循環烴蒸發器泄漏治理及能量綜合利用

摘" " " 要： 從生產工藝的角度論述了甲醇制丙烯工藝中循環烴蒸發器、蒸汽凝液系統運行狀況及對裝置運行的影響，通過綜合分析，將不同問題進行綜合考慮進行優化改造，既解決了裝置運行過程中存在的泄漏問題，又實現了現有能量、資源的高效利用，確保了裝置安全、高效運行。

關" 鍵" 詞：甲醇制丙烯； 循環烴蒸發器； 泄漏； 蒸汽凝液

中圖分類號：TQ051.62" TQ××" " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（20202023）08-00001211-0－3

隨著化學工業的高速發展，丙烯作為石油化工產品的基本原料，需求量日益增加。傳統的石油路線制取低碳烯烴的方法是以石化產品作為原料，主要依靠蒸汽裂解法，所用原料有石腦油、輕柴油和丙烷等。根據全球石油資源的持續短缺及可持續發展戰略的要求，世界上許多石油公司都致力開發非石油資源生產低碳烯烴的技術路線，其中以煤基合成的甲醇為原料生產低碳烯烴的工藝技術（煤制聚烯烴）日益受到關注[1-6]。

甲醇制烯烴技術是煤基烯烴產業鏈中的核心技術。甲醇制烯烴工藝流程為在合適的操作條件下，以甲醇為原料，采用適宜的催化劑，在固定床或流化床反應器中通過甲醇脫水制取低碳烯烴。根據目的產品的不同，甲醇制烯烴工藝分為甲醇制乙烯、丙烯工藝（MTO）和甲醇制丙烯工藝（MTP）[7-12]。

甲醇制丙烯的反應過程分兩段進行，首先在二甲醚（DME）反應器中，原料甲醇在氧化鋁基催化劑作用下生成DME；其次在MTP反應器中，" "DME/甲醇（MeOH）、工藝蒸汽和循環烴物流在沸石基催化劑作用下進一步轉化為烴類混合物，烴類混合物經過冷卻、氣體分離、壓縮、干燥、精餾，產出丙烯產品，同時還副產乙烯、LPG、汽油組分油和燃料氣。在甲醇制丙烯工藝中，影響丙烯收率的因素較多，如催化劑性能、反應溫度、反應壓力、循環烴的配比、循環烴的質量（組份分）、工藝蒸汽的配比等，這些因素均對丙烯收率的高低有很大的影響[13-17]。

在MTP反應器的一級進料中加入循環烴，可以降低甲醇分壓、移除反應熱，同時，循環烴也可以在反應器中進一步發生歧化或裂解反應，生成更多的目標產物，因此，保證循環烴的配比和質量（組份分）可以大幅度的地提高丙烯收率。在實際運行過程中，如何優化操作保證循環烴的配比和質量（組份分），充分發揮催化劑的效率，從而獲得最大的丙烯收率，是企業追求的目標和努力的方向。

1" 循環烴蒸發系統流程

精餾系統分離、冷凝后的65 ℃的液相C5/C6烴類物料經過泵加壓至1.7 MPa（G）g后送入循環烴蒸發器，在循環烴蒸發器中用低壓蒸汽作為熱源加熱汽化，再經過循環烴過熱器過熱到215 ℃，然后送至反應單元進一步過熱后，作為C5/C6循環烴進入MTP反應器參與反應。

2" 循環烴蒸發器運行狀況

循環烴蒸發器正常運行期間，出入口溫度、流量穩定，不會進行頻繁調整，且C5/C6烴類物料中不含腐蝕性介質，循環烴蒸發器運行條件良好。

裝置建設階段委托國內某廠家制造的循環烴蒸發器在投用不久后就發現殼程C5/C6烴類物料泄漏至管程蒸汽凝液介質中，工藝交出后拆開循環烴蒸發器對管板和管束進行檢漏，發現有多處管束與管板連接角焊縫處存在泄漏，采取補焊角焊縫及管束堵漏處理，但是檢修后投用不久又會出現同樣的問題，因循環烴蒸發器頻繁泄漏檢修消漏，堵管率較高，已嚴重影響了其蒸發效果，隨后又采購了循環烴蒸發器，并委托了不同制造廠家，新更換的循環烴蒸發器投用前試漏正常，但是投用不久后也頻繁出現了管束與管板連接角焊縫處存在泄漏的問題。

