洗涤塔再沸器开车问题分析及解决方案

纪明磊，白改玲，宋媛玲，贾保印

(中国寰球工程有限公司，北京 100012)

洗涤塔再沸器开车问题分析及解决方案

纪明磊，白改玲，宋媛玲，贾保印

(中国寰球工程有限公司，北京 100012)

针对天然气液化工厂开车阶段洗涤塔再沸器重烃出口管线的低温问题，从工艺设计、管道设计、操作运行等角度进行分析，找出产生低温的原因，并提出增加压差控制阀、调整管线连接方式、增加放空阀及放空管线、调整开车顺序等解决方法，使洗涤塔再沸器恢复正常运行工况。

洗涤塔再沸器； 低温问题； 压差平衡

天然气液化工厂的原料天然气中含有苯、重烃等组分，在天然气液化过程中必须先脱除至一定水平，否则会在液化低温段冻结堵塞设备[1]，致使装置只能维持较低负荷生产，液化率降低，能耗增加，甚至导致装置停车[2]。本装置采用洗涤塔低温精馏[3]分离脱除苯、重烃等组分，并采用洗涤塔再沸器加热洗涤塔塔釜中的含甲烷的重烃混合物，使甲烷等轻烃气化，为洗涤塔提供上升气流，同时减少LNG产品中甲烷的损失。

本文针对开车阶段洗涤塔再沸器重烃出口管线的低温问题，分析产生原因，对工艺流程提出整改方法及优化措施，对开车顺序提出合理化建议。

1 工艺方案

图1 工艺流程图

Fig.1 Process flow diagram

天然气液化流程中要求苯、重烃的脱除指标为：苯含量≤5ppmv，重烃含量≤100ppmv。苯、重烃脱除工艺流程如图1所示，原料天然气进入冷箱后，在预冷段预冷至一定温度，进入洗涤塔脱除苯、重烃，塔顶形成富含甲烷的气相送入冷箱继续冷却并液化成LNG产品。塔釜富含苯、重烃的液相被洗涤塔再沸器加热至35℃，气液分离，液相经FCV阀节流降压后温度为5℃，作为副产品经过XV阀下游管线、重烃电加热器等设备输送至重烃储存系统。根据洗涤塔及再沸器工艺流程，为防止开停车及负荷调整过程中可能出现的低温现象，洗涤塔再沸器重烃出口管线设置XV阀，XV阀及上游管线采用不锈钢材质；同时，根据正常操作过程中节流降压后的温度，为节省管线及设备的建设投资，XV阀下游管线及设备采用碳钢材质。

根据洗涤塔再沸器出口温度35℃、热负荷80kW，可选择作为热源的介质有循环水、蒸汽、系统内预冷混合冷剂(MR1)等，最终选择采用MR1作为热源，回收利用MR1热量，降低公用工程投资及能量消耗；同时可以避免循环水、蒸汽等加热介质遇冷后发生冻堵。MR1热源循环工艺流程如图1所示，来自MR1压缩机出口缓冲罐的MR1管线在A点分为两个流股，L1为MR1主管线，在过冷器中与冷却水换热后返回冷箱；L2为MR1热源管线，在洗涤塔再沸器中为洗涤塔塔釜重烃提供热量后，在B点与主管线汇合。

2 开车问题

天然气液化工厂洗涤塔开车阶段，洗涤塔再沸器重烃出口管线出现严重结霜现象，查询仪表运行记录显示洗涤塔再沸器重烃出口温度约-30℃，现场实测FCV阀减压后温度约-70℃。

如工艺方案所述，以洗涤塔再沸器重烃出口管线XV阀为材质分界，XV阀上游管线材质是不锈钢，最低耐受温度约-170℃，能承受开车过程中产生的低温；XV阀下游管线及设备材质是碳钢，最低耐受温度约-29℃，无法承受开车过程中产生的低温。

因此，开车过程中保持XV阀关闭，防止过低温度造成XV阀下游管线及重烃电加热器等设备损坏，副产品无法输送至重烃储存系统，苯、重烃脱除流程无法导通。

3 问题分析

根据开车过程中出现的重烃出口温度偏低现象，查询洗涤塔再沸器相关运行记录显示L2管线流量为零，分析低温问题的主要原因为洗涤塔再沸器MR1热源循环未建立。根据洗涤塔再沸器MR1热源循环工艺系统设计方案，推断MR1热源循环无法建立的主要原因为压差平衡问题，从工艺设计、管道设计、操作运行等角度分析可能引起压差平衡问题的因素有以下几点：

(1)从工艺设计角度，洗涤塔再沸器MR1热源循环采用压差平衡设计，MR1主管线L1与MR1热源管线L2的3D模型如图2所示。AB两点间L1管线无压差及流量控制措施，根据管线及换热器阻力降，通过水力学计算得出L1管线压差为26kPa。按照压差平衡设计，L2管线与L1管线压差相等，设计值也为26kPa，在此条件下对L2管线的管径进行优化，管径取8"，阻力降仅1.2kPa，同时优选阻力降较小的管道元件，流量计阻力降仅1kPa，控制阀阻力降仅6kPa，从而保证压差满足设计值，理论上此压差平衡设计满足工艺流程要求。而实际运行过程中，压差设计值26kPa相对于MR1压缩机出口缓冲罐压力3.92MPaG仅为0.7%，当实际运行参数与设计值存在微小偏差或工艺系统存在微小波动时，均容易导致L2管线压差偏大，而L1管线无压差及流量控制措施，MR1很可能无法进入洗涤塔再沸器进行换热，无法建立MR1热源循环。

