LNG液化工厂冷箱压差高原因分析及处理

邱应杰(河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南 焦作 454550)

0 引言

LNG液化工厂被广泛应用于煤层气抽采加工、煤制天然气装置以及焦炉尾气合成天然气装置的后续液化处理中，天然气液化后便于储存，能够长距离运输，同时可以用来给天然气生产装置进行调峰，因而备受青睐。液化冷箱内部核心设备板翅式换热器，常见故障为气体流道阻力增加，影响液化运行负荷、造成换热器损坏，甚至可能衍生次生事故。原因主要为机械固体堵塞或高冰点气体物质冻堵，附着在换热器表面造成通道变窄、阻力增加。通过分析原料气组分、和复热后冷箱流道内部气体成分判断阻塞原因，采取吹扫和冷箱置换复热的方式进行疏通。根据分析结果有针对性的对进冷箱前的气体预处理指标进行重点管控，防止固体杂质和高冰点物质脱除不干净，造成超标，制定严格的工艺指标或进行技术改造，保证后期的安全稳定长周期运行。

1 LNG液化冷箱压差高常见原因分析

运行过程中造成冷箱压差高的原因较多，在以煤制天然气作为燃料气的液化装置中常见原因分析主要是以下几种。

1.1 机械固体杂质造成冷箱堵塞

液化冷箱中的板翅式换热器流道狭窄，固体杂质带入会造成通道堵塞阻力增加。主要发生在开车初期或者检修后，由于管道吹扫不干净，管道内部焊渣、灰尘等杂物进入冷箱；运行过程中多发生在进冷箱前的脱水单元，脱水塔内丝网破损造成分子筛碎片或粉末带到后系统，加上进冷箱前过滤器损坏，固体物质进入冷箱，造成堵塞。分析是否为机械杂质堵塞，首先通过气质分析及前期在线数据趋势分析，如无超标趋势分析气体组分是否超标。同时通过冷箱进气量和流道压差比例关系进行判断，当出现压差上涨后，将进气量稳在一个数值后，压差也能够稳定不再上涨，可初步判断为机械杂质拥堵流道。

1.2 进冷箱二氧化碳超标

煤制天然气采用的甲烷合成工艺生产SNG，为提高产品气甲烷纯度，甲烷合成原料气的M值(模值)要严格低限3.0±0.1，轻微波动导致甲烷合成反应碳过量，产品气中CO2超标。CO2冰点是-78.5℃，带入冷箱在低温环境中会迅速凝结成并附着在换热器表面，阻塞通道，持续超标的话会迅速累积，阻力持续上涨；碳超标的判断有两种情况：一种是液化装置不配套脱碳装置，SNG直接经过脱水后进入冷箱，此流程需要甲烷合成产品气中CO2微量＜20ppm,通常是模值波动造成微量超标冷箱阻力增加；另一种是液化装置配有脱碳装置，产品SNG先经过脱碳装置脱除掉CO2，再经过脱水单元后进冷箱，造成超标多是因为前工段CO2超标严重超出脱碳实际脱除能力，导致脱除不干净微量超标。或者脱碳溶液浓度指标下降，吸收效果差，造成脱除不干净微量超标。例如我公司脱碳进口设计CO2浓度最高为3%，脱碳液有效组分浓度为48%～52%，超过此指标运行均可能造成气体净化出口指标招标，冷箱阻力增加。

1.3 进冷箱水分超标

煤制天然气装置产品SNG本身携带部分饱和水，不论是直接过脱水，或者中间经过脱碳装置再进脱水，均有部分饱和水携带，必须经过脱水单元脱除净后，再进冷箱进行液化，分析脱水后露点必须低于-65℃以下。水超标原因分析，进脱水单元气质发生变化，水含量增加或带入游离水，如脱碳装置带液造成进脱水带水，造成脱水分子筛失活，吸水效果下降，出口超标。或者脱水单元分子筛再生不好，分子筛再生温度不够，造成再生不完全，吸附效果下降，出口超标；脱水单元分子筛运行周期长，活性衰减后吸附效果下降达不到设计要求，造成出口超标。

1.4 进冷箱重烃等其他物质含量超标

煤制天然气装置由于催化剂的选择性，不会生成重烃类物质，此类物质超标多发生在进冷箱天然气来源为石化企业的装置中，气体中凝固点较高的重烃类物质含量超标，进入冷箱造成阻力增加，此类问题解决需通过增加脱重烃单元进行烃类脱除。还有一种情况是，天然气经过往复式压缩机进行压缩，压缩机润滑油携带进入天然气中，除油过滤器除油不干净，造成进冷箱天然气中润换油含量超标，冷箱压差增加。

1.5 阀门状态不对造成气体短路

正常生产运行，气体流程从前到后，一步步经过过滤脱除净化最后进冷箱，如果阀门未关闭或者关闭不严，造成主流程被旁路，气体走短路不经过净化单元，例如固体杂质不经过过滤器过滤进入冷箱，SNG不经过脱碳装置、或脱水装置直接进冷箱，造成冷箱压差增加，此类问题需要严格确认排查。

