干法乙炔發(fā)生器改造后的優(yōu)越性探究

惠媛媛

(中國石化長城能源化工(寧夏)有限公司，寧夏 銀川 750000)

中國石化長城能源化工(寧夏)有限公司干法乙炔裝置于2014年7月投產(chǎn)。裝置運行兩年后發(fā)現(xiàn)發(fā)生器的注水管、氣相洗滌管、洗滌冷卻塔、列管填料塔和后排渣泵管道極易結(jié)垢，管道堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致發(fā)生器無法長周期運行，需要不定期切換檢修，極大地增加了勞動強度和檢修成本[1]。隨著近幾年裝置負(fù)荷的提高和下游裝置的增量需求，必須從根本上解決影響長周期運行的瓶頸。因此自2016年7月開始對四臺發(fā)生器進行了技術(shù)改造。改造后各管道的堵塞情況明顯好轉(zhuǎn)，設(shè)備運行周期延長，工藝可靠性提高，有利于裝置負(fù)荷的穩(wěn)定，為公司帶來了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

1 發(fā)生系統(tǒng)的改造

干法乙炔發(fā)生是過量的水與電石在攪拌的作用下反應(yīng)，產(chǎn)生的乙炔氣從發(fā)生器頂部逃出，靠自壓進入洗滌冷卻塔進行除塵和冷卻，氣相管洗滌水通過排渣泵排入沉降池后，上清液再返回至發(fā)生器作為一路反應(yīng)水與電石反應(yīng)。在改造前由于洗滌水和返回的上清液固體含量均較高，極易造成管線結(jié)垢堵塞，導(dǎo)致發(fā)生器運行周期縮短，乙炔氣收率降低，且存在一定的安全隱患。

1.1 發(fā)生器進料系統(tǒng)的改造

改造前：(1)發(fā)生器進料機位置高于進水口位置，細(xì)粉電石在下落過程中揚塵較大，大量懸浮電石渣及電石顆粒被乙炔氣夾帶進入洗滌除塵工序，洗滌水中固體含量為5%～8%，管道堵塞情況嚴(yán)重。(2)螺旋給料機尺寸為GX(300 mm×1 000 mm)。(3)電石自緩沖料倉垂直落入螺旋給料機，下料管為垂直狀。(4)發(fā)生器的注水噴頭噴射角度為60°。

改造后：(1)發(fā)生器進料機高度降低1.1m，進料位置低于進水位置，細(xì)粉電石在下落過程揚塵通過霧化的水起到降塵作用，降低了懸浮固體顆粒被乙炔氣夾帶進入氣相管及洗滌塔的量，洗滌水中固體含量3%以下，管道堵塞現(xiàn)象明顯降低[2]。(2)螺旋給料機尺寸為GX(300 mm×2 120 mm)。(3)拆除緩沖倉下落料管，根據(jù)現(xiàn)場進料機進料口位置配下料管。(4)發(fā)生器的注水噴頭噴射角度為90°，噴水面可以完全覆蓋落料面，降低揚塵影響。

1.2 氣相洗滌水循環(huán)系統(tǒng)的改造[3]

改造前：(1)乙炔氣相管洗滌水由排渣泵從洗滌塔底送至沉降池，沉淀后的上清液經(jīng)氣相洗滌泵打回氣相管對粗乙炔氣進行洗滌。沉降后的渣漿由沉降池底注水泵送至乙炔發(fā)生器，作為另一路反應(yīng)水[4]。由于洗滌冷卻塔設(shè)計離沉降池距離較遠(yuǎn)，氣相洗滌管線及渣漿回用水管線較長，因此含有電石渣的回用水極易造成管線結(jié)垢堵塞，降低運行時間，檢修過程中清洗工作費時費力，穩(wěn)定生產(chǎn)極為不利。(2)洗滌塔排渣泵的流量為55 m3/h，揚程為30 m，揚程偏小，入口壓力較小，無法沖洗掉粘結(jié)在管壁上和入口處的電石渣。

改造后：(1)氣相洗滌水由外循環(huán)改為閉式循環(huán)，洗滌冷卻水經(jīng)排渣泵從塔底部直接返至氣相管，另一路則返至發(fā)生器進行反應(yīng)。氣相洗滌水循環(huán)改造后渣漿水管線長度由平均150 m縮短到不足20 m，堵塞情況大大改善，清洗周期大幅度延長，單臺發(fā)生器清洗時間由6天縮短為1天，洗滌塔填料、列管清洗周期由2個月延長至6～12個月。(2)更換了洗滌塔排渣泵的型號，流量為80 m3/h，揚程為60 m，揚程和入口壓力均提高至以前的兩倍，可以有力沖洗掉粘結(jié)在管壁上和入口處的電石渣。

1.3 洗滌冷卻塔冷卻段的改造

改造前：由于洗滌冷卻塔的冷卻段采用列管式換熱，乙炔氣走管程，原設(shè)計冷卻列管通徑較小(Φ25)，乙炔氣經(jīng)洗滌后仍含有少量電石渣粉塵，經(jīng)過2個月左右的運行必定會造成列管堵塞，影響換熱效果和增加氣相阻力。

改造后：將列管通徑增加至Φ38，換熱面積未變，氣相溫度并沒有超過工藝指標(biāo)(50 ℃)，換熱效果比較理想。

2 改造前后關(guān)鍵指標(biāo)的變化

2017年8月31日發(fā)生器改造完成，正式投運。經(jīng)過兩周的試運行，各項關(guān)鍵指標(biāo)都有明顯的改善，實際運行效果明顯提高[5]。

