低碳烯烴裝置設備低溫脆裂操作管理

溫潤娟，丁文瑤

（國家能源集團寧夏煤業公司煤炭工業技術研究院，寧夏 銀川 750411）

化工生產中，設備的材質選型要嚴格根據輸送或儲存流體的介質在溫度、壓力、抗腐蝕能力、承受應力等方面全方位的考量，但在工藝運行過程中，設備所用材料在不同的環境下仍可能產生一定的脆裂[1-2]，這對安全生產是一項重大隱患。引發脆裂的因素很多，如組織相變引起的脆裂，設備運行過程中局部或全部腐蝕引發的脆裂，焊接加工引起的脆裂，設備內部死角堵塞物引發的脆裂，設備局部處于脆性轉變溫度區域以下引發的脆裂[3]。化工設備運行的良好性，必須關注脆裂問題。在煤化工領域，生產低碳烯烴是煤炭增值利用的主要方向。低沸點輕質烴類物質，在壓差過大的情況下，容易發生低溫韌脆轉變。系統受到較大壓力沖擊時，低溫韌脆轉變部位存在崩裂風險。生產過程中，關鍵操作維護中需要嚴格地執行設備防冷脆的操作管理，避免安全事故的發生。在煤基烯烴裝置中，所涉及到的低碳烯烴主要是C4以下產品，如乙烯、丙烯、LPG、燃料氣等。在裝置上凡涉及到此系列產品的輸送、儲存、轉運等操作均需要重點關注設備脆裂問題。本文針對寧煤烯烴裝置的設備、管道、閥門等防低溫脆裂問題，詳細梳理裝置易發生冷脆的系統，重點闡述了系統引物料、退料、排放、泄壓、降溫降壓等工藝運行操作要點，為裝置的工藝安全管理提供一定的技術支持。

1 裝置易發生低溫冷脆的系統

在煤基烯烴裝置中，凡涉及到低碳烯烴的生產、儲存、輸送、轉運等均需要重點關注低溫脆裂的問題，主要涉及的系統有脫丙烷塔系統、脫乙烷塔系統、C3分離系統、C2分離系統、脫甲烷塔系統、冷烴收集罐系統、丙烯制冷及乙烯制冷系統。這些系統主要處理的物料為低沸點輕質烴類，如乙烯、丙烯、LPG、燃料氣。此類物質在常溫常壓下以氣態形式存在，在工藝操作上壓差過大易發生相變造成溫度突變的情況，就會引起設備發生低溫韌脆轉變。因此在倒換物料、裝置開車引物料，停車退料、泄壓過程均需要嚴格遵循物料特性，制定相應的操作規定，加強工藝過程的安全管控，避免設備低溫脆裂事故的發生。

2 設備防冷脆操作要點

2.1 系統工藝交出

針對低沸點輕質烴類物料，在整個系統工藝交出時物料排放須嚴格控制降壓速度，避免降壓速度過快管線掛霜，材質發生低溫韌脆轉變。工藝交出重要的三大操作為退料排放收集、系統泄壓、系統殘液退料。物料排放結束標準為檢查確認各塔、罐、泵、換熱器等設備及各輸送管線低點導淋無液相。排放過程中降壓速度嚴格控制在0.01 MPa·min-1。物料排放后，在泄壓操作時應遵循“先倒料后泄壓”的原則，盡可能的利用系統壓力將物料排放，同時烴類在泄壓時易揮發造成設備凍堵、冷脆，排盡后泄壓，減少排放量，減輕對周圍環境的影響。嚴禁物料未倒完就泄壓排放。退料、泄壓過程中現場操作人員加強對各塔、罐、換熱器、泵及管道巡檢，檢查設備及管道有無結霜現象，中央控制室人員密切監控系統各溫度測點，嚴禁測點溫度低于5 ℃。發現異常情況現場應立即停止退料、泄壓，并通氮氣提高系統壓力防止丙烯、乙烯、LPG 等低沸點輕質烴類氣化吸熱，引起設備材質的低溫韌脆轉變，現場查明溫度異常原因并得以解決后方可繼續退料、泄壓操作。整個系統壓力泄至微正壓時，方可結束泄壓操作，防止塔器等設備因負壓損壞設備。冷烴收集罐是用于系統殘液排液的收集，收集罐在接收物料前應先投用罐體伴熱，待罐體溫度達到25 ℃以上再開始接收物料。各系統向收集罐退料過程中，操作任務要密切監控好罐體溫度，確保罐體溫度在0 ℃以上，避免管體材料的低溫冷脆風險。

2.2 系統開車引物料

裝置開車過程為了節省開車及出合格產品時間，通常直接從罐區引物料至系統。為了避免低沸點輕質烴類因壓力變化出現氣化造成設備的低溫冷脆的隱患發生，系統在引物料前，適當的沖壓。目前，裝置上各系統開車需要引物料的主要涉及脫丙烷塔系統、C3分離塔系統、丙烯制冷系統、乙烯制冷系統。脫乙烷塔系統、C2分離系統、脫甲烷塔系統，所處理的物料為C1～C3組分，開車時無需單獨引物料，前系統開車正常后便可接料。

針對塔系統的開車引物料，首先要確認系統具備開車引物料條件，同時聯系罐區確認罐區具備送物料條件。對于脫丙烷塔和C3分離塔的開車，首先用罐區氣相丙烯對塔系統進行置換氮氣放火炬。置換結束后向系統充壓至1.0 MPa，此壓力下的丙烯溫度接近環境溫度。此時再向系統引液相丙烯或LPG，方可避免壓力變化引起的物料相變而造成的設備材質低溫韌脆轉變。系統引物料的量可以滿足系統的全回流操作，即可停止引物料操作。對于丙烯、乙烯制冷系統，整個系統的材質低溫性能均進行設計優選，因此在開車引物料時，引氣相物料沖壓至0.5 MPa，此時物料溫度接近0 ℃，嚴禁未經沖壓引液相物料至系統。

2.3 裝置系統運行時的機泵檢修

裝置運行過程中，機泵檢修較為常見。輸送低沸點輕質烴類的機泵檢修前的工藝交出也要密切關注退料過程中的底溫脆裂問題。退料過程的基本流程為：關閉檢修泵的進出口手閥及泵最小流量線手閥；導通泵進出口及泵體退料線盲板；打開泵進出口及泵體退料線手閥退料泄壓。當泵進出口壓力低于0 ℃對應的飽和蒸氣壓時，打開泵入口手閥閥后低壓氮氣管線，向泵體內沖壓，防止泵體及退料線管道結霜導致設備管線冷脆。退料、泄壓過程中現場操作人員先對輸送流程上的設備、管線提前預冷，預冷的方法就是在流體輸送流程稍微過量一定時間，避免溫度變化過快、應力過大而使材料或連接部位產生損壞的問題。在整個工藝操作過程中加強對泵體及退料線管道巡檢，檢查泵體有無結霜，若發現泵體結霜，立即關小或停止退料、泄壓。

3 結論

煤基低碳烯烴裝置，烯烴分離的流程較長，基本涵蓋了所有的分離操作，如精餾、萃取、抽提、吸收、吸附、洗滌。低沸點輕質烴類在退料、泄壓、引物料等重大操作可能存在設備、管線材質的低溫韌脆。針對此問題，本文根據低沸點輕質烴類的飽和蒸氣壓與溫度的關系，重點提出退料過程中速度的把控、系統泄壓原則、塔系統開車引物料以及機泵檢修的操作要點，為裝置的工藝安全管理提供一定的技術支持。