王 龍

(晉控金石化工集團(tuán)有限公司石家莊循環(huán)化工園區(qū)分公司，河北 石家莊 050000)

0 引 言

晉控金石化工集團(tuán)有限公司石家莊循環(huán)化工園區(qū)分公司200 kt/a甲醇裝置分兩期建設(shè)，一期、二期裝置產(chǎn)能均為100 kt/a，兩期裝置共用1套甲醇精餾系統(tǒng)；甲醇精餾系統(tǒng)采用“節(jié)能型三塔精餾+廢水回收塔”工藝，精餾塔塔內(nèi)件全部采用杭州賽普分離工程開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的復(fù)合塔板和DJ-3型塔板。甲醇精餾系統(tǒng)工藝流程為，甲醇合成/中間罐區(qū)的粗甲醇經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱(用加壓塔采出產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)熱)后進(jìn)入預(yù)塔，預(yù)塔塔頂以氣相形式采出輕組分，輕組分送至排放槽經(jīng)脫鹽水洗滌后排放，預(yù)塔塔釜物料則經(jīng)系統(tǒng)蒸汽冷凝液預(yù)熱后進(jìn)入加壓塔；加壓塔頂部采出精甲醇，塔釜物料進(jìn)入常壓塔；常壓塔頂部采出精甲醇，第5、7、9層塔板處采出雜醇油，塔釜廢水送至污水處理站，若塔釜廢水不達(dá)標(biāo)則進(jìn)入廢水回收塔繼續(xù)精餾，以保證污水達(dá)標(biāo)排放。甲醇精餾系統(tǒng)中，預(yù)塔再沸器和加壓塔再沸器采用低壓蒸汽和轉(zhuǎn)化氣組成雙路熱源，加壓塔的塔頂冷凝器作為常壓塔的塔釜再沸器，形成雙效換熱，廢水回收塔再沸器則采用低壓蒸汽作為熱源；預(yù)塔、常壓塔、廢水回收塔頂部均設(shè)有高效冷凝蒸發(fā)器用于氣相介質(zhì)的冷凝。

甲醇精餾系統(tǒng)自2015年5月17日投運(yùn)以來(lái)，多次出現(xiàn)過(guò)工況波動(dòng)及精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量下降等異常情況，嚴(yán)重影響前系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷及后系統(tǒng)產(chǎn)品銷(xiāo)售。為此，通過(guò)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，進(jìn)行工藝優(yōu)化調(diào)整與加壓塔塔板清洗及更換等，最終實(shí)現(xiàn)了甲醇精餾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。以下對(duì)有關(guān)情況作一介紹。

1 問(wèn)題描述

以2016年3月11日甲醇精餾系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題為例，當(dāng)日20:00開(kāi)始，甲醇精餾系統(tǒng)內(nèi)各塔釜液位、塔釜溫度出現(xiàn)較大范圍的波動(dòng)，而加壓塔的相關(guān)工藝參數(shù)波動(dòng)最為明顯：預(yù)塔、常壓塔、廢水回收塔塔釜液位波動(dòng)均由原50%～55%增大至45%～60%，塔釜溫度變化均超過(guò)10 ℃；加壓塔塔釜液位波動(dòng)更是由原50%～60%增大至30%～80%，塔釜溫度變化超過(guò)25 ℃。甲醇精餾系統(tǒng)工況大幅波動(dòng)，工藝參數(shù)偏離正常指標(biāo)，儀表自控系統(tǒng)無(wú)法完成自動(dòng)調(diào)節(jié)，采出的精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量下降，較早反映出的問(wèn)題是精甲醇產(chǎn)品水分升高——波動(dòng)前產(chǎn)品水分在0.05%以下，屬優(yōu)等品，波動(dòng)后產(chǎn)品水分漲至0.15%以上，降至合格品，有時(shí)甚至還會(huì)出現(xiàn)不合格品，需返液重新進(jìn)行精餾；此外，精甲醇產(chǎn)品酸度也偏高。甲醇精餾系統(tǒng)出現(xiàn)上述問(wèn)題后，甲醇合成系統(tǒng)負(fù)荷被迫由25 t/h(粗甲醇)減至15 t/h，隨著精甲醇產(chǎn)量的降低，產(chǎn)品銷(xiāo)售方面也受到了嚴(yán)重的影響。

