蔡京榮 孫兆飛 梁曉寧

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043205)

聯(lián)產(chǎn)液化天然氣液氮洗裝置原始運(yùn)行總結(jié)

蔡京榮 孫兆飛 梁曉寧

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043205)

山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司位于山西省稷山縣西社工業(yè)園區(qū)，以焦?fàn)t煤氣、神木煤為主要原料，采用水煤漿加壓氣化、高壓氨合成及二氧化碳汽提法等技術(shù)生產(chǎn)尿素并聯(lián)產(chǎn)液化天然氣(LNG)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)能為520 kt尿素和65 kt LNG。凈化單元的液氮洗裝置也是聯(lián)產(chǎn)LNG裝置，該裝置同時(shí)完成合成氣CO洗滌、LNG分離以及合成氣配氮三大任務(wù)，于2015年10月初完成安裝，2015年11月初完成單體試車和聯(lián)動(dòng)試車，接低溫甲醇洗工藝氣，開始投料試車；2016年1月中旬運(yùn)轉(zhuǎn)正常，2016年3月中旬完成72 h考核，產(chǎn)量、消耗均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 工藝流程

來自低溫甲醇洗工段的原料氣先經(jīng)過分子篩吸附器除去二氧化碳、甲醇和水后，經(jīng)1#原料氣冷卻器降溫至-125 ℃，再經(jīng)2#原料氣冷卻器降溫至-182 ℃，然后經(jīng)原料氣分離器分離少量液態(tài)甲烷后進(jìn)入氮洗塔分離段，氣相與液氮逆流接觸去除CO，凈化氣經(jīng)配氮、回收冷量后送至合成單元。原料氣分離器底部的少量液體(主要是甲烷)送入甲烷精餾塔進(jìn)行精餾，而氮洗塔底部的液體(主要是溶解了CO的液氮和甲烷)經(jīng)氫氣分離罐分離氫氣后再送入甲烷精餾塔，分離出的氫氣經(jīng)回收冷量后送甲醇洗工段。甲烷精餾塔底部的LNG(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)送至罐區(qū)，頂部燃料氣經(jīng)回收冷量后送至變溫吸附工段作為再生氣。

冷量來源：中壓氮?dú)夤?jié)流膨脹制冷、液氮和混合冷劑(甲烷、丙烷、乙烯、異戊烷、氮?dú)?經(jīng)壓縮后節(jié)流膨脹產(chǎn)生。

2 工藝特點(diǎn)

該套裝置工藝包由杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司提供，主要由分子篩吸附系統(tǒng)、冷箱分離液化系統(tǒng)及混合冷劑制冷循環(huán)系統(tǒng)組成。分子篩吸附系統(tǒng)主要由吸附器及再生系統(tǒng)組成，采用成熟的液氮洗分子篩吸附技術(shù)脫除原料氣中的二氧化碳、水和甲醇。冷箱分離液化系統(tǒng)主要由板翅式換熱器組、氮洗塔及精餾塔組成，板翅式換熱器組合塔器采用鋁質(zhì)材質(zhì)，避免了材料不同而出現(xiàn)的冷補(bǔ)償及泄漏問題?；旌侠鋭┲评溲h(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)單元和冷劑儲(chǔ)配單元組成，壓縮機(jī)采用單一MRC離心式壓縮機(jī)，能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。

該套裝置在3.1 MPa(表壓)、-184 ℃條件下運(yùn)行，處理原料氣正常流量為98 443.8 m3/h(標(biāo)態(tài))，可在設(shè)計(jì)負(fù)荷的60%～110 %運(yùn)行。產(chǎn)品除合格的合成氣外還有LNG，故采用了技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)性較好的混合制冷循環(huán)工藝為系統(tǒng)提供冷量。在保證生產(chǎn)安全可靠、連續(xù)運(yùn)行、技術(shù)先進(jìn)、三廢達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)備的制造選型立足國(guó)產(chǎn)化，最大程度減少了建設(shè)投資。