2 液化冷箱压差高处理措施

2.1 机械固体堵塞处理

对堵塞的冷箱流道进行逆流程反吹，首先关闭该流道进冷箱阀门，导氮气进入流道后系统LNG闪蒸罐和管道，充压至压力不超过闪蒸罐最高工作压力0.35MPa,将该流道进冷箱阀门远离冷箱一侧脱开，作为吹扫排放口，打开该阀门进行泄压吹扫，在排放口处放置白漆板，观察排放气有无带出物有。两种方案：氮气流程能够满足大气量吹扫的，进行连续排放吹扫；氮气流程受限的进行憋压间断吹扫，先将压力充至最高后，快速打开排放阀，进行吹扫；连续排放吹扫同样要进行快速开关阀门，形成流速变化，容易带出堵塞物质。必要时候需要进行管道、管件、阀门的拆卸，并制作部分临时管道，建立起足够氮气供应的流程进行吹扫。

2.2 二氧化碳和水的冻堵处理

首先将原料气进冷箱流道、气相和液相冷剂流道进出冷箱阀门进行隔离，在进口处通入复温氮气，将冷箱正流程上的阀门前后的低温导淋及闪蒸槽和汽提塔的放空打开，进行置换复温；冷剂系统的气相液相冷剂节流阀全部打开、气液相联通打开，各处导淋全部打开，置换复温。主要记录温度点：观察并记录冷箱内部自上而下各层温度、各流道内节流阀、调节阀前温度，能监控的冷箱内部温度全部记录，控制温升趋势不超过10℃/h，根据升温速率调整氮气加入量。

同时排放口取样做分析，监控随着冷箱温度上涨后，堵塞流道置换出来的微量成分，并观察下降趋势，用来判断冻堵物质是否吹除干净。为确保复热彻底，冷箱要进行升温复热，将氮气走正流程送至脱水塔再生气加热器加热后，送至进冷箱管线，逐步提高进气温度将冷箱温度提高至冷箱最高允许温度，设计为不超50℃。每提高5℃，稳定2h以上同时稳定住进气量，观察冷箱压差变化及各点温度变化趋势。最终出口排放气中堵塞微量成分分析连续未检出视为置换干净。

疑似冻堵物质的判定，如不确定堵塞物质成分，可将堵塞流道单独隔离后保压，先不进行置换复温。只是对冷箱内另外的进原料气流道和冷剂流道进行通氮气复温，等冷箱各层温度复热至常温后，视为堵塞流道物质汽化，从保压管道排放口取样做分析，能够判断出来堵塞成分，便于下一步有针对性的预防。

3 采取的应对及预防措施

3.1 机械固体杂质的预防

首先，原始开车或者检修后的装置要将冷箱外部的管道及设备彻底吹扫干净，减少机械杂质残留可能，尤其是甲烷合成反应器催化剂粉末、和进冷箱前脱水单元的分子筛，一旦过滤不掉，极易带入冷箱造成堵塞。因此，要重点监控进冷箱前过滤器的压差，并定期切换和检查过滤器滤芯情况，及时清理更换，确保过滤效果合格。

3.2 进冷箱气体微量超标的预防

原料气成分的控制：甲烷合成反应模值在保证SNG纯度情况下，不应过低，控制3.0±0.1最好，确保CO2微量不超标，最好要配备脱碳转装置，无脱碳装置情况下微量CO2控制小于20ppm，有脱碳装置情况下根据脱碳能力确定SNG中CO2含量，控制<1.5%；原料气净化单元净化效果保障：脱碳液要每天分析胺液浓度，并补充胺液保证浓度，胺液再生塔底温度120±5℃，塔顶100～105℃，且要保证稳定，确保再生效果能够满足脱碳能力；脱水塔出口在线实时监控露点分析数据，运行时间长的装置重点关注脱水进口及出口露点分析，尤其是分子筛的吸附末期的露点分析，必须确保露点合格，最高不超过-65℃，如发现末期吸附能力下降，及时进行提高再生温度调整，或更换分子筛吸附剂。同时，生产运行调整过程中重点监控由于旁路阀门内漏或未关严的情形，造成原料气未经净化单元直接进冷箱造成堵塞。

4 结语

综上所述，煤制天然气配套LNG液化装置冷箱压差上升原因，相对简单并好判断，除了机械杂质常见冻堵物质就是二氧化碳和水，处理措施为氮气吹扫和加热复温吹除。生产过程中可通过原料气及净化装置的指标控制及日常监控各类指标变化，预防和判断出成分变化，避免原料气中低熔点物质微量超标，从而避免冷箱冻堵造成的不必要停车和设备损坏，确保液化装置稳定满负荷运行。