乙烯装置蒸汽放空消音器防结冰优化措施

赵万庆，谷 阳，周家成，周 琳，张成龙

(中国石油天然气股份有限公司独山子石化公司乙烯厂，新疆 独山子 833699)

某乙烯装置的蒸汽系统由超高压蒸汽系统、高压蒸汽系统、中压蒸汽系统和低压蒸汽系统组成。不同压力等级的蒸汽可作为超高压蒸汽透平和高压蒸汽透平的驱动蒸汽、换热器的加热热源、伴热系统的热源，还可起到维持稀释蒸汽压力的工艺作用。由于蒸汽系统具有高温、高压的特点，因此，装置运行中多余蒸汽的排放和蒸汽安全阀异常起跳后大量蒸汽的对空排放都会使蒸汽在短时间内从泄放管线中喷射出来，并沿泄放管线向外扩散，导致蒸汽压力迅速减小至常压、体积迅速膨胀。喷射的蒸汽与液化的凝液以及吸入的空气三者之间相互作用产生剧烈碰撞并发出高频的噪音【1-2】，同时对蒸汽泄放管线产生冲击形成极大振动和噪音，为此在安全阀排出管线设置有消音器。不同压力等级的蒸汽通过蒸汽消音器消音后，均可有效降低现场噪音，达到工业企业噪音标准的要求。

1 蒸汽放空消音器运行现状

1.1 乙烯装置蒸汽放空消音器结构

乙烯装置蒸汽管网错综复杂，有大量蒸汽管线。为保证蒸汽管网的运行安全，设置有大量的安全阀。在安全阀的出口管线均设置有消音器。在蒸汽管网进行暖管操作时，需要排放大量的蒸汽，因此，暖管线的出口管线也设置消音器。

乙烯装置蒸汽具有高温、高压、高流速的特点，在排放时会因高速气流流动的不稳定性产生噪音。噪音具有强度高、频谱宽、流量大、影响范围广的特点，是石油化工行业中的重要噪声源【3】。乙烯装置消音器采用节流降压-小孔喷注-阻性吸声型复合结构。高压蒸汽在一级节流降压装置中由高压气体降低为低压气体形成各种频谱的噪声。由于小孔喷注结构对低频噪音的降噪效果好，而对中、高频噪音降噪效果差，因此，通过小孔喷注装置后可降低中、低频噪音【4】， 而中、高频噪音降低不明显。中、高频噪音与阻性吸声结构中的高吸声系数的防水离心棉相互摩擦， 可将中、 高频声能转化为热能从而降低噪音。通过复合型消音器后可保证距离消音器1 m处噪音低于85 dB，由此可见，消音器在化工装置中起着非常重要的作用。

消音器由筒体、降压装置、小孔喷注装置、阻性吸声材料、附属接管、防雨帽、设备吊耳及鞍座、防鸟网等部分组成。消音器结构见图1 。

消音器防雨帽的作用是防止雨、雪落入消音器内部，在消音器内部积水、积冰，同时避免雨、雪在消音器及下部泄放管线内集聚形成液封或导致管线冻凝。酸性的雨水不仅会腐蚀消音器及下部管线、降低消音器的结构强度和高吸声材料的性能，还会降低消音效果。而雨、雪在管线内集聚或管线冻凝严重时会影响消音器的正常排放，使安全阀起跳后蒸汽无法及时排放而导致安全阀泄放线出现超压爆裂事故。

图1 消音器结构示意

1.2 蒸汽放空消音器存在的问题

某乙烯装置地处西北地区，冬季气温长时间处于-15 ℃以下，蒸汽系统暖管线进行暖管或现场冬季防冻工艺要求都需要保持微量流通。这两种情况下，都仅有少量蒸汽通过消音器后排空。由于蒸汽流量较小，能量低，少量蒸汽穿过消音器接触低温防雨帽后，冷凝形成液滴凝液，从防雨帽滴落至消音器的器壁内、外两侧形成积冰。外侧积冰存在坠落风险，易造成下部的测量仪表出现波动、假显示或故障，导致乙烯装置的生产波动，同时还可能对下部巡检人员的人身安全造成伤害。消音器内部积冰会造成器壁上的吸声材料性能下降、蒸汽流通面积降低，在消音器大量排放蒸汽的情况下，其内部积水与高速、高压、高流量的蒸汽形成气液夹带，产生水击现象，可导致消音器出现撕裂的可能性。因此消音器器壁积冰是北方化工装置冬季典型的生产隐患。