2 初步原因分析與排查

2.1 產(chǎn)品水分偏高的可能原因分析

2.1.1 加壓塔采出量控制不穩(wěn)定

查看DCS運(yùn)行數(shù)據(jù)得知，加壓塔塔頂采出流量(FI40513)在0～30 m3/h之間大幅波動(dòng)，隨之加壓塔塔釜液位也大幅變化——加壓塔塔頂采出流量最大時(shí)塔釜液位正好處于波谷，由此懷疑在加壓塔塔釜液位偏低的情況下蒸發(fā)量瞬間增大造成較多的水分進(jìn)入氣相，氣相中的水分未與回流液充分進(jìn)行氣液接觸冷凝便被帶至回流槽，從而造成采出精甲醇產(chǎn)品水分偏高。

2.1.2 加壓塔塔釜液位波動(dòng)

與之前采出精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較好時(shí)段進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)加壓塔塔釜液位的穩(wěn)定對(duì)精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量起著較為關(guān)鍵的作用——當(dāng)加壓塔塔釜液位穩(wěn)定時(shí)，采出精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較好，且相關(guān)聯(lián)的溫度、壓力、出料量、采出量等指標(biāo)均比較穩(wěn)定；當(dāng)加壓塔塔釜液位大幅波動(dòng)時(shí)，極易出現(xiàn)精甲醇產(chǎn)品水分偏高的問(wèn)題。

2.1.3 系統(tǒng)熱源不穩(wěn)定

預(yù)塔再沸器、加壓塔再沸器均采用低壓蒸汽和轉(zhuǎn)化氣作為雙路熱源，但自甲醇裝置投運(yùn)以來(lái)，轉(zhuǎn)化氣作為主導(dǎo)熱源使用，低壓蒸汽使用量較少，而轉(zhuǎn)化氣熱源相較于低壓蒸汽熱源而言不太穩(wěn)定，這種系統(tǒng)熱源不太穩(wěn)定的因素在整個(gè)裝置平穩(wěn)運(yùn)行的情況下可能影響不大，但在甲醇精餾系統(tǒng)自身處于工況波動(dòng)狀態(tài)時(shí)其造成的影響就比較明顯了。

2.2 產(chǎn)品酸度偏高的可能原因分析

2.2.1 堿液補(bǔ)入量過(guò)大

為中和粗甲醇中的有機(jī)酸，防止腐蝕塔釜及管道，會(huì)在預(yù)塔中補(bǔ)入一定量的堿液，預(yù)后物料pH一般控制在7～9；若堿液加入量過(guò)多，會(huì)促使酯類(lèi)物水解，造成精甲醇產(chǎn)品酸度超標(biāo)。調(diào)取加堿記錄和預(yù)后物料pH取樣分析記錄，發(fā)現(xiàn)預(yù)后物料pH基本上處于8.0～8.5且較穩(wěn)定，因此堿液補(bǔ)入量過(guò)大造成產(chǎn)品酸度偏高的可能性被排除。

2.2.2 預(yù)塔冷凝溫度控制不當(dāng)

若預(yù)塔冷凝溫度控制不當(dāng)，塔頂輕組分脫除不徹底，塔釜物料所含的甲酸甲酯、乙酸甲酯就會(huì)被帶至加壓塔或常壓塔水解為甲酸和乙酸，繼而甲酸和乙酸帶入產(chǎn)品中引起酸度超標(biāo)。查看預(yù)塔冷凝溫度的歷史趨勢(shì)，預(yù)塔冷凝溫度控制在40 ℃以上，避免了輕組分的過(guò)多冷凝，輕組分脫除應(yīng)該是徹底的。另外，受產(chǎn)品采出及雜醇油溫度的影響，預(yù)塔二級(jí)冷凝(五合一)溫度控制得較低(23 ℃)，但二級(jí)冷凝液并未回流至預(yù)塔，二級(jí)冷凝液所含輕組分被帶至加壓塔或常壓塔的可能性可以排除。

2.2.3 采出雜醇油返回精餾系統(tǒng)

為進(jìn)一步回收系統(tǒng)內(nèi)的粗甲醇，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，自2016年3月7日以來(lái)將常壓塔第5、7、9層塔板處采出的雜醇油與甲醇混合液通過(guò)雜醇泵入口導(dǎo)淋管線排至地下槽，地下槽回收的雜醇油與甲醇混合液又返回系統(tǒng)重新進(jìn)行精餾，如此一來(lái)，受雜醇油返回系統(tǒng)的影響，加壓塔及常壓塔采出的產(chǎn)品酸度會(huì)有所升高。