與傳統(tǒng)液氮洗裝置相比，該套裝置增加了LNG分離液化的功能，并增加了原料氣分離器、甲烷精餾塔、MRC壓縮機(jī)等設(shè)備，氮洗塔也增加了分餾段。在該套裝置之前，國(guó)內(nèi)也有液氮洗分離甲烷裝置，但甲烷分離后經(jīng)復(fù)溫得到甲烷氣體，再經(jīng)過甲烷液化裝置得到LNG；而該套裝置是將液氮洗和LNG液化合二為一，縮短了流程，減少了設(shè)備投資，工藝穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單。

3 運(yùn)行中存在的問題及解決措施

該套裝置于2015年11月中旬開始投料試車，2016年1月中旬運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各項(xiàng)工藝指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值，目前運(yùn)行平穩(wěn)，凈化氣CO含量和LNG質(zhì)量合格。試運(yùn)轉(zhuǎn)期間，曾出現(xiàn)中壓氮?dú)夂透邏簹庀嗬鋭┩ǖ雷枇Υ?、工藝參?shù)大幅波動(dòng)、凈化氣中CO含量超標(biāo)、LNG輸送管道堵塞等問題，相對(duì)應(yīng)提出了以下解決方案和預(yù)防措施。

3.1 中壓氮?dú)夂透邏簹庀嗬鋭┩ǖ雷枇υ龃?/p>

投料試車初期，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，但運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)冷箱內(nèi)部中壓氮?dú)夂透邏簹庀嗬鋭┩ǖ雷枇χ饾u增大的問題，中壓氮?dú)鈮翰钸_(dá)0.628 MPa，高壓氣相冷劑壓差達(dá)0.459 MPa。經(jīng)分析，主要原因有：①中壓氮?dú)夤艿兰案邏簹庀嗬鋭┕艿罏樘间摬馁|(zhì)，其內(nèi)壁極有可能殘留鐵銹，對(duì)通道形成堵塞，導(dǎo)致通道的阻力逐漸增大；②在系統(tǒng)開始置換時(shí)，設(shè)計(jì)方對(duì)露點(diǎn)檢測(cè)沒有提出明確要求，車間采用的是氮?dú)庋h(huán)置換法，在出現(xiàn)阻力增大時(shí)，廠方提出要氮?dú)獗? h后進(jìn)行露點(diǎn)檢測(cè)，由于檢測(cè)方法上的差異，可能導(dǎo)致置換不徹底，管道內(nèi)有水分殘留；③混合冷劑在卸車前，未對(duì)卸車管線進(jìn)行露點(diǎn)檢測(cè)，管線中可能有殘留水分被帶入冷劑中。

解決措施：①用低壓氮?dú)鈱?duì)冷箱系統(tǒng)復(fù)溫到常溫，連續(xù)置換，置換合格后系統(tǒng)保壓1 h，進(jìn)行露點(diǎn)檢測(cè)，露點(diǎn)在-60 ℃以下視為合格；②對(duì)進(jìn)冷箱的所有通道采用爆破反吹法進(jìn)行徹底吹除，壓力控制在0.4 MPa，以解決系統(tǒng)阻力大的問題。經(jīng)反復(fù)吹除、漏點(diǎn)檢測(cè)和工況模擬后，中壓氮?dú)馔ǖ篮透邏簹庀嗬鋭┩ǖ缐翰罱抵?.03 MPa左右，達(dá)到設(shè)計(jì)條件。

3.2 工藝參數(shù)大幅波動(dòng)

2015年11月29日11：00，裝置在接氣時(shí)，出現(xiàn)1#原料氣冷卻器溫度大幅降低、MRC壓縮機(jī)進(jìn)口氣量突然減小的問題。經(jīng)分析，主要原因是原料氣經(jīng)分子篩給冷箱充壓進(jìn)入精餾塔后，燃料氣開始釋放，此時(shí)溫度約-180 ℃的液氮已補(bǔ)充至燃料氣管線中；隨著燃料氣流量的逐漸增大，加快了液氮的快速流動(dòng)和急劇蒸發(fā)，導(dǎo)致1#原料氣冷卻器出口的幾種介質(zhì)溫度迅速下降，使混合制冷劑發(fā)生液化，MRC壓縮機(jī)進(jìn)口氣量減小。