2.1 上清液流量的變化

改造前返回發(fā)生器的上清液日平均瞬時流量22.0～24.3 m3/h；改造后上清液日平均瞬時流量60.5～62.2 m3/h；上清液流量的增加對乙炔氣中夾帶的電石渣清洗效果顯著，降低了發(fā)生器注水管、氣相洗滌管、填料及列管堵塞的頻次。

表1 改造后上清液日平均瞬時流量統(tǒng)計Table 1 Statistics of daily average instantaneous flow of supernatant after transformation

2.2 平均進料量及壓力的變化

改造前的發(fā)生器平均進料量5.6 t，壓力平均7.2 kPa；改造后平均進料量7.3 t，平均壓力7.1 kPa，改造后發(fā)生器螺旋給料機進料量增大，但發(fā)生器內(nèi)部壓力基本維持不變，很好地提高了發(fā)生器的使用效率。

表2 改造后發(fā)生器平均進料量統(tǒng)計Table 2 Statistics of average feed quantity of generator after transformation

2.3 發(fā)生器注水壓力的變化

改造前發(fā)生器的注水壓力為0.3 MPa左右，改造后發(fā)生器注水壓力為0.62～0.64 MPa。發(fā)生注水壓力的增加使得發(fā)生注水噴頭噴灑霧狀水效果更好，降低發(fā)生器內(nèi)部粉塵擴散面積，降塵效果好；同時，乙炔氣中夾帶的電石渣更少，減少了管道及填料堵塞的頻率。

表3 改造后發(fā)生器注水壓力統(tǒng)計Table 3 Statistics of water injection pressure of generator after reconstruction

2.4 發(fā)生器平均運行周期的變化

改造前發(fā)生器運行周期平均30天、管線清洗周期30天，改造后發(fā)生器運行周期大于60天、管線清洗周期大于60天。改造后發(fā)生器運行周期增長，清洗周期增長，降低了發(fā)生器的清洗維修費用，發(fā)生器的開車率增加。

圖1 改造前后關(guān)鍵指標(biāo)對比Fig.1 Comparison of key indicators before and after transformation

3 改造后效益情況

3.1 經(jīng)濟效益

3.1.1 檢修成本效益

改造前，每臺發(fā)生器和洗滌冷卻塔及管線每次全套清洗費用約3.8萬元，且每臺2個月清洗一次，全年需要清洗6次，共14臺發(fā)生器，每年清洗費用約319萬元。發(fā)生器的所有連接管線每4個月清洗一次，全年清洗費用30萬元。改造前每年清洗費用共計349萬元。

改造后，洗滌冷卻塔塔釜、噴頭及洗滌泵進出口管線每3個月清洗一次，每次每臺費用0.9萬元，全年14臺共計清洗費用50.4萬元；洗滌冷卻塔列管和填料每半年清洗一次，每次每臺費用3.8萬元，全年14臺共計清洗費用106.4萬元。改造后全年全部清洗費用共計156.8萬元，較改造前節(jié)約192.2萬元。

3.1.2 乙炔氣收率提高效益

改造前，渣漿水需要排出系統(tǒng)外，溶解在渣漿水中的乙炔氣[6]會因此損失，在80 ℃時，乙炔氣溶解度為0.15 g/L，洗滌排渣泵排出渣漿水量為25 m3/h，因此14臺發(fā)生器每小時排渣總量為350 m3，損失乙炔氣為0.052 5 t/h。按照設(shè)計8 000 h計算，乙炔氣損失為420 t，乙炔氣成本約1.35萬元/t，損失567萬元。

改造后，渣漿水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，乙炔氣損失量較改造前減少90%，則可以節(jié)省乙炔氣損失510萬元。

3.2 生產(chǎn)長周期效益

改造前存在發(fā)生器管道、洗滌塔列管、填料、排渣泵的堵塞會影響長周期運行的弊端，且嚴(yán)重的堵塞有可能造成發(fā)生器跳停的風(fēng)險。經(jīng)過改造后，堵塞幾率大大降低，為裝置的長周期穩(wěn)定運行帶來了不可估量的效益。

3.3 環(huán)保和安全效益

由于發(fā)生器改為閉式循環(huán)系統(tǒng)，渣漿水不外排，乙炔氣不再外溢，完全實現(xiàn)了渣漿水回收利用的經(jīng)濟性和安全性，大大提高了現(xiàn)場的環(huán)境效益和安全效益。

4 結(jié) 論

對乙炔裝置發(fā)生器進料系統(tǒng)、氣相洗滌水循環(huán)系統(tǒng)、洗滌冷卻塔冷卻段進行改造，改造后上清液日平均瞬時流量由22.0～24.3 m3/h升高到60.5～62.2 m3/h，平均進料量由5.6 t升高到7.3 t，壓力由平均7.2 kPa下降到7.1 kPa，注水壓力由0.3 MPa上升到0.62～0.64 MPa，發(fā)生器和管線運行周期翻一倍以上；改造后全年節(jié)約192.2萬元，每年節(jié)省乙炔氣損失510萬元；該技術(shù)已在同行業(yè)多家企業(yè)進行了實踐和應(yīng)用，其改造后的優(yōu)越性體現(xiàn)在了裝置的工藝穩(wěn)定性，長周期性，檢維修成本的大幅降低以及環(huán)境和安全的效益方面，讓干法乙炔工藝技術(shù)得到了進一步優(yōu)化。