大部分蒸汽通过防雨帽的四周进入大气环境，遇低温环境形成凝液滴落至地面、平台、管线形成积冰，不仅增加了现场工作人员滑跌、积冰坠落伤人的风险和乙烯装置异常波动的可能性，还增大了积冰清理工作量和装置的维护成本。通过对消音器进行改造，避免了消音器的器壁结冰现象，降低了人员受伤、生产波动概率以及维护成本，提高了装置的生产效益。

2 蒸汽放空消音器防结冰措施

2.1 维修消音器入口管线阀门

若消音器入口阀门出现内漏，可造成蒸汽泄漏至大气环境，不仅增加了装置的能量损失，而且会造成消音器器壁积冰的隐患。在装置运行过程中应及时排查消音器入口管线阀门的内漏情况，具备隔离下线的阀门进行离线维修，维修合格后回装，避免因阀门内漏造成消音器器壁出现积冰现象。

2.2 入冬前恢复蒸汽系统及消音器放空管线保温或投用伴热

装置入冬前对蒸汽系统及消音器放空管线的保温进行全面检查，对前期因拆除或者破损起不到保温作用的管线、设备保温进行更换。确保所有管线、设备的保温完整、保温效果良好；对易产生结冰现象的蒸汽放空消音器管线还可增加伴热，并于入冬之前对蒸汽放空消音器管线伴热系统进行吹扫、试通排放，确保伴热管线干净、通畅，保证冬季伴热的正常投用。这样可防止蒸汽盲端或者消音器管线内形成冷凝、积水、积冰，能够保证排放蒸汽时热量散失少，有利于保持排放蒸汽温度，避免在蒸汽消音器防雨罩形成冷凝、结冰。

2.3 对消音器器壁进行改造

工艺防冻需要排放的少量蒸汽热量携带能力较低，消音器的防雨罩温度较低，为液滴集聚形成积冰提供条件。通过对消音器的器壁结构进行改造，提高器壁温度，消除积冰形成条件，可避免在消音器的器壁周围形成积冰。

3 蒸汽放空消音器防结冰改造

在消音器筒体出口边缘焊接一圈挡板，使消音器防护罩上冷凝的凝液滴落在挡板上。由于蒸汽排放，流通的蒸汽使消音器筒体和挡板温度比较高，这样滴落的凝液就会在挡板上蒸发为水蒸气，不能形成冰柱、积冰。

消音器改造原理见图2。

乙烯装置对部分易产生结冰现象的消音器进行了改造。在消音器筒体顶部以下约200 mm的器壁外侧焊接1圈宽150 mm、厚3～5 mm、与器壁夹角为30°～45°的向上倾斜成漏斗状的积水板，使滴下的液滴在挡板内聚集，并利用流通的蒸汽加热器壁，将形成的液滴再次汽化蒸发。消音器改造前后对比见图3。

图2 消音器改造原理示意

图3 消音器改造前后对比

从图3中可以看出，消音器器壁改造前，器壁及下部支撑结构上形成了大量的积冰，而改造后消音器将凝液的液滴收集后，再次汽化成水蒸气排放。经过多次冬季运行实践，结果表明：消音器器壁改造后运行情况良好，避免了积冰及冰柱的形成，达到了预期的运行效果，消除了消音器器壁及支座积冰的隐患。

4 结语

针对乙烯装置蒸汽放空消音器冬季结冰的问题，通过完善管线保温和增加伴热以及对消音器结构进行改造等措施，有效地解决了北方地区乙烯装置消音器冬季运行时结冰的隐患。对蒸汽放空消音器器壁的改造达到了消除积冰的目的，保证了乙烯装置的安全、稳定运行。