2.2.4 入料粗甲醇酸度較高

甲醇精餾系統(tǒng)的入料為甲醇合成系統(tǒng)產(chǎn)出的粗甲醇，而粗甲醇在甲醇合成閃蒸槽內(nèi)因壓力的降低會(huì)閃蒸出二氧化碳等酸性氣，若閃蒸槽壓力控制得偏高，那么閃蒸出的酸性氣就會(huì)較少，酸性氣留存其中會(huì)造成粗甲醇酸度較高，增大甲醇精餾系統(tǒng)的處理負(fù)荷，酸性物最終可能會(huì)帶入到產(chǎn)品中引起酸度超標(biāo)。

3 工藝優(yōu)化調(diào)整

3.1 針對(duì)產(chǎn)品水分偏高的工藝優(yōu)化調(diào)整

3.1.1 加壓塔采出量控制

解除加壓塔采出量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，改為手動(dòng)調(diào)節(jié)，控制加壓塔采出量最大不超過(guò)10 m3/h。因加壓塔采出量是根據(jù)加壓塔回流槽液位設(shè)定的，在加壓塔塔釜蒸發(fā)量大時(shí)，加壓塔回流槽液位會(huì)持續(xù)上漲，為保證回流槽液位穩(wěn)定，通過(guò)回流泵入口導(dǎo)淋手動(dòng)調(diào)節(jié)將回流槽中的回流液排至地下槽。加壓塔采出量控制后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的取樣觀察，加壓塔采出精甲醇產(chǎn)品水分略有下降，但仍然偏高，且因手動(dòng)調(diào)節(jié)滯后，造成回流槽液位極不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)滿液或排空等極端現(xiàn)象。

3.1.2 加壓塔塔釜液位控制

加壓塔塔釜液位主要受入料量、塔釜溫度、出料量、塔頂壓力等因素的影響，為保持加壓塔塔釜液位的穩(wěn)定，嘗試了如下工藝優(yōu)化調(diào)整(塔釜溫度主要受系統(tǒng)熱源影響，這一點(diǎn)在系統(tǒng)熱源控制部分闡述)。

(1)查看歷史趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)預(yù)后泵出料量波動(dòng)較大，進(jìn)而影響加壓塔塔釜液位的穩(wěn)定，而預(yù)后泵出料量是根據(jù)預(yù)塔塔釜液位自動(dòng)調(diào)節(jié)的，預(yù)塔塔釜液位又受其回流量和入料量的影響，但實(shí)際生產(chǎn)中預(yù)塔回流量極不穩(wěn)定。于是，調(diào)整預(yù)塔回流自調(diào)閥PID參數(shù)，使閥門(mén)動(dòng)作變慢，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)回流，使預(yù)塔塔釜液位波動(dòng)幅度變小，并通過(guò)調(diào)整預(yù)后泵出料自調(diào)閥PID參數(shù)，促使預(yù)塔系統(tǒng)整體運(yùn)行趨向平穩(wěn)；預(yù)塔系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)后，加壓塔入料量基本實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)，但加壓塔塔釜液位仍無(wú)法維持穩(wěn)定，波動(dòng)幅度仍較大，由此可排除加壓塔入料量的影響，即入料量不是加壓塔塔釜液位波動(dòng)的主要影響因素。

(2)查看歷史趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)加壓塔塔頂壓力波動(dòng)范圍也較大，具體表現(xiàn)為，加壓塔塔頂壓力高時(shí)，加壓塔蒸發(fā)量小，加壓塔塔釜液位持續(xù)升高；加壓塔塔頂壓力低時(shí)，加壓塔蒸發(fā)量瞬間增大，加壓塔塔釜液位猛降。于是，調(diào)整加壓塔塔頂壓力自調(diào)閥PID參數(shù)，加壓塔塔頂壓力趨于穩(wěn)定；加壓塔塔頂壓力穩(wěn)定后，加壓塔塔釜液位穩(wěn)定了一小段時(shí)間，之后又反復(fù)出現(xiàn)大范圍波動(dòng)，表明加壓塔塔頂壓力不是加壓塔塔釜液位較大范圍波動(dòng)的主要影響因素。

