塔河二號聯合站輕烴裝置冷箱堵塞原因分析及處理

中國石化西北油田分公司采油二廠

塔河二號聯合站輕烴裝置冷箱堵塞原因分析及處理

侯建平鄭佳任廣欣孫彪

中國石化西北油田分公司采油二廠

塔河油田二號聯合站輕烴裝置采用冷凝分離法回收天然氣中的輕烴、液化氣。1#冷箱由于破碎的濾網殘渣和施工焊渣的進入，造成原料氣通道堵塞。通過對故障的主要現象進行分析，采用逆流爆破吹掃法進行解堵，吹掃出堵塞物，使通道恢復通暢，裝置恢復正常運行。最恰當的做法應是以預防為主，在冷箱各個通道的進口設置合適的過濾器并定期檢查更換濾網，要在試壓合格后進行爆破式吹掃，防止異物進入冷箱。

塔河油田；輕烴裝置；冷箱；板翅換熱器；吹掃

塔河油田二號聯輕烴站于2005年投入使用，經數次改擴建，現采用DHX冷凝分離法回收天然氣中的輕烴、液化氣。輕烴回收裝置利用丙烷預冷+膨脹機制冷工藝將天然氣冷至-55℃，從而將沸點較高的烴類冷凝分離，并將冷凝液分餾成合格輕烴、液化氣產品，日處理氣量22×104m3（含分子篩單元再生氣），C3回收率為85%。

1　故障簡介

塔河二號聯輕烴回收工藝流程如圖1所示。原料氣制冷過程是整個輕烴回收工藝的關鍵環節，2015年1月9日二號聯輕烴站增壓后冷卻器管束腐蝕穿孔，現場采用更換管束的方式進行處理。新更換管束的冷卻器投用后，1#冷箱原料氣通道進出口壓差由0.3MPa逐步升高至0.9～1.0MPa，1月12日壓差達到1.1MPa，導致前端流程中的膨脹機增壓端出口壓力和原料氣壓縮機二級排氣壓力上升，壓縮機二級排氣達到最高工作壓力3.0MPa，影響裝置正常運行，現場采用控制進氣量和打開膨脹機JT閥的方式維持生產。由于進氣量減少和制冷深度不夠，導致輕烴、液化氣減產，進站原料氣通過火炬放空，造成資源浪費和環境污染。

圖1　塔河二號聯輕烴回收工藝流程圖

2　原因分析

2.1運行工況

二號聯輕烴站1#冷箱屬板翅式冷箱，尺寸1800mm×500mm×574mm，翅片間隙1.2mm。冷箱于2005年4月與輕烴處理裝置同時投產運行，進出冷箱的物料有三股，三股物料的運行流程及工況如圖2所示，三股物料分別是來自膨脹機增壓端增壓后的原料氣、來自重接觸塔頂的干氣和來自低溫分離器的低溫凝液。冷箱設計溫度為-190～50℃，原料氣通道設計壓力4.8MPa，干氣和凝液通道設計壓力均為1.2MPa。

2.2原因判斷

（1）凍堵。通常情況下，若是原料氣脫水不充分[1]或者是含有大量的CO2組分[2]，在冷箱中溫度降低到一定程度時可形成二氧化碳水合物、天然氣水合物或冰堵塞通道。

圖2　1#冷箱中物料的運行流程及工況

（2）機械雜質堵塞。進入冷箱通道的機械雜質有很多，比如分子篩粉塵[3-4]、腐蝕的濾網碎片、管道積碳、施工殘留的焊渣等。現場打開1#冷箱原料氣通道進口錐形管道過濾器，發現濾網消失，故定性為機械雜質堵塞。

3　解堵措施

3.1解堵方案

對于機械雜質堵塞的冷箱通道，需要進行逆流爆破吹掃，吹出機械雜質解堵。此法是處理換熱內機械雜質堵塞的較好方法，但要求冷箱本身的釬焊質量較好，能承受較高的壓力。1#冷箱原料氣通道設計壓力為4.8MPa，耐壓試驗壓力為6.3MPa，由于冷箱使用時間近10年，為安全起見最大吹掃壓力不超過0.6MPa。

吹掃爆破片采用3mm厚的石棉板，吹掃氣源由氮氣儲罐提供。吹掃時先用一層爆破片，然后視承壓情況逐步增加爆破片層，最大爆破壓力不大于0.6MPa，爆破吹掃次數不低于4次。吹掃前需確保冷箱靜電接地完好可靠，將上下游工藝流程切斷，管線放空后進行氮氣置換，檢測可燃氣體體積含量≤0.5%方為合格。同時，在吹掃流程中，為保證安全，在爆破片后端加裝引管插入水桶中，用于收集爆破片和吹出的機械雜質。吹掃流程如圖3所示。

圖3　冷箱逆流爆破吹掃流程圖

3.2吹掃步驟

在準備工作完成之后，開始進行逆流爆破吹掃，步驟如下：①打開儲氣罐供氣閥(手動開啟、開啟幅度盡量緩慢，避免對冷箱造成較大的沖擊)，氮氣進入冷箱原料氣通道；②待壓力上升到0.3MPa時，按0.01MPa的升幅緩慢升壓，直至爆破為止。第一次爆破時請注意觀察管線等相關設備的振動情況，如果沖擊力過大，在下次爆破時通道壓力必須降低；③拆除爆破片,緩慢開啟供氣閥,對通道進行多次吹掃，吹掃壓力應小于0.2MPa，吹掃時間不低于10min；④重復以上第二、三步驟，對該通道進行反復爆破、吹掃。

3.3注意事項

（1）爆破吹掃時泄壓速度較快，會對冷箱內部板翅造成沖擊，在每次爆破過程中，仔細觀察冷箱及管線的振動情況，并且及時調整爆破壓力。

（2） 根據《壓力容器安全技術監察規程》，高壓狀態一次性瞬間泄壓是禁止的，高壓泄壓會產生強烈反沖力，故爆破吹掃壓力不宜過高。

（3）由于還有很多無法控制因素，該方法存在風險，對設備造成的影響不能準確評估；

（4）吹掃過程必須在冷箱與工藝流程完全斷開、冷箱通道及管線氮氣置換合格后進行。

（5）爆破吹掃使用的氣體必須為氮氣，儲氣罐壓力不超過0.8MPa。

（6）為防止吹出的機械雜質與管線碰撞產生火花或機械雜質傷人，可在爆破片后端加裝引管插入水桶。

4　結語

冷箱堵塞是由于原料氣通道進口過濾器濾網損壞失效，導致破碎的濾網和焊渣堵塞通道。逆流爆破吹掃是清除冷箱通道中機械雜質切實可行的一種方法，但也不能達到完全清除的效果。最恰當的做法應是以預防為主，在冷箱各個通道的進口設置合適的過濾器并定期檢查更換濾網；要在試壓合格后進行爆破式吹掃，防止異物進入冷箱。

[1]袁清，鄭智偉．一起冷箱冰堵事故的經過及原因分析[J]．廣州化工，2013，41（15）：198-200.

[2]程振華．天然氣處理廠脫甲烷塔CO2凍堵的規律及解決方案研究[J]．現代化工，2010，30（8）：80-82.

[3]趙建清．冷箱EA331堵塞原因淺析[J]．揚子石油化工，2002，17（1）：8.

[4]王遇冬．天然氣處理與加工工藝[M]．北京：石油工業出版社．1999，18-32.

（0996）4687736、909277929@qq.com

（欄目主持李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.002

侯建平：2011年畢業于長江大學油氣儲運工程專業，從事油氣集輸工藝技術研究及管理工作。

2015-05-02