LNG液化工廠冷箱壓差高原因分析及處理

邱應杰(河南晉煤天慶煤化工有限責任公司，河南 焦作 454550)

0 引言

LNG液化工廠被廣泛應用于煤層氣抽采加工、煤制天然氣裝置以及焦爐尾氣合成天然氣裝置的后續液化處理中，天然氣液化后便于儲存，能夠長距離運輸，同時可以用來給天然氣生產裝置進行調峰，因而備受青睞。液化冷箱內部核心設備板翅式換熱器，常見故障為氣體流道阻力增加，影響液化運行負荷、造成換熱器損壞，甚至可能衍生次生事故。原因主要為機械固體堵塞或高冰點氣體物質凍堵，附著在換熱器表面造成通道變窄、阻力增加。通過分析原料氣組分、和復熱后冷箱流道內部氣體成分判斷阻塞原因，采取吹掃和冷箱置換復熱的方式進行疏通。根據分析結果有針對性的對進冷箱前的氣體預處理指標進行重點管控，防止固體雜質和高冰點物質脫除不干凈，造成超標，制定嚴格的工藝指標或進行技術改造，保證后期的安全穩定長周期運行。

1 LNG液化冷箱壓差高常見原因分析

運行過程中造成冷箱壓差高的原因較多，在以煤制天然氣作為燃料氣的液化裝置中常見原因分析主要是以下幾種。

1.1 機械固體雜質造成冷箱堵塞

液化冷箱中的板翅式換熱器流道狹窄，固體雜質帶入會造成通道堵塞阻力增加。主要發生在開車初期或者檢修后，由于管道吹掃不干凈，管道內部焊渣、灰塵等雜物進入冷箱；運行過程中多發生在進冷箱前的脫水單元，脫水塔內絲網破損造成分子篩碎片或粉末帶到后系統，加上進冷箱前過濾器損壞，固體物質進入冷箱，造成堵塞。分析是否為機械雜質堵塞，首先通過氣質分析及前期在線數據趨勢分析，如無超標趨勢分析氣體組分是否超標。同時通過冷箱進氣量和流道壓差比例關系進行判斷，當出現壓差上漲后，將進氣量穩在一個數值后，壓差也能夠穩定不再上漲，可初步判斷為機械雜質擁堵流道。

1.2 進冷箱二氧化碳超標

煤制天然氣采用的甲烷合成工藝生產SNG，為提高產品氣甲烷純度，甲烷合成原料氣的M值(模值)要嚴格低限3.0±0.1，輕微波動導致甲烷合成反應碳過量，產品氣中CO2超標。CO2冰點是-78.5℃，帶入冷箱在低溫環境中會迅速凝結成并附著在換熱器表面，阻塞通道，持續超標的話會迅速累積，阻力持續上漲；碳超標的判斷有兩種情況：一種是液化裝置不配套脫碳裝置，SNG直接經過脫水后進入冷箱，此流程需要甲烷合成產品氣中CO2微量＜20ppm,通常是模值波動造成微量超標冷箱阻力增加；另一種是液化裝置配有脫碳裝置，產品SNG先經過脫碳裝置脫除掉CO2，再經過脫水單元后進冷箱，造成超標多是因為前工段CO2超標嚴重超出脫碳實際脫除能力，導致脫除不干凈微量超標。或者脫碳溶液濃度指標下降，吸收效果差，造成脫除不干凈微量超標。例如我公司脫碳進口設計CO2濃度最高為3%，脫碳液有效組分濃度為48%～52%，超過此指標運行均可能造成氣體凈化出口指標招標，冷箱阻力增加。

1.3 進冷箱水分超標

煤制天然氣裝置產品SNG本身攜帶部分飽和水，不論是直接過脫水，或者中間經過脫碳裝置再進脫水，均有部分飽和水攜帶，必須經過脫水單元脫除凈后，再進冷箱進行液化，分析脫水后露點必須低于-65℃以下。水超標原因分析，進脫水單元氣質發生變化，水含量增加或帶入游離水，如脫碳裝置帶液造成進脫水帶水，造成脫水分子篩失活，吸水效果下降，出口超標。或者脫水單元分子篩再生不好，分子篩再生溫度不夠，造成再生不完全，吸附效果下降，出口超標；脫水單元分子篩運行周期長，活性衰減后吸附效果下降達不到設計要求，造成出口超標。

1.4 進冷箱重烴等其他物質含量超標

煤制天然氣裝置由于催化劑的選擇性，不會生成重烴類物質，此類物質超標多發生在進冷箱天然氣來源為石化企業的裝置中，氣體中凝固點較高的重烴類物質含量超標，進入冷箱造成阻力增加，此類問題解決需通過增加脫重烴單元進行烴類脫除。還有一種情況是，天然氣經過往復式壓縮機進行壓縮，壓縮機潤滑油攜帶進入天然氣中，除油過濾器除油不干凈，造成進冷箱天然氣中潤換油含量超標，冷箱壓差增加。

1.5 閥門狀態不對造成氣體短路

正常生產運行，氣體流程從前到后，一步步經過過濾脫除凈化最后進冷箱，如果閥門未關閉或者關閉不嚴，造成主流程被旁路，氣體走短路不經過凈化單元，例如固體雜質不經過過濾器過濾進入冷箱，SNG不經過脫碳裝置、或脫水裝置直接進冷箱，造成冷箱壓差增加，此類問題需要嚴格確認排查。

