乙二醇在天然气换热器中的冻堵原因分析

李彩红 ， 张　涛

(中原油田分公司 天然气处理厂 ， 河南 濮阳　457162)



乙二醇在天然气换热器中的冻堵原因分析

李彩红 ， 张涛

(中原油田分公司 天然气处理厂 ， 河南 濮阳457162)

摘要：根据生产情况，对换热器冻堵的原因进行了分析，通过对换热器设计资料的分析、计算，得出乙二醇冻堵的依据。矫正了乙二醇加注喷嘴的安装角度，调节了原料气在换热器中的流量分配，解决了换热器压差高、换热效果差的问题。

关键词：乙二醇 ； 换热器 ； 冻堵

图1　原料气冷却系统工艺流程示意图

1生产中存在的问题

气气换热器作为制冷单元的核心设备，其工作状况直接影响了商品气的质量及LPG、凝析油的产量。因此急需找出气气换热器压差高、换热效果差的原因，从根本上解决产品质量及产量的问题。

2问题的查找

根据装置运行参数判断气气换热器管程存在堵塞问题，并对堵塞的原因进行分析，可能存在以下几方面。

2.1脏堵

换热器管程有可能是被管线中的铁锈等杂质堵塞，但脏堵很难解释最初的乙二醇加注可以解决压差升高问题，且与其并列运行的气液换热器无论从结构形式上还是工艺介质上都一样，但气液换热器并没有出现过此类问题。通过分析基本可以排除是脏堵。

2.2乙二醇冻堵

查阅乙二醇水溶液的冰点对照表可知[1]，纯乙二醇的冰点为-13 ℃，70/30的乙二醇水溶液冰点为-48 ℃。但往系统内加注的乙二醇均按80/20的比例进行添加的，结果换热器压差过高问题没有得到任何改善。乙二醇再生塔底温度设在116 ℃，查阅乙二醇水溶液沸点对照表可知再生后的乙二醇浓度应在70%左右。通过以上数据分析可以排除乙二醇冻堵的原因。

2.3水合物冻堵

若是水合物冻堵，则加注甲醇后应该能迅速有效地解决问题，而事实并非如此。并且发现气液换热器不出现水合物冻堵问题，每次对换热器进行升温吹扫均能使换热器压差大幅度明显降低，换热效果恢复正常，但仅能维持不到两天，又慢慢恶化。

3原因分析

经过对以上各种可能的原因进行分析，最可能的还是水合物冻堵，因此找出水合物冻堵的根本原因是解决问题的关键。

3.1分析冻堵部位

根据气气换热器和气液换热器的设计资料发现，虽然两种换热器在结构、外形尺寸、管程工艺介质上并无差别，但是其内部仍有很大不同。

气气换热器分为上下两个，分别为E-200A和E-200B。E-200A和E-200B的换热面积及换热管布置均相同，其中换热面积各为283.5 m2，热负荷为1 641 kW。气液换热器同样分为上下两个，分别为E-210A和E-210B。E-210A和E-210B的换热面积及换热管布置均相同，其中换热面积各为468 m2，热负荷为1 446 kW。

由此对比可以发现，气气换热器的换热面积约为气液换热器的60%，而热负荷却为1.13倍。

根据查阅的换热器数据，利用计算软件可以分别计算出原料气进出各换热器的温度。当原料气的流量平均分配到气气换热器和气液换热器中时，E-200A进口温度为15.3 ℃，出口温度为-7.6 ℃，E-200B进口温度为-7.6 ℃，出口温度-16.6 ℃；E-210A进口温度为15.3 ℃，出口温度-3.3 ℃，E-210B进口温度为-3.3 ℃，出口温度-7.7 ℃。

对比计算结果可以发现，在E-200A、E-200B、E-210A、E-210B换热器中，原料气温度最低的为气气换热器E-200B。气气换热器E-200B的原料气温度最低，是因为在原料气流量平均分配到气气换热器和气液换热器的前提下，由于气气换热器的换热面积只有气液换热器的60%，但其换热负荷却为气液换热器的1.13倍。由此，基本可以确定换热器的冻堵部位为E-200B。

3.2冻堵原因分析

查阅设备资料可以看出，气气换热器管板上的管子布局近似为椭圆形，对应的乙二醇加注喷嘴喷雾形状为60°的椭圆锥形。由此可知，气气换热器的乙二醇加注喷嘴的安装角度应水平安装，这样喷出的乙二醇才能刚好完全覆盖在换热器的管板上。

综上分析，气气换热器冻堵的部位应为E-200B的管板口，原因一是此处温度最低；二是乙二醇加注喷嘴有问题，导致喷雾效果不好。为彻底解决换热器冻堵问题，装置在4月份进行了停产检修，打开了气气换热器的管箱。并调整了工艺参数。

检修发现E-200B乙二醇加注喷嘴的实际安装与水平方向成30°角，应该水平安装。这样直接导致了喷出的乙二醇不能完全覆盖在管板上，即管板上部分换热管实际上没有喷注乙二醇，这是导致气气换热器冻堵的主要原因。

由于气气换热器的换热面积只有气液换热器的60%，但其换热负荷却为气液换热器的1.13倍。原设计气液换热器、气气换热器的原料气入口阀均保持全开状态，为了优化换热器的性能，合理分配原料气流量，根据热负荷之比，调节气液换热器入口阀门开度，使得原料气流量分配比约为1∶1.2(气液∶气气)，使原料气经过气气、气液换热器换热后的温度处于最佳温度点。从操作运行上进一步避免了换热器出现局部冻堵的现象。

4结语

通过对换热器进行研究分析，找出了气气换热器冻堵的根本原因，矫正了乙二醇加注喷嘴的安装角度，调节了原料气在换热器中的流量分配，解决了换热器压差高、换热效果差的问题。

参考文献：

[1]张鹤良. 天然气集输工程[M].北京: 石油工业出版社,2001.

中图分类号：TQ050.7

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2016)03-0037-02

作者简介：李彩红(1986-)，女，助理工程师，从事天然气处理的生产及研究工作，电话：18739392512。

收稿日期：2016-01-28