循環烴蒸發器頻繁發生泄漏，影響進入反應器的循環烴的配比和質量（組份分），從而影響裝置收率；另外，循環烴蒸發器出現泄漏后，C5/C6烴類物料會泄漏至蒸汽凝液中，蒸汽凝液系統中的可燃氣、COD含量會升高，給裝置運行帶來了極大的安全隱患；循環烴蒸發器泄漏后，要切斷循環烴供應，對循環烴蒸發器進行工藝交出檢修泄漏，循環烴切出后，裝置的丙烯收率會大幅度降低，副產品收率大幅度升高，嚴重影響了裝置的經濟效益。

3" 循環烴蒸發器泄漏分析

循環烴蒸發器管束與管板連接處頻繁發生泄漏，導致烴類物料泄漏至蒸汽凝液系統給裝置平穩運行帶來了極大的安全隱患；循環烴蒸發器泄漏或檢修期間，造成循環烴的配比和質量（組份分）發生變化，導致主、副產品收率發生變化及循環烴蒸發器頻繁檢修對裝置運行的經濟效益影響較大。循環烴蒸發器頻繁出現泄漏給裝置安全、高效運行帶來了較大的挑戰。

針對循環烴蒸發器管束與管板連接處頻繁出現泄漏，且更換使用不同制造廠家制造的蒸發器后均出現相同的問題，隨后邀請了相關設計院、化工工藝專家、相關設備制造廠家、相關研究院等人員，根據實際情況對泄漏原因進行了綜合分析診斷及有關計算，經過分析計算發現，循環烴蒸發器單臺設備過大；C5/C6烴類物料進出循環烴蒸發器的溫差過大；經過換熱設備的振動計算，未發現循環烴蒸發器管束的振動超標；且C5/C6烴類物料中沒有其它他可能造成腐蝕的介質，因此，造成循環烴蒸發器底部管束失效的主要原因是該換熱設備溫差過大造成應力集中而導致管束與管板連接處失效泄漏，建議對進入循環烴蒸發器的C5/C6烴類物料先進行預熱后再送入蒸發器，同時適當縮小循環烴蒸發器的設備尺寸。

4" 泄漏治理及能量綜合利用

循環烴蒸發器管束與管板連接處頻繁泄漏的主要原因確定后，就需要尋找合理的改進措施，消除影響裝置安全、高效運行的瓶頸問題。通過對裝置運行進行系統性的分析排查發現，裝置內蒸汽凝液的熱量有進一步利用的空間，而且能解決蒸汽凝液系統存在的運行問題。

裝置內的中壓凝液統一送入中壓凝液閃蒸罐，在中壓凝液閃蒸罐內閃蒸出部分低壓蒸汽并入管網，中壓凝液閃蒸罐罐底的凝液通過液位控制送入低壓凝液閃蒸罐，在低壓凝液閃蒸罐內閃蒸出部分低低壓蒸汽并入管網（低低壓蒸汽用戶用汽量少時，部分低低壓蒸汽放空。），低壓凝液閃蒸罐罐底的凝液通過液位控制并經過加壓、冷卻后送出界區回收。在運行過程中，中壓凝液閃蒸罐罐底至低壓凝液閃蒸罐的管線彎頭、閥門頻繁發生泄漏，經過分析發現，此管線內的凝液經過閥門減壓后，存在汽液兩相流，造成管線彎頭、閥門沖蝕嚴重，導致頻繁發生泄漏。

