低碳烯烃装置设备低温脆裂操作管理

温润娟，丁文瑶

（国家能源集团宁夏煤业公司煤炭工业技术研究院，宁夏 银川 750411）

化工生产中，设备的材质选型要严格根据输送或储存流体的介质在温度、压力、抗腐蚀能力、承受应力等方面全方位的考量，但在工艺运行过程中，设备所用材料在不同的环境下仍可能产生一定的脆裂[1-2]，这对安全生产是一项重大隐患。引发脆裂的因素很多，如组织相变引起的脆裂，设备运行过程中局部或全部腐蚀引发的脆裂，焊接加工引起的脆裂，设备内部死角堵塞物引发的脆裂，设备局部处于脆性转变温度区域以下引发的脆裂[3]。化工设备运行的良好性，必须关注脆裂问题。在煤化工领域，生产低碳烯烃是煤炭增值利用的主要方向。低沸点轻质烃类物质，在压差过大的情况下，容易发生低温韧脆转变。系统受到较大压力冲击时，低温韧脆转变部位存在崩裂风险。生产过程中，关键操作维护中需要严格地执行设备防冷脆的操作管理，避免安全事故的发生。在煤基烯烃装置中，所涉及到的低碳烯烃主要是C4以下产品，如乙烯、丙烯、LPG、燃料气等。在装置上凡涉及到此系列产品的输送、储存、转运等操作均需要重点关注设备脆裂问题。本文针对宁煤烯烃装置的设备、管道、阀门等防低温脆裂问题，详细梳理装置易发生冷脆的系统，重点阐述了系统引物料、退料、排放、泄压、降温降压等工艺运行操作要点，为装置的工艺安全管理提供一定的技术支持。

1 装置易发生低温冷脆的系统

在煤基烯烃装置中，凡涉及到低碳烯烃的生产、储存、输送、转运等均需要重点关注低温脆裂的问题，主要涉及的系统有脱丙烷塔系统、脱乙烷塔系统、C3分离系统、C2分离系统、脱甲烷塔系统、冷烃收集罐系统、丙烯制冷及乙烯制冷系统。这些系统主要处理的物料为低沸点轻质烃类，如乙烯、丙烯、LPG、燃料气。此类物质在常温常压下以气态形式存在，在工艺操作上压差过大易发生相变造成温度突变的情况，就会引起设备发生低温韧脆转变。因此在倒换物料、装置开车引物料，停车退料、泄压过程均需要严格遵循物料特性，制定相应的操作规定，加强工艺过程的安全管控，避免设备低温脆裂事故的发生。

2 设备防冷脆操作要点

2.1 系统工艺交出

针对低沸点轻质烃类物料，在整个系统工艺交出时物料排放须严格控制降压速度，避免降压速度过快管线挂霜，材质发生低温韧脆转变。工艺交出重要的三大操作为退料排放收集、系统泄压、系统残液退料。物料排放结束标准为检查确认各塔、罐、泵、换热器等设备及各输送管线低点导淋无液相。排放过程中降压速度严格控制在0.01 MPa·min-1。物料排放后，在泄压操作时应遵循“先倒料后泄压”的原则，尽可能的利用系统压力将物料排放，同时烃类在泄压时易挥发造成设备冻堵、冷脆，排尽后泄压，减少排放量，减轻对周围环境的影响。严禁物料未倒完就泄压排放。退料、泄压过程中现场操作人员加强对各塔、罐、换热器、泵及管道巡检，检查设备及管道有无结霜现象，中央控制室人员密切监控系统各温度测点，严禁测点温度低于5 ℃。发现异常情况现场应立即停止退料、泄压，并通氮气提高系统压力防止丙烯、乙烯、LPG 等低沸点轻质烃类气化吸热，引起设备材质的低温韧脆转变，现场查明温度异常原因并得以解决后方可继续退料、泄压操作。整个系统压力泄至微正压时，方可结束泄压操作，防止塔器等设备因负压损坏设备。冷烃收集罐是用于系统残液排液的收集，收集罐在接收物料前应先投用罐体伴热，待罐体温度达到25 ℃以上再开始接收物料。各系统向收集罐退料过程中，操作任务要密切监控好罐体温度，确保罐体温度在0 ℃以上，避免管体材料的低温冷脆风险。

2.2 系统开车引物料

装置开车过程为了节省开车及出合格产品时间，通常直接从罐区引物料至系统。为了避免低沸点轻质烃类因压力变化出现气化造成设备的低温冷脆的隐患发生，系统在引物料前，适当的冲压。目前，装置上各系统开车需要引物料的主要涉及脱丙烷塔系统、C3分离塔系统、丙烯制冷系统、乙烯制冷系统。脱乙烷塔系统、C2分离系统、脱甲烷塔系统，所处理的物料为C1～C3组分，开车时无需单独引物料，前系统开车正常后便可接料。

针对塔系统的开车引物料，首先要确认系统具备开车引物料条件，同时联系罐区确认罐区具备送物料条件。对于脱丙烷塔和C3分离塔的开车，首先用罐区气相丙烯对塔系统进行置换氮气放火炬。置换结束后向系统充压至1.0 MPa，此压力下的丙烯温度接近环境温度。此时再向系统引液相丙烯或LPG，方可避免压力变化引起的物料相变而造成的设备材质低温韧脆转变。系统引物料的量可以满足系统的全回流操作，即可停止引物料操作。对于丙烯、乙烯制冷系统，整个系统的材质低温性能均进行设计优选，因此在开车引物料时，引气相物料冲压至0.5 MPa，此时物料温度接近0 ℃，严禁未经冲压引液相物料至系统。

2.3 装置系统运行时的机泵检修

装置运行过程中，机泵检修较为常见。输送低沸点轻质烃类的机泵检修前的工艺交出也要密切关注退料过程中的底温脆裂问题。退料过程的基本流程为：关闭检修泵的进出口手阀及泵最小流量线手阀；导通泵进出口及泵体退料线盲板；打开泵进出口及泵体退料线手阀退料泄压。当泵进出口压力低于0 ℃对应的饱和蒸气压时，打开泵入口手阀阀后低压氮气管线，向泵体内冲压，防止泵体及退料线管道结霜导致设备管线冷脆。退料、泄压过程中现场操作人员先对输送流程上的设备、管线提前预冷，预冷的方法就是在流体输送流程稍微过量一定时间，避免温度变化过快、应力过大而使材料或连接部位产生损坏的问题。在整个工艺操作过程中加强对泵体及退料线管道巡检，检查泵体有无结霜，若发现泵体结霜，立即关小或停止退料、泄压。

3 结论

煤基低碳烯烃装置，烯烃分离的流程较长，基本涵盖了所有的分离操作，如精馏、萃取、抽提、吸收、吸附、洗涤。低沸点轻质烃类在退料、泄压、引物料等重大操作可能存在设备、管线材质的低温韧脆。针对此问题，本文根据低沸点轻质烃类的饱和蒸气压与温度的关系，重点提出退料过程中速度的把控、系统泄压原则、塔系统开车引物料以及机泵检修的操作要点，为装置的工艺安全管理提供一定的技术支持。