图2 管线3D模型Fig.2 Pipeline 3D model

(2)从管道设计角度，L2管线有两处高点位置无放空阀及放空管线，如图2所示。若L2管线中MR1存在气相，很可能在高点位置形成气阻，导致L2管线压差偏大，甚至造成MR1无法进入洗涤塔再沸器进行换热，无法建立MR1热源循环。

(3)从操作运行角度，MR1压缩机出口缓冲罐下游MR1过冷度约1℃，正常操作过程中，由于管道吸热等因素，可能产生少量气相。开车过程中，MR1压缩机出口压力实际运行参数比设计值低约1.2MPa，此处MR1为气液两相，若管线高点无放空管线，易在高点形成气阻。若L2管线形成气阻，将影响压差平衡，导致L2管线压差远大于L1管线，同时由于L1管线无压力控制措施，MR1将无法进入洗涤塔再沸器进行换热，无法建立MR1热源循环。

4 解决方案

根据压差平衡问题的分析，结合工艺及管道设计方案，提出L1管线增加压差控制阀、L2管线调整管线连接方式、增加放空阀及放空管线等解决方法，确保开车过程中洗涤塔再沸器正常投用。

4.1 L1管线增加压差控制阀

图3 L2管线引出位置调整至手动控制阀上游Fig.3 Change the L2 pipeline connection point from the downstream of the manual control valve to the upstream

将L2管线的引出位置，由MR1压缩机出口缓冲罐出口手动控制阀下游调整至上游，如图3所示，调整引出位置后，在不增加阀门数量基础上，L1管线增加压差控制阀，具有压差控制功能。实际操作运行过程中，当实际运行参数与设计值存在偏差或工艺系统存在波动导致L2管线压差偏大时，可通过调整手动控制阀开度提高L1管线压差，调节两个管路的流量，保证MR1流向洗涤塔再沸器，建立MR1热源循环。

4.2 L2管线高点处理

高点1处理如图4所示，将L2管线与L1管线的连接方式，由上接修改为下接，消除高点，避免闪蒸出来的气相在此处积聚形成气阻。

图4 高点1处理Fig.4 Modify the first high point

图5 高点2处理Fig.5 Modify the second high point

高点2处理如图5所示，L2管线增加放空阀及放空管线至MR1压缩机入口分离罐，当管线出现气相积聚时开启放空阀，气相返回MR1压缩机入口分离罐，避免形成气阻。

通过以上解决方法，MR1主管线及热源管线具备调节控制功能，可有效解决压差平衡问题。同时，在后续开车过程中，提出手阀完全关闭先投用洗涤塔再沸器、再开手阀投用过冷器的操作方法，通过调整开车操作顺序，使洗涤塔再沸器热源MR1循环建立，洗涤塔再沸器投入使用，并将实际运行参数调整至设计值，避免人为因素导致工艺装置偏离正常运行工况。

5 结论

(1)本装置通过增加压差控制阀、调整管线连接方式、增加放空阀及放空管线、调整开车顺序等方法，解决因压差平衡导致的低温问题，洗涤塔再沸器正常投入使用，充分回收利用MR1热量，降低公用工程投资，每小时节约能量约288000kJ(热负荷80kW折算)。

(2)压差平衡设计过程中，主管路压差理论计算值较小时，分支管路压差设计值等于主管路，理论上能够实现两个管路的平衡。但是工程应用中若出现较小偏差，极易引起压差不平衡，大部分流体将通过主管路流向下游，分支管路甚至会出现无流量情况，此时分支管路虽然设置流量调节阀，但无法进行流量调节。因此，在控制方案的选择上，应根据流程特点在主管路设置压差及流量控制措施，确保工程应用中实现主管路与分支管路的压差平衡，保证分支管路正常投用。

(3)开车及操作运行过程中，需根据实际情况及时调整开车操作顺序，确保实际运行参数符合设计值，保证工艺装置安全稳定运行。

[1] 顾安忠, 鲁雪生, 石玉美, 等. 液化天然气技术[M].2版. 北京: 机械工业出版社, 2015:59.

[2] 曾凡平, 田广新. 液化天然气工厂重烃脱除工艺方案比选[M]. 石油与天然气化工, 2015,44(1): 35-38.

[3] 岳春静. 液化天然气系统中重烃脱除系统的研究[J].广东化工, 2013; 40(12): 221-223.

(本文文献格式：纪明磊，白改玲，宋媛玲，.洗涤塔再沸器开车问题分析及解决方案[J].山东化工，2017，46(14)：131-133.)

Problem Analysis and Solutions of the Scrubber Reboiler During the Start-up Stage

JiMinglei,BaiGailing,SongYuanling,JiaBaoyin

(China Huanqiu Contracting & Engineering Co., Ltd., Beijing 100012,China)

This paper aims at providing solutions for low-temperature problem at the outlet of the scrubber reboiler during the LNG plant start-up stage. The relevant reasons are analyzed from the perspective of process design, pipeline design, operation and so on. The corresponding solutions such as installing differential pressure control valve, adjusting the pipeline connection, increasing the vent valves and pipes, adjusting the start-up sequence are proposed to help return to normal operating conditions.

scrubber reboiler low temperature problem differential pressure balance

2017-05-03

TE96

A

1008-021X(2017)14-0131-03