碳氢分离大修停车前出现问题及对策

碳氢分离大修停车前出现问题及对策

王欢欢    赵战士

（四川正达凯新材料有限公司，四川 宣汉636100）

摘要：在煤或天然气制取乙二醇工序中，其中中间产物氢气和一氧化碳分离主要采取深冷碳氢分离方法，本文介绍了深冷碳氢分离在停车时系统出现的问题原因，并对该问题采取措施。

关键词：深冷分离  氢气 一氧化碳  安全阀

1深冷分离简介

1.1工艺流程

深冷碳氢分离是利用各种气体的沸点不同，在低温环境下，部分气体液化，经过精馏后得到纯度比较高的CO（≥99.9%）和H2（≥85%）分离工艺[1]。在正常生产运行时，前端净化分子筛吸附罐吸附掉净化气中水分、二氧化碳等沸点高的气体，剩余CO、H2、N2、CH4等气体。经过多级冷凝之后大部分气体被液化，其中未被冷凝的H2通过气液分离罐被分离出去变压吸附（PSA），经过PSA吸附得到纯度比较高的H2（99.9%）。分离罐底下的液体进入闪蒸塔分离出剩余未被分离的H2，闪蒸塔液体经过多次精馏把N2、CO、CH4分开得到产品CO。

1.2系统开始停车时准备工作

根据计划，在系统开始停车前，在装置开始停车时，后序乙二醇合成系统需要大量产品H2，而产品CO大部分放空，为了降低消耗，生产装置减负荷，使装置运行处于半负荷生产状态，甚至更低的负荷，天然气转换装置需要转换更多的氢气，进入冷箱组分发生变化。由于减负荷和进入冷箱组分发生变化，系统会冷量过剩，此时各个换热器、分离塔、精馏塔温度比较低，压力也会很低。由于工艺气负荷、组分发生变化，增加操作难度。在此期间操作不当会造成多种问题，严重时会造成设备损坏，甚至工艺气体泄露遇氧可能发生爆炸等事故。

2系统停车时出现的问题原因

2.1系统窜压

冷箱在分离出不同的气体的同时，压力也随分离出气体不同而发生变化，合成气分离出大部分氢气时压力会达到3.2MPaG，进一步把不凝汽闪蒸出来时压力降到1.7MPaG左右，分离出一氧化碳时压力会降到0.65MPaG。

在低负荷和低液位操作过程中，由于工艺气负荷波动较大，液位调节阀门没有及时由自动更改为手动操作，阀门开关变化较大，引起气液分离器、闪蒸塔及各个精馏塔液位变化较大，液位降低时，就可能气体由高压窜到低压装置，造成后序工序压力高，很难降低压力，增加操作难度。大量的高压气体窜至低压区会使设备超压，放空阀或安全阀没有及时打开，损坏设备，甚至有毒气体泄露，发生爆炸，人员伤亡。

其次在停车的时候没有及关闭各塔间阀门或操作失误造成阀门开大，就会造成高压气体串压到低压设备。如果排放阀没有及时打开，安全阀达到压力没有起跳或安全阀起跳排放速率过慢，升压速率过快，造成设备超过其承受的压力，这时可能造成设备损坏，如果泄露量过大，超过冷箱壳体承受的压力就会泄露到空气中，可燃气体与空气混合形成爆炸性气体，遇火花会发生爆炸。

2.2温度升高太快

当停车后，塔釜和管道内会残留有大量液体，首先会先把液体排掉，然后再使用常温氮气加热，在未排出塔内和管道内液位就使用氮气进行加热，就会造成大量液体蒸发，会使设备内压力急剧升压。会造成塔釜和管道液体大量蒸发，液体变成气体，使塔压力迅速增加，如果超过安全阀设定压力，而安全阀没有及时起跳或排放速率过慢，就会造成分离塔压力过高，造成设备损坏。加温解冻前必须先确认冷箱液体排尽后才能开始加温。

