張明星 任 丹

(四川美豐化工股份有限公司 四川德陽618000)

天然氣油水分離器效果差的原因及改進措施

張明星 任 丹

(四川美豐化工股份有限公司 四川德陽618000)

1 存在的問題

在以天然氣為原料的合成氨裝置中，經常因天然氣夾帶含較多的鹽類雜質堵塞天然氣壓縮機等設備而需停車檢修的故障。四川美豐化工股份有限公司200kt/a合成氨裝置在2012年多次發(fā)生該類故障。在停車拆檢中發(fā)現(xiàn)，許多固體鹽類雜質和少量碳垢堵塞在天然氣壓縮機氣道、氣閥以及去一段爐的天然氣管道、一段爐的爐管壁，還引起一段爐的爐管有局部發(fā)紅現(xiàn)象，嚴重影響生產裝置的安全穩(wěn)定運行。特別是2012年上半年以來，原料天然氣內夾帶異物(主要是鹽類物質)很多，導致天然氣壓縮機氣道、氣閥堵塞，嚴重影響裝置的滿負荷生產，還存在導致氣缸內無止點間隙而發(fā)生設備損壞等事故隱患。若油水等雜質帶入一段爐的爐管內，會使管內因析碳、局部堵塞而發(fā)紅，影響一段爐的安全運行，造成重大安全事故。

2 原因分析

(1)原天然氣油水分離器結構不合理(圖1)，不能有效分離油水、鹽類等雜質。設備內只有分離內件，即1臺絲網除沫器，無其他有效分離油水等雜質的分離內件，故所分離氣體中夾帶大量油水、鹽類等雜質時的分離效果較差。

(2)絲網除沫器(直徑D1=1200mm)的設計工況與實際工況嚴重偏離，致使分離油水、鹽類雜質的效果差，雜質隨天然氣被帶入上述設備和管線，造成堵塞等故障。生產運行時，天然氣(流量為26000m3/h)的壓力經常在0.44～1.80MPa大幅波動，而該設備進行油水分離計算的天然氣壓力為1.35MPa、溫度40℃，強度計算的設計壓力為1.98MPa。

圖1 原天然氣油水分離器結構示意

從原料天然氣的雜質變化情況看，當其壓力下降越多，其油水、鹽類等雜質含量也就越多，而壓力在1.00MPa以上時，其中雜質含量非常少。從設備(特別是絲網除沫器)的設計計算與實際使用情況對比看，設備在低壓力與設計工況偏離很大時，即其操作氣速高于液泛氣速的25%時，其分離油水、鹽類雜質的效果變得很差。

原設計進界區(qū)天然氣壓力P2=1.35MPa，溫度T2=40℃=313K，流量Q1=20420m3/h。查相關資料得:天然氣在0℃(即 T1=273K)及101.325kPa(即P1=0.10MPa)條件下，密度ρ1為0.7174kg/m3。水的密度ρL為1000kg/m3，過濾網常數K(SP型為0.201)，則氣體在設計工況下的流量Q2:

氣體在設計工況下的密度ρG:

絲網除沫器的液泛氣速，即絲網除沫器操作中的極限氣速uf:

0.25 uf=0.545(m/s)，則氣體在通過絲網除沫器的操作氣速ug:

ug=0.426m/s＜0.545m/s，符合絲網除沫器的設計要求。

但在天然氣偏離設計工況較大時，其帶油水、雜質情況就變得很嚴重，且此時進裝置界區(qū)天然氣壓力下降至0.44MPa，在該工況下操作氣速發(fā)生了較大變化，不符合設計要求。具體情況如下:壓力P3=0.44MPa，設計溫度T3=313K，流量Q1=26000m3/h=7.2222m3/s。則氣體在設計工況下的流量Q3:

氣體在設計工況下的密度ρG:

絲網除沫器操作中的極限氣速uf:

0.25 uf=0.957(m/s)，則氣體在通過絲網除沫器的操作氣速ug:

ug=1.664m/s＞0.957m/s，達不到絲網除沫器的設計要求，致使分離效果很差。

3 處理措施

(1)改進設備結構，設計更有利于氣液分離的新型高效分離器(圖2)，以達到更佳的分離效果。選擇最適宜氣液分離的進氣方式，即切向進氣，增設分離油水、鹽類等雜質的內件。

圖2 新型高效分離器結構示意

(2)選擇在天然氣壓力最低且最苛刻工藝條件下的流量、壓力等工藝運行參數，重新設計絲網除沫器。計算其在設備內筒內的最佳氣速并確定相應的分離筒體內徑，作為該設備的工藝條件，設備強度計算以天然氣最高進氣壓力為基準。

根據原因分析第2條計算，在帶油水、雜質等嚴重時的工況條件下，絲網除沫器的液泛氣速uf為3.826m/s，即絲網除沫器的操作氣速ug= 0.957m/s，則絲網除沫器的直徑D1:

D1=［4Q3/(πug)］1/2=1583(mm)

絲網除沫器外邊緣與支撐圈之間的距離取40mm，則分離內筒體直徑為1663mm，圓整為1700mm，取分離器筒體內直徑D2=1700mm，外筒體直徑為2100mm，選擇X1700-150SP絲網除沫器。則氣體在通過絲網除沫器的操作氣速ug為0.830m/s，因此，ug＜0.25uf(即0.957m/s)，達到絲網除沫器的設計要求。

4 結語

利用2012年底大修停車機會進行此次改造后，新設計的高效分離器能有效分離天然氣中的雜質，解決了雜質堵塞壓縮機、工藝管線等問題，消除了一段爐的爐管紅管的安全隱患;同時，減少了停機次數，降低了天然氣消耗，確保了生產裝置安全穩(wěn)定長周期運行。

2014-08-05)