2 液化冷箱壓差高處理措施

2.1 機械固體堵塞處理

對堵塞的冷箱流道進行逆流程反吹，首先關閉該流道進冷箱閥門，導氮氣進入流道后系統LNG閃蒸罐和管道，充壓至壓力不超過閃蒸罐最高工作壓力0.35MPa,將該流道進冷箱閥門遠離冷箱一側脫開，作為吹掃排放口，打開該閥門進行泄壓吹掃，在排放口處放置白漆板，觀察排放氣有無帶出物有。兩種方案：氮氣流程能夠滿足大氣量吹掃的，進行連續排放吹掃；氮氣流程受限的進行憋壓間斷吹掃，先將壓力充至最高后，快速打開排放閥，進行吹掃；連續排放吹掃同樣要進行快速開關閥門，形成流速變化，容易帶出堵塞物質。必要時候需要進行管道、管件、閥門的拆卸，并制作部分臨時管道，建立起足夠氮氣供應的流程進行吹掃。

2.2 二氧化碳和水的凍堵處理

首先將原料氣進冷箱流道、氣相和液相冷劑流道進出冷箱閥門進行隔離，在進口處通入復溫氮氣，將冷箱正流程上的閥門前后的低溫導淋及閃蒸槽和汽提塔的放空打開，進行置換復溫；冷劑系統的氣相液相冷劑節流閥全部打開、氣液相聯通打開，各處導淋全部打開，置換復溫。主要記錄溫度點：觀察并記錄冷箱內部自上而下各層溫度、各流道內節流閥、調節閥前溫度，能監控的冷箱內部溫度全部記錄，控制溫升趨勢不超過10℃/h，根據升溫速率調整氮氣加入量。

同時排放口取樣做分析，監控隨著冷箱溫度上漲后，堵塞流道置換出來的微量成分，并觀察下降趨勢，用來判斷凍堵物質是否吹除干凈。為確保復熱徹底，冷箱要進行升溫復熱，將氮氣走正流程送至脫水塔再生氣加熱器加熱后，送至進冷箱管線，逐步提高進氣溫度將冷箱溫度提高至冷箱最高允許溫度，設計為不超50℃。每提高5℃，穩定2h以上同時穩定住進氣量，觀察冷箱壓差變化及各點溫度變化趨勢。最終出口排放氣中堵塞微量成分分析連續未檢出視為置換干凈。

疑似凍堵物質的判定，如不確定堵塞物質成分，可將堵塞流道單獨隔離后保壓，先不進行置換復溫。只是對冷箱內另外的進原料氣流道和冷劑流道進行通氮氣復溫，等冷箱各層溫度復熱至常溫后，視為堵塞流道物質汽化，從保壓管道排放口取樣做分析，能夠判斷出來堵塞成分，便于下一步有針對性的預防。

3 采取的應對及預防措施

3.1 機械固體雜質的預防

首先，原始開車或者檢修后的裝置要將冷箱外部的管道及設備徹底吹掃干凈，減少機械雜質殘留可能，尤其是甲烷合成反應器催化劑粉末、和進冷箱前脫水單元的分子篩，一旦過濾不掉，極易帶入冷箱造成堵塞。因此，要重點監控進冷箱前過濾器的壓差，并定期切換和檢查過濾器濾芯情況，及時清理更換，確保過濾效果合格。

3.2 進冷箱氣體微量超標的預防

原料氣成分的控制：甲烷合成反應模值在保證SNG純度情況下，不應過低，控制3.0±0.1最好，確保CO2微量不超標，最好要配備脫碳轉裝置，無脫碳裝置情況下微量CO2控制小于20ppm，有脫碳裝置情況下根據脫碳能力確定SNG中CO2含量，控制<1.5%；原料氣凈化單元凈化效果保障：脫碳液要每天分析胺液濃度，并補充胺液保證濃度，胺液再生塔底溫度120±5℃，塔頂100～105℃，且要保證穩定，確保再生效果能夠滿足脫碳能力；脫水塔出口在線實時監控露點分析數據，運行時間長的裝置重點關注脫水進口及出口露點分析，尤其是分子篩的吸附末期的露點分析，必須確保露點合格，最高不超過-65℃，如發現末期吸附能力下降，及時進行提高再生溫度調整，或更換分子篩吸附劑。同時，生產運行調整過程中重點監控由于旁路閥門內漏或未關嚴的情形，造成原料氣未經凈化單元直接進冷箱造成堵塞。

4 結語

綜上所述，煤制天然氣配套LNG液化裝置冷箱壓差上升原因，相對簡單并好判斷，除了機械雜質常見凍堵物質就是二氧化碳和水，處理措施為氮氣吹掃和加熱復溫吹除。生產過程中可通過原料氣及凈化裝置的指標控制及日常監控各類指標變化，預防和判斷出成分變化，避免原料氣中低熔點物質微量超標，從而避免冷箱凍堵造成的不必要停車和設備損壞，確保液化裝置穩定滿負荷運行。