其次液体被排完之后，加温氮气阀门开的太大，设备会急剧温升，温升太快，设备温差大于60℃，会降低设备使用寿命。

2.3系统排液

深冷冷箱在排液和回温时，会把低温液体和气体排放到冷液体储罐，低温液体温度会达到-190℃左右。首先低温液体会首先进入气液分离罐，于自然条件下气化，然后进入蒸汽换热器进行加热。排液过快，会使大量的液体进入气液分离罐来不及分离，气体带出大量的液体，增加加热器负荷，气体来不急加热，气体温度太低进入碳钢管，会使碳钢发生冷脆。其次大量气体排到火炬，会吹灭火炬，造成可燃气在空气中聚集，发生爆炸。

2.4冷箱壳层没有维持正压

在系统运行时，保证冷箱壳层一直有微量氮气进入，可以防止湿气进入，又可以稀释冷箱内部设备、管道泄露的可燃气。在停车时把进入冷箱壳层内的氮气关掉，会使可燃气在壳层内聚集达到可燃气爆炸极限范围内，引起爆炸。其次湿气进入，会使珠光砂结块，压坏管道、设备，造成设备、管道损坏。设备、管道内可燃气泄露出来，引起人员中毒、爆炸等。

3.1系统窜压解决对策

在系统低负荷运行时，防止液位阀波动较大，把液位阀门由液位设定自动控制改为手动控制，并加强人员在非正常工况下操作培训。在操作中注意各设备液位、压力、温度变化。停车时及时关闭各塔之间连接的阀门，发现明显的压力升高，应当及时开排放阀门排放出来，保证各塔压力稳定。其次，在低负荷运行时，保证联锁正常投用，联锁能够正常工作，保证排放阀门能正常开启，按照规定及时调校安全阀，使设备处于正常运行状态在深冷停车之后，我们可以考虑卸掉较高压力塔罐，防止阀门内漏和故障引起串压。

3.2温度升高太快解决对策

在停车后系统复温时，要先把管道、设备内液体排尽，才使用常温氮气进行升温，在使用加温氮气时，注意从导淋排出一下在进入冷箱，防止有杂物进入冷箱。开氮气阀门时，注意缓慢进行，防止进入气量太大，同时注意设备温升情况，及时调节，防止设备内温差太大。操作人员应控制加温气体速率，加温时注意控制升温速率（≤10℃/h），相邻层之间的最大温差:60℃，管束和壳体之间的最大温差:60℃。这时我们需要控制，使冷箱各管线装置均匀缓慢升温[2]。

3.3系统排液解决对策

冷箱内冷液体在排放之前，我们必须严密监控好冷液体储罐液位和压力，防止罐内超压和满液。排放时，及时通知调度有可燃气排放，同时控制好排放速率，防止低温蒸发单元液位过高，低温气体没有及时加温到正常温度而进入火炬，较低低温气体进入内火炬官网，会造成火炬官网破裂。

当我们把冷箱泄压之后，在未进行加温解冻前，由于冷箱设备内压力接近大气压，可能造成湿空气或火炬官网高沸点气体进入冷箱而出现结冰堵塞管道。在操作时保证冷箱设备一定的压力。

3.4冷箱壳层维持正压解决对策

冷箱停车时，保证有一定流量的氮气进入冷箱壳层，保证冷箱壳体一定的压力，防止空气进入。主控人员应时刻关注进入冷箱壳层流量。

4结论

深冷分离由于分离的气体沸点低，要将部分沸点低的气体液化。在如此低温的状况下，深冷分离在停车时出现一些问题在所难免，我们必须精心操作，防止事故的发生。

作者简介：

王欢欢（1995- ），女，贵州省，助理工程师，2018 年毕业于贵州理工学院化学工程与工艺专业，现工作于四川正达凯新材料公司，主要从事碳氢分离岗位工作。

参考文献：

［1］张文效，耿云峰．一氧化碳分离技术［Ｊ］．现代化工，2003，23（10）：43-45.

［2］正达凯新材料有限公司． 正达凯新材料有限公司 CO 深冷分离装置岗位操作法［Z］