根據實際運行情況，解決循環烴蒸發器因進出口溫差過大造成應力集中而導致管束與管板連接處失效泄漏的問題，需要對C5/C6烴類物料先進行預熱后再送入循環烴蒸發器，降低循環烴蒸發器物料出入口溫差，降低換熱器的熱負荷及溫差應力；解決中壓凝液閃蒸罐罐底至低壓凝液閃蒸罐的管線因存在汽液兩相流導致沖蝕泄漏的問題，需要降低中壓凝液閃蒸罐罐底至低壓凝液閃蒸罐的中壓凝液溫度，避免存在兩相流對管線彎頭、閥門的沖蝕磨損。經過充分討論和相關計算，可以對兩項泄漏問題進行綜合治理，既消除了泄漏帶來的安全隱患，還可以綜合利用蒸汽凝液的熱量，減少低低壓蒸汽閃蒸量，避免放空損失。

泄漏治理及能量綜合利用示意圖如圖1所示，在C5/C6烴類物料進入循環烴蒸發器前增加一臺循環烴預熱器，循環烴與中壓凝液閃蒸罐罐底來的中壓凝液換熱，一方面可以提高進入循環烴蒸發器的C5/C6烴類物料的溫度，降低循環烴蒸發器的進出口溫差，減少循環烴蒸發器的熱負荷和溫差應力，另一方面還可以降低中壓凝液的溫度，避免中壓凝液閃蒸罐底部出口管線出現兩相流現象沖蝕管線彎頭、閥門。同時，新增一臺換熱面積和設備尺寸較小的循環烴蒸發器，并合理利用現有資源，與原有的循環烴蒸發器互為備用，其中一臺出現問題時，可相互切換使用，進一步提升了裝置安全運行的可靠性。

優化改造實施并投用后，循環烴蒸發器負荷明顯下降，在循環烴溫度滿足工藝需求的情況下，低壓蒸汽用量較優化改造前降低約30%，通過對循環烴蒸發器管程出口持續進行檢測，未出現殼程C5/C6烴類物料泄漏至管程蒸汽凝液介質中的現象，蒸發器運行狀況良好；通過對中壓凝液熱量進行合理利用后，中壓凝液閃蒸罐罐底出口凝液溫度明顯降低，存在汽液兩相流的情況明顯好轉，而且低低壓蒸汽閃蒸量降低約40%，放空閥門實現了關閉。通過優化改造，解決了因泄漏給裝置安全、高效運行帶來的問題。

5" 結語結束語

通過實踐應用，將不同問題進行綜合分析進行優化改造，消除了因循環烴蒸發器內漏導致蒸汽凝液系統可燃氣超標、中壓凝液閃蒸罐罐底出口中壓凝液存在兩相流對管線彎頭、閥門沖蝕泄漏帶來的安全隱患；解決了循環烴蒸發器因進出口溫差過大造成應力集中而導致管束與管板連接處失效泄漏、中壓凝液閃蒸罐罐底至低壓凝液閃蒸罐的管線因存在汽液兩相流導致沖蝕泄漏的問題，確保了裝置安全、高效運行；合理利用了蒸汽凝液的熱量，實現了現有能量、資源的高效利用，減少了放空損失；同時，充分利用現有資源，將新增循環烴蒸發器與原有循環烴蒸發器互為備用，進一步提升了裝置安全、高效運行的可靠性。

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Leakage Control and Energy Comprehensive Utilization

of Circulating Hydrocarbon Evaporator

WU Li-jun ZHAO Zhen LI Zhen

（1. National Energy Group Ningxia Coal Olefin Branch， Yinchuan Ningxia Yinchuan 750411，， China；;

2. National Energy Group Coal-to-Oil Chemical Quality Inspection and Measurement Center， Yinchuan Ningxia Yinchuan 750411，， China）

Abstract：" From the perspective of production process， this paper discusses the operation status of circulating hydrocarbon evaporator and steam condensate system in methanol to propylene process" was discussed and as well as its influence on the operation of the device. Through comprehensive analysis， different problems are were comprehensively considered for optimization and transformation， which not only solves solved the leakage problem in the operation of the device， but also realizes realized the efficient utilization of existing energy and resources， and ensures ensured the safe and efficient operation of the device.

Key words：" Methanol to propylene ; ; Circulating hydrocarbon evaporator ;;" Leakage;" ; Steam condensate