(3)查看歷史趨勢(shì)，加壓塔出料量波動(dòng)范圍在0～70 m3/h，表明加壓塔塔釜自調(diào)閥閥位調(diào)節(jié)跟蹤滯后，而塔釜自調(diào)閥PID參數(shù)設(shè)置的投射作用在塔釜液位波動(dòng)時(shí)尤為明顯。為此，聯(lián)系儀表技術(shù)人員不斷修正加壓塔塔釜自調(diào)閥PID參數(shù)，同時(shí)設(shè)置自調(diào)閥開(kāi)度為20%～32%，防止其開(kāi)度過(guò)大或過(guò)小。調(diào)整后，加壓塔塔釜液位波動(dòng)情況有所改善，但其液位仍然難以維持穩(wěn)定，未從根本上解決問(wèn)題。

3.1.3 加壓塔系統(tǒng)熱源控制

作為加壓塔系統(tǒng)主導(dǎo)熱源的轉(zhuǎn)化氣來(lái)自于甲烷轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，受甲烷轉(zhuǎn)化系統(tǒng)固有特點(diǎn)的影響，轉(zhuǎn)化氣壓力、溫度會(huì)呈波動(dòng)狀態(tài)，且甲醇精餾系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)化氣的壓力、溫度不可調(diào)節(jié)；低壓蒸汽作為加壓塔系統(tǒng)的輔助熱源，其壓力、溫度較穩(wěn)定，并設(shè)有自調(diào)閥，可根據(jù)熱量的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)。鑒于上述情況，為消除并驗(yàn)證加壓塔系統(tǒng)熱源對(duì)甲醇精餾系統(tǒng)工況的影響，加壓塔先切出轉(zhuǎn)化氣熱源，只使用低壓蒸汽作為熱源，此狀態(tài)下加壓塔系統(tǒng)運(yùn)行短時(shí)趨于穩(wěn)定，但當(dāng)加壓塔入料量超過(guò)26 m3/h時(shí)又會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)，表明熱源方面的影響不是主因。

3.2 針對(duì)產(chǎn)品酸度偏高的工藝優(yōu)化調(diào)整

3.2.1 雜醇油采出方面

為避免雜醇油重回甲醇精餾系統(tǒng)帶來(lái)的影響，要求將常壓塔第5、7、9層塔板處采出的雜醇油和甲醇混合液全部送至雜醇油罐，不再通過(guò)地下槽進(jìn)行回收。優(yōu)化操作后，取樣分析顯示加壓塔、常壓塔采出產(chǎn)品的酸度有所下降。

3.2.2 粗甲醇入料酸度方面

為利于甲醇合成系統(tǒng)閃蒸出粗甲醇中的二氧化碳、甲酸甲酯等物質(zhì)，進(jìn)一步減少甲醇精餾系統(tǒng)入料中的酸性物，將甲醇合成閃蒸槽壓力由原0.4 MPa降至0.3 MPa。優(yōu)化操作后，精甲醇產(chǎn)品的酸度有所下降。

3.3 通過(guò)工藝優(yōu)化調(diào)整摸索尋找平衡點(diǎn)

在甲醇精餾系統(tǒng)工況持續(xù)波動(dòng)的狀況下，我們?cè)噲D尋找一個(gè)最優(yōu)平衡點(diǎn)，即捕捉系統(tǒng)表現(xiàn)較為平穩(wěn)、精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)對(duì)應(yīng)的工況條件，同時(shí)通過(guò)一些現(xiàn)象尋找甲醇精餾系統(tǒng)工況波動(dòng)問(wèn)題的解決方案，總結(jié)好的經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)當(dāng)前的操作。經(jīng)過(guò)不斷地嘗試，我們發(fā)現(xiàn)甲醇精餾系統(tǒng)適宜的最大進(jìn)料量為26 m3/h，一旦超過(guò)此量系統(tǒng)工況波動(dòng)現(xiàn)象明顯增多，尤其是加壓塔系統(tǒng)，其進(jìn)料量和蒸發(fā)量會(huì)呈脈沖式變化，使得加壓塔塔釜液位要么長(zhǎng)時(shí)間不下來(lái)、要么瞬間下來(lái)，加壓塔液相要么不蒸發(fā)、要么瞬間蒸發(fā)，加壓塔塔釜和回流槽液位呈現(xiàn)大幅波浪式變化，無(wú)法保證采出產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 深度原因分析及徹底解決方案

