塔河二号联合站轻烃装置冷箱堵塞原因分析及处理

中国石化西北油田分公司采油二厂

塔河二号联合站轻烃装置冷箱堵塞原因分析及处理

侯建平郑佳任广欣孙彪

中国石化西北油田分公司采油二厂

塔河油田二号联合站轻烃装置采用冷凝分离法回收天然气中的轻烃、液化气。1#冷箱由于破碎的滤网残渣和施工焊渣的进入，造成原料气通道堵塞。通过对故障的主要现象进行分析，采用逆流爆破吹扫法进行解堵，吹扫出堵塞物，使通道恢复通畅，装置恢复正常运行。最恰当的做法应是以预防为主，在冷箱各个通道的进口设置合适的过滤器并定期检查更换滤网，要在试压合格后进行爆破式吹扫，防止异物进入冷箱。

塔河油田；轻烃装置；冷箱；板翅换热器；吹扫

塔河油田二号联轻烃站于2005年投入使用，经数次改扩建，现采用DHX冷凝分离法回收天然气中的轻烃、液化气。轻烃回收装置利用丙烷预冷+膨胀机制冷工艺将天然气冷至-55℃，从而将沸点较高的烃类冷凝分离，并将冷凝液分馏成合格轻烃、液化气产品，日处理气量22×104m3（含分子筛单元再生气），C3回收率为85%。

1　故障简介

塔河二号联轻烃回收工艺流程如图1所示。原料气制冷过程是整个轻烃回收工艺的关键环节，2015年1月9日二号联轻烃站增压后冷却器管束腐蚀穿孔，现场采用更换管束的方式进行处理。新更换管束的冷却器投用后，1#冷箱原料气通道进出口压差由0.3MPa逐步升高至0.9～1.0MPa，1月12日压差达到1.1MPa，导致前端流程中的膨胀机增压端出口压力和原料气压缩机二级排气压力上升，压缩机二级排气达到最高工作压力3.0MPa，影响装置正常运行，现场采用控制进气量和打开膨胀机JT阀的方式维持生产。由于进气量减少和制冷深度不够，导致轻烃、液化气减产，进站原料气通过火炬放空，造成资源浪费和环境污染。

图1　塔河二号联轻烃回收工艺流程图

2　原因分析

2.1运行工况

二号联轻烃站1#冷箱属板翅式冷箱，尺寸1800mm×500mm×574mm，翅片间隙1.2mm。冷箱于2005年4月与轻烃处理装置同时投产运行，进出冷箱的物料有三股，三股物料的运行流程及工况如图2所示，三股物料分别是来自膨胀机增压端增压后的原料气、来自重接触塔顶的干气和来自低温分离器的低温凝液。冷箱设计温度为-190～50℃，原料气通道设计压力4.8MPa，干气和凝液通道设计压力均为1.2MPa。

2.2原因判断

（1）冻堵。通常情况下，若是原料气脱水不充分[1]或者是含有大量的CO2组分[2]，在冷箱中温度降低到一定程度时可形成二氧化碳水合物、天然气水合物或冰堵塞通道。

图2　1#冷箱中物料的运行流程及工况

（2）机械杂质堵塞。进入冷箱通道的机械杂质有很多，比如分子筛粉尘[3-4]、腐蚀的滤网碎片、管道积碳、施工残留的焊渣等。现场打开1#冷箱原料气通道进口锥形管道过滤器，发现滤网消失，故定性为机械杂质堵塞。

3　解堵措施

3.1解堵方案

对于机械杂质堵塞的冷箱通道，需要进行逆流爆破吹扫，吹出机械杂质解堵。此法是处理换热内机械杂质堵塞的较好方法，但要求冷箱本身的钎焊质量较好，能承受较高的压力。1#冷箱原料气通道设计压力为4.8MPa，耐压试验压力为6.3MPa，由于冷箱使用时间近10年，为安全起见最大吹扫压力不超过0.6MPa。

吹扫爆破片采用3mm厚的石棉板，吹扫气源由氮气储罐提供。吹扫时先用一层爆破片，然后视承压情况逐步增加爆破片层，最大爆破压力不大于0.6MPa，爆破吹扫次数不低于4次。吹扫前需确保冷箱静电接地完好可靠，将上下游工艺流程切断，管线放空后进行氮气置换，检测可燃气体体积含量≤0.5%方为合格。同时，在吹扫流程中，为保证安全，在爆破片后端加装引管插入水桶中，用于收集爆破片和吹出的机械杂质。吹扫流程如图3所示。

图3　冷箱逆流爆破吹扫流程图

3.2吹扫步骤

在准备工作完成之后，开始进行逆流爆破吹扫，步骤如下：①打开储气罐供气阀(手动开启、开启幅度尽量缓慢，避免对冷箱造成较大的冲击)，氮气进入冷箱原料气通道；②待压力上升到0.3MPa时，按0.01MPa的升幅缓慢升压，直至爆破为止。第一次爆破时请注意观察管线等相关设备的振动情况，如果冲击力过大，在下次爆破时通道压力必须降低；③拆除爆破片,缓慢开启供气阀,对通道进行多次吹扫，吹扫压力应小于0.2MPa，吹扫时间不低于10min；④重复以上第二、三步骤，对该通道进行反复爆破、吹扫。

3.3注意事项

（1）爆破吹扫时泄压速度较快，会对冷箱内部板翅造成冲击，在每次爆破过程中，仔细观察冷箱及管线的振动情况，并且及时调整爆破压力。

（2） 根据《压力容器安全技术监察规程》，高压状态一次性瞬间泄压是禁止的，高压泄压会产生强烈反冲力，故爆破吹扫压力不宜过高。

（3）由于还有很多无法控制因素，该方法存在风险，对设备造成的影响不能准确评估；

（4）吹扫过程必须在冷箱与工艺流程完全断开、冷箱通道及管线氮气置换合格后进行。

（5）爆破吹扫使用的气体必须为氮气，储气罐压力不超过0.8MPa。

（6）为防止吹出的机械杂质与管线碰撞产生火花或机械杂质伤人，可在爆破片后端加装引管插入水桶。

4　结语

冷箱堵塞是由于原料气通道进口过滤器滤网损坏失效，导致破碎的滤网和焊渣堵塞通道。逆流爆破吹扫是清除冷箱通道中机械杂质切实可行的一种方法，但也不能达到完全清除的效果。最恰当的做法应是以预防为主，在冷箱各个通道的进口设置合适的过滤器并定期检查更换滤网；要在试压合格后进行爆破式吹扫，防止异物进入冷箱。

[1]袁清，郑智伟．一起冷箱冰堵事故的经过及原因分析[J]．广州化工，2013，41（15）：198-200.

[2]程振华．天然气处理厂脱甲烷塔CO2冻堵的规律及解决方案研究[J]．现代化工，2010，30（8）：80-82.

[3]赵建清．冷箱EA331堵塞原因浅析[J]．扬子石油化工，2002，17（1）：8.

[4]王遇冬．天然气处理与加工工艺[M]．北京：石油工业出版社．1999，18-32.

（0996）4687736、909277929@qq.com

（栏目主持李艳秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.002

侯建平：2011年毕业于长江大学油气储运工程专业，从事油气集输工艺技术研究及管理工作。

2015-05-02