终冷器连续喷洒方案分析

黄长胜，刘宝亮，沙启新，程 方，孔鲁慧

（山东铁雄新沙能源有限公司，山东巨野 274900)

山东铁雄新沙能源有限公司地处省级巨野化工园区北区，该公司有两条焦炭生产线，采用5.5m捣固焦炉，双集气管，配套建设了相应的化产回收系统，终冷器设置在洗苯塔前，用于进入洗苯塔煤气的降温除杂，终冷器使用过程中阻力会逐渐增加，阻力增加到一定程度后采用热氨水喷洒降低阻力，虽然阻力相对可控，但每次喷洒会造成终冷器出口温度升高6～8℃，间接影响了洗苯效率，也增加了现场操作人员的工作量。对不同喷洒液连续喷洒和间断喷洒下进行了试验，通过试验，找出了适合的喷洒液和喷洒方式，实现了终冷器相对长周期的稳定运行。

1 终冷器概述

终冷器的设备参数：换热面积5 870m2，设计压力0.44MPa（管程）、0.013MPa（壳程），设计温度50℃（管程）、60℃（壳程），介质管程是循环水和制冷水，壳程是焦炉煤气，立式结构。

两期化产回收生产线均采用每班用热氨水喷淋的方式降低终冷器阻力，每次喷洒的时候，终冷器出口温度都上升6～8℃，相应引起洗苯塔的出口温度上升2～4℃。2020年2月9日到18日的终冷器出口温度（TE82206）曲线，如图1所示。

图1 一期终冷器出口温度曲线

终冷器工艺流程，如图2所示。

2 喷洒方案

2.1 喷洒介质选择

常规的终冷器喷洒液是来自冷鼓工序的循环氨水，因此优先使用循环氨水喷洒，但循环氨水连续喷洒，虽然煤气出口温度可控，但氨水中的氨气还是部分挥发到煤气中，持续带入洗苯塔中，长时间运行会造成洗苯塔出口氨含量超标，甚至给洗脱苯系统带来腐蚀等。采用热氨水连续喷洒，还有一个问题就是本来终冷器出口温度就偏高了，加入热氨水是否会直接影响终冷器出口温度不受控制。

图2 终冷器工艺流程简图

另外是考虑喷洒液循环喷洒，粗苯系统分离产生的水、各水封水和终冷器喷洒的热氨水最终都汇集到冷凝液循环槽，循环槽液位高时通过泵送回煤气冷凝工序的机械化澄清槽，且以苯水分离水为主，如果不进行热氨水喷洒，冷凝液槽中的冷凝液几乎不含氨，现有流程中也有利用外送泵进行喷洒的流程，通过阀门切换可以实现，因此，从不影响进入洗苯塔的煤气氨含量的角度考虑，还可以在一定范围内进行流量调节，以苯水分离水为主的冷凝液是较好的选择。

2.2 喷洒位置

终冷器分为上下两段，上段为循环水冷却，下段为制冷水冷却，同样喷洒也是各自在冷却段的上部有喷洒管，每层喷洒管各有四根，在水平方向均布，DN50的管道，在下部有φ10的喷洒孔，实现均匀喷洒。

中部冲洗阀门打开后，由于压力的关系，顶部的喷洒几乎不起作用，是直接打开中部仅喷洒下半部分还是关闭中部直接用上部喷洒，需要验证哪个效果更好。

2.3 备用终冷器阀门位置

为了保证备用终冷器内部不出现负压或热氨水冲洗时不超压，煤气系统需要保留一个阀门处于开位，是关闭入口阀门还是出口阀门？综合考虑应该关闭出口阀门，打开入口阀门，即使采用热氨水冲洗，也不会出现高温的挥发气体直接和运行的终冷器出口煤气混合进入到洗苯塔。

3 喷洒试验

3.1 一期热氨水喷洒试验

2020年2月24日10时30分开始第一次连续喷洒试验。自24日到3月6日连续喷洒，出口温度和压差可控，如表1所示，但出现了洗苯塔后氨含量高的情况。

表1 终冷器出口温度和阻力情况

3月6日到9日进行了15次间断热氨水喷洒，从3月9日12时再次开始连续热氨水喷洒，连续运行到4月13日，因阻力大退出冲洗，期间终冷器出口温度在23.97～25.47℃、阻力在1.19～1.56kPa波动。此次长时间运行，阻力得到有效控制，说明连续冲洗方案是可行的，也是有益的。