針對(duì)甲醇精餾系統(tǒng)工況波動(dòng)、精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量下降的問(wèn)題，曾試圖通過(guò)工藝優(yōu)化調(diào)整予以解決，但嘗試后發(fā)現(xiàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)加量，這就表明甲醇精餾系統(tǒng)的不良狀況是多方面因素綜合造成的，除了工藝方面以外，還需考慮設(shè)備方面的原因。針對(duì)甲醇精餾系統(tǒng)加量時(shí)加壓塔塔釜液位大幅波動(dòng)的現(xiàn)象，將排查重點(diǎn)放在加壓塔上。甲醇精餾系統(tǒng)加壓塔有70層塔板，1～10層為DJ-3型塔板、11～70層為復(fù)合塔板，進(jìn)料口設(shè)置在第10層塔板處，塔板開(kāi)孔孔徑為10 mm；結(jié)合加壓塔內(nèi)“拖液”及蒸發(fā)量“脈沖式”現(xiàn)象嚴(yán)重及預(yù)后泵開(kāi)車(chē)期間過(guò)濾器堵塞的現(xiàn)象，推斷加壓塔入料塔板處極有可能發(fā)生了堵塞。

4.1 猜想驗(yàn)證及當(dāng)期問(wèn)題解決方案

2016年6月，利用甲醇裝置年度大檢修機(jī)會(huì)，打開(kāi)加壓塔檢查，發(fā)現(xiàn)3～10層塔板及金屬波紋填料堵塞嚴(yán)重，原塔板開(kāi)孔孔徑為10 mm，檢查時(shí)已堵塞至僅余1～3 mm，驗(yàn)證了之前設(shè)備方面存在問(wèn)題的猜想。于是，將堵塞了的塔板及金屬波紋填料拆下，采用31%的鹽酸溶液進(jìn)行清洗，清洗后回裝。2016年6月24日甲醇精餾系統(tǒng)檢修后開(kāi)車(chē)運(yùn)行期間，加壓塔塔釜液位穩(wěn)定，處于50%～55%之間，塔釜溫度變化在3 ℃以內(nèi)，表明本次塔板清洗效果明顯。為進(jìn)一步驗(yàn)證之前的猜想，逐漸提高甲醇精餾系統(tǒng)入料量，當(dāng)入料量加至滿負(fù)荷(47 m3/h)時(shí)，系統(tǒng)各工藝參數(shù)穩(wěn)定，各塔塔釜液位、溫度及塔頂壓力穩(wěn)定，甲醇精餾系統(tǒng)工況波動(dòng)及無(wú)法加量的問(wèn)題得到解決，且采出的精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量均能達(dá)到優(yōu)等品指標(biāo)要求。

4.2 徹底解決方案及效果

2016年6月清洗加壓塔3～10層塔板及金屬波紋填料后，甲醇精餾系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行了近1 a的時(shí)間，但從2017年5月開(kāi)始，系統(tǒng)再次出現(xiàn)波動(dòng)，且與之前的現(xiàn)象基本相同。為徹底解決問(wèn)題，決定對(duì)加壓塔1～10層塔板進(jìn)行更換——由原DJ-3型塔板更換為DJ-5型塔板。DJ-5型塔板開(kāi)孔孔徑為20 mm，較之前的DJ-3型塔板開(kāi)孔孔徑(10 mm)大了1倍，孔徑大且效率高；此外，還將加壓塔塔頂壓力與塔釜壓力差值顯示在DCS畫(huà)面中，工藝參數(shù)呈現(xiàn)更加直觀，便于崗位人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及對(duì)加壓塔塔釜液位升降進(jìn)行分析。加壓塔1～10層塔板更換后，甲醇精餾系統(tǒng)一直運(yùn)行穩(wěn)定，精甲醇產(chǎn)品始終保持為優(yōu)等品，徹底解決了甲醇精餾系統(tǒng)工況波動(dòng)及精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量下降的問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

甲醇精餾系統(tǒng)的生產(chǎn)原理看似是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的物理過(guò)程，但其中蘊(yùn)含了多種操作智慧，當(dāng)系統(tǒng)工藝參數(shù)改變或不規(guī)律波動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至不合格，制約前后系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷，因此,一個(gè)全面的分析及對(duì)癥下藥方案顯得尤為重要，這就要求我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不斷地進(jìn)行操作嘗試及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象進(jìn)行深入剖析。希望上述關(guān)于甲醇精餾系統(tǒng)工況波動(dòng)及精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量下降問(wèn)題的分析及處理，對(duì)業(yè)內(nèi)類(lèi)似問(wèn)題的解決有所幫助，達(dá)到推廣經(jīng)驗(yàn)、互相借鑒、少走彎路的目的。