張海峰，方傳鎖

（榮盛集團中金石化有限公司，浙江 寧波315000）

寧波某石化公司100×103m3/h合成氣制氫裝置，采用焦氣化裝置（自產(chǎn)石油焦與外購煤制成的混合漿同氧氣，在四噴嘴氣化爐內(nèi)反應生成一氧化碳和氫氣）產(chǎn)出的原料合成氣（主要為一氧化碳、二氧化碳、氫氣和水），首先通過3段變換爐在催化劑的作用下發(fā)生變換反應，使合成氣中的一氧化碳與水反應，生成二氧化碳和氫氣；然后通過N-甲基二乙醇胺（MDEA）脫硫單元，脫除大部分硫化氫和部分二氧化碳；接著再經(jīng)過變壓吸附脫碳（VPSA）單元脫除大部分二氧化碳；最后經(jīng)過壓縮單元提壓至1.8 MPa后，再經(jīng)變壓吸附（PSA）氫提純單元脫除雜質(zhì)后，產(chǎn)出質(zhì)量分數(shù)大于99.9%的氫氣并全廠氫氣管網(wǎng)使用。

因氣化裝置產(chǎn)生的合成氣出氣化爐后帶灰?guī)^多，而合成氣的除灰降溫單元——旋風分離器和水洗塔對合成氣中挾帶的灰和水的分離效果也不太理想，一部分灰和水會跟隨合成氣進入后續(xù)制氫裝置[1]。因此在制氫裝置原料氣進口處設(shè)置了合成氣氣液分離罐，并在氣液分離罐后設(shè)置脫灰槽，以此進一步對合成氣除灰除水，以防止合成氣中的灰和水對后續(xù)處理單元造成不利影響。

然而，實際生產(chǎn)運行了一段時間以后，合成氣分液分離罐錐底液相排出管線發(fā)生了堵塞現(xiàn)象。

1 存在問題

1.1 技改前工藝流程

圖1為技術(shù)改造之前進料分液罐底部排水工藝流程。

圖 1技改前工藝流程Fig 1 Process flow before technical transformation

由圖1可知，鍋爐水沖洗點設(shè)置在止回閥V5之后，當初工藝流程設(shè)計時并未考慮進料分液罐錐底發(fā)生堵塞的情況，只考慮了止回閥V5之后進凝液汽提塔這一段管線可能出現(xiàn)堵塞的情況，屬于設(shè)計漏洞。此外，實際施工配管流程中采用彎頭較多（6個彎頭）增大了液體在管道內(nèi)的動能損失，且在彎頭處易形成灰垢堆積造成堵塞，因此在技術(shù)改造中應當盡量減少彎頭的使用[2]。

1.2 現(xiàn)象及危害

由于合成氣中的灰在氣液分離罐底部的堆積效應，導致合成氣分液分離罐錐底液相排出管線堵塞，液相水無法正常排出，分液罐液位持續(xù)上漲超出控制指標，從而使合成氣帶水穿過脫灰槽進入變換爐內(nèi)，變換爐爐溫急劇下降。除了會使合成氣變換反應無法正常進行之外，還會導致昂貴的鈷鉬系耐硫變換催化劑粘連結(jié)塊、偏流、反硫化甚至組分流失以及冷凝液中挾帶的雜質(zhì)還可能導致催化劑中毒失活等嚴重后果，造成巨大經(jīng)濟損失[3]。

圖2是變換爐進水爐溫變化曲線。

圖 2變換爐進水爐溫變化曲線Fig 2 Temperature curve of conversion furnace when feeding with water

由圖2可知，一旦合成氣分液罐中的液相水進入變換爐，就會導致變換爐床層溫度短時迅速下降，一次變換爐進水就會導致爐溫快速下降近100℃，從而使變換反應無法進行，并對催化劑造成損壞。

因此，當生產(chǎn)期間出現(xiàn)進料分液罐堵塞時，出于對催化劑的保護，往往都是被迫緊急停工進行疏堵?lián)屝?。一次緊急停工檢修所造成的電、蒸汽、合成氣、燃料氣、氧氣、氮氣、氫氣、脫鹽水、鍋爐水等等各種能源損失高達300多萬元。除此之外，還會導致上下游關(guān)聯(lián)裝置降負荷運行，并且對全廠公用介質(zhì)如酸性氣、燃料氣、氫氣、氮氣、蒸汽等管網(wǎng)壓力造成較大的波動。由此可見，必須對合成氣分液罐進行技術(shù)改造，解決易堵的生產(chǎn)難題。

