天然气油水分离器效果差的原因及改进措施

2015-05-25张明星

氮肥与合成气 2015年5期

关键词：气速盐类丝网

张明星任丹

(四川美丰化工股份有限公司四川德阳618000)

天然气油水分离器效果差的原因及改进措施

张明星任丹

(四川美丰化工股份有限公司四川德阳618000)

1 存在的问题

在以天然气为原料的合成氨装置中，经常因天然气夹带含较多的盐类杂质堵塞天然气压缩机等设备而需停车检修的故障。四川美丰化工股份有限公司200kt/a合成氨装置在2012年多次发生该类故障。在停车拆检中发现，许多固体盐类杂质和少量碳垢堵塞在天然气压缩机气道、气阀以及去一段炉的天然气管道、一段炉的炉管壁，还引起一段炉的炉管有局部发红现象，严重影响生产装置的安全稳定运行。特别是2012年上半年以来，原料天然气内夹带异物(主要是盐类物质)很多，导致天然气压缩机气道、气阀堵塞，严重影响装置的满负荷生产，还存在导致气缸内无止点间隙而发生设备损坏等事故隐患。若油水等杂质带入一段炉的炉管内，会使管内因析碳、局部堵塞而发红，影响一段炉的安全运行，造成重大安全事故。

2 原因分析

(1)原天然气油水分离器结构不合理(图1)，不能有效分离油水、盐类等杂质。设备内只有分离内件，即1台丝网除沫器，无其他有效分离油水等杂质的分离内件，故所分离气体中夹带大量油水、盐类等杂质时的分离效果较差。

(2)丝网除沫器(直径D1=1200mm)的设计工况与实际工况严重偏离，致使分离油水、盐类杂质的效果差，杂质随天然气被带入上述设备和管线，造成堵塞等故障。生产运行时，天然气(流量为26000m3/h)的压力经常在0.44～1.80MPa大幅波动，而该设备进行油水分离计算的天然气压力为1.35MPa、温度40℃，强度计算的设计压力为1.98MPa。

图1 原天然气油水分离器结构示意

从原料天然气的杂质变化情况看，当其压力下降越多，其油水、盐类等杂质含量也就越多，而压力在1.00MPa以上时，其中杂质含量非常少。从设备(特别是丝网除沫器)的设计计算与实际使用情况对比看，设备在低压力与设计工况偏离很大时，即其操作气速高于液泛气速的25%时，其分离油水、盐类杂质的效果变得很差。

原设计进界区天然气压力P2=1.35MPa，温度T2=40℃=313K，流量Q1=20420m3/h。查相关资料得:天然气在0℃(即 T1=273K)及101.325kPa(即P1=0.10MPa)条件下，密度ρ1为0.7174kg/m3。水的密度ρL为1000kg/m3，过滤网常数K(SP型为0.201)，则气体在设计工况下的流量Q2:

气体在设计工况下的密度ρG:

丝网除沫器的液泛气速，即丝网除沫器操作中的极限气速uf:

0.25 uf=0.545(m/s)，则气体在通过丝网除沫器的操作气速ug:

ug=0.426m/s＜0.545m/s，符合丝网除沫器的设计要求。

但在天然气偏离设计工况较大时，其带油水、杂质情况就变得很严重，且此时进装置界区天然气压力下降至0.44MPa，在该工况下操作气速发生了较大变化，不符合设计要求。具体情况如下:压力P3=0.44MPa，设计温度T3=313K，流量Q1=26000m3/h=7.2222m3/s。则气体在设计工况下的流量Q3:

气体在设计工况下的密度ρG:

丝网除沫器操作中的极限气速uf:

0.25 uf=0.957(m/s)，则气体在通过丝网除沫器的操作气速ug:

ug=1.664m/s＞0.957m/s，达不到丝网除沫器的设计要求，致使分离效果很差。

3 处理措施

(1)改进设备结构，设计更有利于气液分离的新型高效分离器(图2)，以达到更佳的分离效果。选择最适宜气液分离的进气方式，即切向进气，增设分离油水、盐类等杂质的内件。

图2 新型高效分离器结构示意

(2)选择在天然气压力最低且最苛刻工艺条件下的流量、压力等工艺运行参数，重新设计丝网除沫器。计算其在设备内筒内的最佳气速并确定相应的分离筒体内径，作为该设备的工艺条件，设备强度计算以天然气最高进气压力为基准。

根据原因分析第2条计算，在带油水、杂质等严重时的工况条件下，丝网除沫器的液泛气速uf为3.826m/s，即丝网除沫器的操作气速ug= 0.957m/s，则丝网除沫器的直径D1:

D1=［4Q3/(πug)］1/2=1583(mm)

丝网除沫器外边缘与支撑圈之间的距离取40mm，则分离内筒体直径为1663mm，圆整为1700mm，取分离器筒体内直径D2=1700mm，外筒体直径为2100mm，选择X1700-150SP丝网除沫器。则气体在通过丝网除沫器的操作气速ug为0.830m/s，因此，ug＜0.25uf(即0.957m/s)，达到丝网除沫器的设计要求。