期间针对氨含量进行了专门的试验。连续喷洒从9日12时开始，对比做了终冷器进出口和洗苯塔出口的煤气氨含量（单位mg/m3），具体数据如表2所示。

表2 煤气中氨含量分析数据

通过上述分析数据看，虽然洗苯塔后氨含量没有规律性变化，也没有超过40mg/m3的指标，但从终冷器后的数据看，随着时间的延长，出口大于进口的数值，证明在终冷器中还是有氨含量的积累。

3.2 二期苯分离水喷洒试验

二期1#终冷器自3月31日10时开始连续采用苯分离水喷洒，到4月13日，阻力由1 800Pa升到2 400Pa，切换为2#终冷器运行，此次连续运行13d，从终冷器出口温度可以看出，期间没有进行热氨水的冲洗，温度TE82204A的曲线如图3所示。

图3 1#终冷器出口温度TE82204A变化趋势

根据4月13日前的运行数据分析，热氨水连续喷洒虽然能够解决阻力增大的问题，但也带来了终冷器出口氨含量高于进口，进而在洗苯塔内产生氨的积累，会间接影响洗苯系统，经过讨论，开始使用粗苯分离水，利用冷凝液泵进行连续喷洒。

二期2#终冷器从4月13日16时投用到5月8日16时退出，期间一直用冷凝液泵循环喷洒，连续运行的24d没有用热氨水喷洒，阻力1.8～2kPa，相对稳定。2#终冷器出口温度，如图4所示。

图4 二期2#终冷器出口温度TE82204B变化趋势

从图4看出5月2-5日出口温度高，是因为气温高，当时制冷水系统没有开车，造成的短时出口温度偏高，不是热氨水冲洗造成的出口温度高。

3.3 上中部喷洒阀门试验

一期在4月14日后采用苯水分离水连续喷洒过程中，阻力还是上升过快，每班仍要冲洗至少一次，后排查现场阀门开关情况，发现中部阀门一直全开，这样的情况下，顶部喷洒虽然阀门全开，中部已经泄压，根据上中下的阻力分布看，2kPa的阻力，主要还是在下部约1.7kPa，但为什么大量喷洒液都通过中部对下部进行了喷洒，阻力仍然控制不了呢，分析有可能是中部喷洒管部分堵塞，造成喷洒液偏流，达不到均匀喷洒的效果，因此决定关闭中部阀门，改由全部上部碰头进入喷洒液，改变后终冷器阻力得到了很好的控制，这个时候再次确认二期阀门开关情况，二期一直是中部关闭，仅开顶部喷洒阀门，两边的操作达到一致。实际的情况是5月2#终冷器检修过程中，拆检了中部的喷洒管，发现有两根堵塞严重，验证了当时的判断是正确的，改在上部喷洒，间接解决了喷洒不均匀的问题。

3.4 终冷器备用方式

一期终冷器备用方式是煤气出口阀门关闭，入口打开；二期在采用连续喷洒试验初期，出现了洗苯塔后氨含量严重超标的情况，而当时硫铵出口煤气氨含量合格，排查现场阀门情况的时候发现，二期终冷器的备用方式是入口阀门关闭，而出口阀门打开，备用的终冷器正在用热氨水进行喷洒，出口温度达到了57℃，喷洒产生的水蒸气带着氨气随着出口阀门和运行的终冷器煤气混合进入了洗苯塔，造成洗苯塔氨含量超标。随即进行了阀门开关调整，并明确了终冷器的备用煤气开关位置，关闭出口阀门，打开入口阀门。

二期2020年3月1日16时2#终冷器开始在线连续热氨水喷淋，3月5日备用1#终冷器关闭进口开出口煤气保压改为关闭出口开进口保压，3月5日21时关闭热氨水喷淋，洗苯塔后煤气氨含量，如表3所示。

表3 二期2#终冷器氨含量分析表

3.5 其他影响终冷器阻力原因

一期终冷器从5月4日冲洗后阻力一直在1.5～1.7kPa波动，5月16日，因气温偏高但未开制冷机，造成初冷器出口温度比终冷器出口温度高2℃，终冷器阻力从1 500Pa，快速升高到2 000Pa，初冷器温度控制偏高时，特别是终冷器出口温度低于初冷器出口温度时，原本在初冷器冷却下来的焦油和萘到终冷器因温度低析出形成阻力，这种情况在随后的3d时间内，初冷器温度降低后，终冷器阻力也逐渐恢复到正常。

4 结语

通过多次的摸索试验，找到了终冷器降低阻力的有效途径，实现了设备较长周期连续稳定运行，实践证明，采用苯水分离水利用冷凝液泵循环喷洒，多余冷凝液送回冷鼓工序，可以实现终冷器阻力稳定、氨含量达标，连续运行至少一周，有助于稳定洗苯系统操作的同时，还能够延长终冷器换热管使用寿命，减少制冷水系统外来热源和温度波动。