)采用德國(guó)魯奇公司低溫甲醇洗工藝。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念比較成熟，自投入使用以來(lái)運(yùn)行比較穩(wěn)定，但在細(xì)節(jié)方面設(shè)計(jì)仍有一些不足：在正常生產(chǎn)中，尾氣洗滌塔溫度波動(dòng)比較大（最低、最高溫度分別約4℃和20℃）；系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，保持在10℃左右。由于尾氣洗滌塔的洗滌液為水，若塔內(nèi)溫度過(guò)低，極易造成尾氣洗滌塔結(jié)冰，導(dǎo)致低溫甲醇洗系統(tǒng)及后系統(tǒng)緊急停車。

1 尾氣洗滌塔工藝流程

尾氣洗滌塔工藝流程見(jiàn)圖1。低壓閃蒸塔閃蒸過(guò)程中，部分甲醇蒸氣不可避免地被CO2尾氣帶走，雖然在低壓閃蒸塔出口安裝了絲網(wǎng)除沫器，仍會(huì)有大量的甲醇隨尾氣排放到大氣中，既造成浪費(fèi)，又污染了環(huán)境。根據(jù)甲醇與水無(wú)限互溶的特性，設(shè)計(jì)了尾氣洗滌塔，利用甲醇水分離塔從熱再生塔的甲醇中脫除的水將尾氣中的甲醇洗滌下來(lái)，回流至甲醇水分離塔來(lái)脫除水分，以甲醇蒸氣的形態(tài)從甲醇水分離塔塔頂進(jìn)入熱再生塔。在正常情況下，甲醇水分離塔所產(chǎn)生的水量是恒定且持續(xù)的，為保證甲醇水分離塔塔釜液位保持穩(wěn)定，多余的水會(huì)被送至界外。如果因工藝氣系統(tǒng)波動(dòng)而導(dǎo)致低壓閃蒸塔液位波動(dòng)較大時(shí)，尾氣中的甲醇攜帶量也會(huì)隨之波動(dòng)；另一方面，因蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)波動(dòng)較大時(shí)，甲醇水分離塔為尾氣洗滌塔所提供的水量會(huì)減少。上述2個(gè)因素都會(huì)導(dǎo)致尾氣洗滌塔中的洗滌水不足以完全回收尾氣中的甲醇，為了避免由此造成的甲醇浪費(fèi)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一路脫鹽水作為補(bǔ)充，這路脫鹽水除了作為洗滌水外，還可用來(lái)沖洗尾氣洗滌塔及甲醇水分離塔的塔盤(pán)。另外，尾氣洗滌塔塔盤(pán)堵塞時(shí)，為了維持系統(tǒng)正常運(yùn)行，尾氣可沖破液封裝置，不經(jīng)尾氣洗滌塔直接排放到大氣中。

圖1 尾氣洗滌塔工藝流程

2 事故經(jīng)過(guò)

2012年12月22日18：20，氣化系統(tǒng)發(fā)生故障，運(yùn)行中的2臺(tái)氣化爐被迫停運(yùn)1臺(tái)，工藝氣氣量由221000m3／h（標(biāo)態(tài)）減至115000m3／h（標(biāo)態(tài)）。低溫甲醇洗系統(tǒng)根據(jù)工藝氣氣量與甲醇循環(huán)量的匹配原則，甲醇總循環(huán)量由345m3／h（標(biāo)態(tài)）減至230m3／h（標(biāo)態(tài)），主洗塔脫硫段甲醇循環(huán)量由190m3／h（標(biāo)態(tài)）減至85m3／h（標(biāo)態(tài)）。由于事發(fā)突然，調(diào)節(jié)幅度較大，全系統(tǒng)處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)中。在此情況下，設(shè)備及閥門等極易受到損害。18：30，來(lái)自主洗塔脫硫段的甲醇流量突然變?yōu)?。經(jīng)排查，確認(rèn)為自調(diào)閥卡死。儀表人員立即搶修；同時(shí)，為了確保在自調(diào)閥修復(fù)前維持系統(tǒng)運(yùn)行，甲醇總循環(huán)量增加至300m3／h（標(biāo)態(tài)），并適當(dāng)減少了進(jìn)入脫硫段的甲醇循環(huán)量。

18：45，低壓閃蒸塔壓力突然由0.25MPa瞬間升至0.50MPa，且仍有上升趨勢(shì)，尾氣洗滌塔溫度由5℃降至－9℃。18：50，低壓閃蒸塔壓力達(dá)到0.80MPa，安全閥起跳，系統(tǒng)被迫緊急停車，立即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面排查，最后發(fā)現(xiàn)尾氣洗滌塔已結(jié)冰，低壓閃蒸塔閃蒸出的尾氣已無(wú)法進(jìn)入尾氣洗滌塔。