解決措施：①接氣時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的升壓速率對(duì)冷箱進(jìn)行充壓；②引入液氮時(shí)，控制液氮量緩慢增加，當(dāng)氣量波動(dòng)時(shí)，注意觀察各點(diǎn)溫度變化；③當(dāng)焦?fàn)t氣未并入系統(tǒng)時(shí)，原料氣在氮洗塔再沸器和甲烷精餾塔再沸器中盡量多進(jìn)行換熱，以降低原料氣溫度，更好地利用氮洗塔和甲烷精餾塔的冷量；④當(dāng)焦?fàn)t氣并入系統(tǒng)時(shí)，控制原料氣出氮洗塔再沸器和甲烷精餾塔再沸器的溫度必須低于-167 ℃，否則甲烷可能會(huì)堵在換熱器中。

3.3 凈化氣中CO含量超標(biāo)

2015年12月10日，液氮洗裝置在接甲醇洗氣約1.0 h后，凈化氣中CO含量合格，然后送往合成工段，并將焦?fàn)t氣并入系統(tǒng)，隨著焦?fàn)t氣的并入，凈化氣中CO含量迅速超標(biāo)(CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)2 000×10-6)，合成工段切氣。經(jīng)分析，主要原因是操作人員對(duì)中壓氮?dú)獾牧髁恳约盎旌侠鋭┲评湎到y(tǒng)的控制過于急躁，系統(tǒng)溫度下降過快，氮洗塔內(nèi)溫度迅速降至甲烷凝固點(diǎn)以下，導(dǎo)致部分甲烷凍堵在氮洗塔塔板上，從而影響到液氮對(duì)CO的吸收。

解決措施：停運(yùn)MRC壓縮機(jī)，用中壓氮?dú)鈱?duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)溫，將氮洗塔溫度提高至-140 ℃，溫度升至甲烷凝固點(diǎn)以上；開啟MRC壓縮機(jī)，系統(tǒng)降溫，嚴(yán)格控制氮洗塔溫度后，CO含量達(dá)標(biāo)(體積分?jǐn)?shù)≤2×10-6)。

3.4 LNG輸送管道堵塞

2015年12月28日，液氮洗裝置接氣約1.5 h后，凈化氣中CO含量合格，送往合成工段，焦?fàn)t氣開始并入系統(tǒng)，甲烷精餾塔液位緩慢上漲，LNG輸送管線經(jīng)液氮預(yù)冷至-168 ℃，開啟甲烷精餾塔塔底調(diào)節(jié)閥，將LNG送往儲(chǔ)罐，此時(shí)發(fā)現(xiàn)甲烷精餾塔液位無下降趨勢(shì)，打開儲(chǔ)罐進(jìn)口管導(dǎo)淋閥，只有很少量氣體，LNG無法被送至罐區(qū)，初步判斷LNG輸送管線某處堵塞。

解決措施：焦?fàn)t氣暫時(shí)切出系統(tǒng)，打開甲烷精餾塔底部出口閥門及管道進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)出口管道中有疑似保溫材料的異物，然后進(jìn)行清理，并對(duì)LNG輸送管線進(jìn)行了二次吹掃至露點(diǎn)合格?；謴?fù)管道，進(jìn)行預(yù)冷，焦?fàn)t氣并入系統(tǒng)，甲烷精餾塔液位開始下降，LNG順利送至儲(chǔ)罐。

4 結(jié)語

該套裝置是國(guó)內(nèi)首套聯(lián)產(chǎn)LNG裝置，雖然在投料試車期間出現(xiàn)了一些問題，但整體上來看，裝置試運(yùn)行比較順利，一次通過了72 h達(dá)產(chǎn)、達(dá)標(biāo)考核，在試運(yùn)行期間出現(xiàn)的問題和取得的經(jīng)驗(yàn)是很有借鑒意義的。進(jìn)入正式運(yùn)行階段后，將進(jìn)一步提高員工的操作技能，強(qiáng)化精細(xì)操作，保證裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2016- 04- 20)