2 技改方案及實施

圖3為技術(shù)改造后的工藝流程。

圖 3技改后工藝流程Fig 3 Process flow after technical transformation

根據(jù)原工藝流程存在的缺陷，主要作出3點技術(shù)改造：

1)更改鍋爐水沖洗點位置。在止回閥V5閥前增加1個手動閥V6（選擇閘閥或是球閥均可，不可選擇截止閥），將鍋爐水沖洗點改至V5與V6之間。當進料分液罐錐底堵塞時，可關(guān)閉V1、V3打開V6、V7往分液罐反向沖洗疏通；當止回閥V5閥后至凝液汽提塔管線堵塞時，可關(guān)閉V6打開V7往凝液汽提塔正向沖洗疏通。

2)增設(shè)錐底排水旁通管線。在進料分液罐下部距錐底350 mm的位置開孔增加1條DN80的排液旁通管線（與底部排液管線管徑一致），并設(shè)旁通管線控制閥V4，旁通管線末端設(shè)定在底部排水閥門組LV1之后，可避免因閥門組LV1堵塞時，旁通無效的情形出現(xiàn)[4]。旁通管線開孔點位置的選擇，主要是考慮了分液罐正常運行時液位控制在400～500 mm，此旁通管線正常運行時不用，只在錐底堵塞液位超過控制指標時啟用。同時考慮旁通管線控制閥V4在長時間使用后可能出現(xiàn)內(nèi)漏的情況，因此將開孔點設(shè)定在液面以下，形成液封的作用，從而可以防止因V4內(nèi)漏導致分液罐內(nèi)的合成氣竄入凝液汽提塔對汽提工況造成影響。

3)重新布局管線減少彎頭數(shù)量。根據(jù)管道走向及管廊空間，重新布局凝液排放管線位置，由原先6個彎頭改為2個彎頭，以此減小液體在彎頭處的動能損失以及灰垢在彎頭處的堆積效應。此外，管線閥門的安裝應當與彎頭保持一定距離（2 m以上），不可離的太近，以此減輕灰垢堆積效應。

3 技改效果評價

3.1 運行效果

合成氣分液罐的技術(shù)改造施工實施完成之后，通過對裝置實際運行期間連續(xù)3個多月的運行觀察，得出以下結(jié)論：

1)進料分液罐在正常運行期間，改造之后LV1閥門開度比未改造之前偏小，說明液體在管道內(nèi)阻力損失減小，流速比之前加快，因此可以判斷通過重新布局管線減少彎頭個數(shù)，降低了液體在管道內(nèi)流動時的阻力損失，增大了液體流動的速度，對防堵有效。

2)3個多月合成氣分液罐總共出現(xiàn)過4次程度不同的堵塞現(xiàn)象。其中止回閥V5閥后至凝液汽提塔管線堵塞過1次，此時通過關(guān)閉V6打開V7利用鍋爐水正向沖洗，一般沖洗0.5 h即可疏通，從而也說明了止回閥V5閥后一段管線一般形成的都是輕微堵塞，相對比較容易沖洗疏通。

3)另外3次堵塞情況均發(fā)生在合成氣分液罐錐底部位，也說明了合成氣分液罐錐底一段直管段較容易形成灰垢堵塞（針對此種情況日常工藝操作時要求運行班組每班定時對錐底反沖洗0.5 h，以減輕灰垢堆積效應）。當堵塞輕微時，關(guān)閉V1和V3打開V6和V7通過鍋爐水反向沖洗，比較容易沖洗疏通；而當堵塞較為嚴重時則沖洗時間相對較久，但此時打開V4，配合旁通管線，形成反向沖洗通路，疏通效果更佳。因此，從實際沖洗疏堵效果來看，鍋爐水沖洗點的更改以及錐底旁通管線的增設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)在線正反向疏堵的目的。

3.2 經(jīng)濟效益

此次技改，新增閥門、管線及人工施工成本合計不足5萬元，但可以實現(xiàn)制氫裝置在不停工的運行狀態(tài)下進行在線疏堵的目標，成功避免了裝置一次停工所造成的300多萬元的物料、能源、人工和檢修等經(jīng)濟損失，潛在經(jīng)濟效益可觀。同時也可避免停工時各類有毒有害易燃易爆氣體的緊急排放，大大降低了發(fā)生安全事故的風險。

4 總 結(jié)

1)止回閥V5閥后管線及LV1閥門組出現(xiàn)堵塞時，通過正向沖洗，較易疏通；止回閥V5閥前至錐底部位出現(xiàn)堵塞時，通過反向沖洗，根據(jù)堵塞嚴重程度，相應沖洗時間需要延長。

2)當錐底出現(xiàn)較為嚴重堵塞時，鍋爐水反向沖洗配合旁通閥V4打開，形成沖洗通路，沖洗疏通效果更好，且日常定期對錐底進行反沖洗操作可減輕灰垢的堆積效應，防止出現(xiàn)嚴重堵塞情況。

3)裝置實際運行效果表明，此次合成氣分液罐防堵技術(shù)改造有效，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置不停工進行在線疏堵的目標。