3 原因分析

富硫甲醇和富碳甲醇在閃蒸時(shí)吸收大量的熱量，會(huì)降低低壓閃蒸塔溫度，正常情況下，低壓閃蒸塔溫度可降至－60℃左右。此過(guò)程所產(chǎn)生的冷量也是整個(gè)低溫甲醇洗系統(tǒng)的主要冷量來(lái)源，通過(guò)計(jì)算，將冷量合理分配到各個(gè)冷量回收點(diǎn)，以確保低壓閃蒸塔各段所產(chǎn)生的冷量在進(jìn)入尾氣洗滌塔前都能被完全吸收。按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，各段尾氣最終的混合溫度為11℃。事故發(fā)生時(shí)低壓閃蒸塔各段尾氣的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 事故發(fā)生時(shí)低壓閃蒸塔各段尾氣的相關(guān)數(shù)據(jù)

事故發(fā)生時(shí)，低壓閃蒸塔各段尾氣指標(biāo)與正常情況相比有很大變化。由表1可知：①第1段的壓力和流量數(shù)據(jù)的變化證明該段所產(chǎn)生的尾氣排放受阻，最終溫度上升是由于氣量降低、所攜帶的冷量減少所致。②第2段的壓力變化同第1段，但其流量、溫度的變化卻很反常，結(jié)合液位為100%，可以推測(cè)該段尾氣攜帶大量的甲醇，此部分甲醇不同于平時(shí)少量的甲醇蒸氣。由于該段甲醇量過(guò)多，甲醇直接流入尾氣管道，再進(jìn)入尾氣洗滌塔，并在管道及尾氣洗滌塔內(nèi)閃蒸，故第2段尾氣氣量由3655m3／h（標(biāo)態(tài)）增至5669m3／h（標(biāo)態(tài)），同時(shí)經(jīng)回收冷量的尾氣溫度仍達(dá)－22℃，導(dǎo)致尾氣洗滌塔及其液封同時(shí)結(jié)冰。③第3段的數(shù)據(jù)變化同第1段，尾氣洗滌塔結(jié)冰，尾氣排放受阻所致。

根據(jù)上述分析得出以下結(jié)論：①由于來(lái)自主洗塔脫硫段的甲醇控制閥門故障，人為地改變富硫甲醇和富碳甲醇的比例，導(dǎo)致進(jìn)入低壓閃蒸塔第2段的富碳甲醇過(guò)多，來(lái)不及排至第3段，多余的甲醇進(jìn)入尾氣管線，并最終進(jìn)入尾氣洗滌塔。隨著這部分甲醇閃蒸出CO2和H2S，迅速降低了尾氣洗滌塔溫度，最終導(dǎo)致尾氣洗滌塔結(jié)冰。②低壓閃蒸塔所閃蒸的尾氣除進(jìn)入尾氣洗滌塔外，只能通過(guò)沖破液封排放。此設(shè)計(jì)針對(duì)尾氣洗滌塔塔盤(pán)堵塞是比較有效的，而對(duì)于此情況就很難起到作用，因?yàn)橐悍獾拿芊饨橘|(zhì)是水，在尾氣洗滌塔結(jié)冰的同時(shí)，液封也同樣會(huì)結(jié)冰。③尾氣洗滌塔前沒(méi)有任何保護(hù)措施，使得低壓閃蒸塔閃蒸出的尾氣經(jīng)過(guò)冷量回收后直接進(jìn)入尾氣洗滌塔。

4 改造措施

改造后尾氣洗滌塔部分流程見(jiàn)圖2。

（1）取消液封設(shè)計(jì)，改成可人為調(diào)節(jié)的閥門，作為尾氣洗滌塔的短接副線；同時(shí)，尾氣洗滌塔的出口和入口各加裝1只閥門，用于在緊急情況下方便地停用尾氣洗滌塔。改造后，尾氣洗滌塔故障時(shí)，也不會(huì)影響全系統(tǒng)的運(yùn)行。由于尾氣不經(jīng)洗滌直接排入大氣，不但浪費(fèi)了甲醇，還會(huì)污染環(huán)境，故此設(shè)計(jì)只能在緊急情況下使用，不可長(zhǎng)期投用。

圖2 改造后尾氣洗滌塔部分流程

（2）尾氣洗滌塔前增加1臺(tái)分離器。改造后，可根據(jù)分離器的液位直觀地判斷尾氣中甲醇的攜帶量，并及時(shí)作出調(diào)整，避免過(guò)多的甲醇進(jìn)入尾氣洗滌塔閃蒸。同時(shí)，可將此部分液態(tài)甲醇分離下來(lái)，進(jìn)一步保證尾氣洗滌塔的安全。

（3）在分離器和尾氣洗滌塔之間配蒸汽管線。正常情況下，蒸汽閥門關(guān)閉；系統(tǒng)波動(dòng)、閥門故障等各種原因引起的尾氣溫度過(guò)低時(shí)，都可用蒸汽來(lái)補(bǔ)償這部分熱量，進(jìn)一步保證了尾氣洗滌塔的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

低溫甲醇洗系統(tǒng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的冷量計(jì)算，在正常情況下，整個(gè)系統(tǒng)的冷量和熱量保持了相對(duì)的平衡。但有很多突發(fā)情況會(huì)打破此種平衡，造成冷量、熱量失調(diào)，損害設(shè)備，并影響生產(chǎn)。因此，必須提前采取應(yīng)對(duì)措施，作出相應(yīng)改造，切不可墨守成規(guī)，造成不應(yīng)有的損失。

2014-05-30）