凉风站分子筛脱水装置设计处理气量50×104 m3/d, 处理峰003-X3井来气, 处理气量为15×104 m3/d左右, 硫化氢含量为127 g/m3, 其水合物形成温度经理论计算为18.0℃。
该套装置从加拿大Enterprise Steel Fabricators Ltd公司引进, 采用的是两塔-湿气再生流程, 吸附剂选用美国UOP公司生产AW-500型抗酸分子筛, 加热装置采用美国GTS能源公司生产的加热炉, 燃料气采用本站脱硫后的净化气, 自控系统采用了PLC控制系统。
工艺流程主要包括:原料气流程和再生气流程, 原料气和再生气流向为同向, 即均为从吸附塔顶部进、下部出的流程, 主要工艺流程如图 1所示[1]。
总的来说, 从装置投产到现在, 吸附塔几乎保持良好的运行状态, 正常情况下吸附塔进出口压力、温度、干气露点见表 1所示。
然而, 2008年10月26日凌晨2点, 在冷却模式下(冷却45 min后)装置入口、出口压力和吸附塔进出口温度出现如下异常变化:
(1) 装置入口压力从正常生产的6.710 MPa上升到7.000 MPa, 并持续上升, 出口压力从正常生产的6.530 MPa逐渐下降, 并持续下降, 如图 2所示。
(2) 吸附塔进口温度从正常生产的21.0℃逐渐下降到13.5℃, 吸附塔出口温度从正常生产的22.0℃逐渐下降到13.0℃, 如图 3所示。
(3) 再生加热过程中, 当加热3 h后, 再生塔入口温度达到要求的230.0℃时, 再生塔出口温度仅为50.0℃左右, 在此后2 h的加热过程中, 再生塔出口温度才慢慢上升至180.0℃以上, 正常运行时, 进出口温度同时达到要求值。分析上述异常现象, 并通过现场逐一排查, 判断为分子筛脱水装置吸附塔内形成水合物堵塞了床层通道, 堵塞原因如下:
峰003-X3井为高含硫气井, 所产天然气硫化氢含量高达127 g/m3, 其水合物形成温度为18.0℃, 峰003-X3井天然气出水套炉时温度为70.0℃, 由于未对峰003-X3井至凉风站间管线进行保温处理, 天然气经过2 km的运距到达凉风站吸附塔前温度已降至13.5℃ (当天大气温度为13.5℃, 地温20.0℃), 低于水合物形成温度, 从而在吸附塔内形成水合物, 堵塞了床层通道。
出现堵塞后, 作业区立即采取了下列措施:
(1) 加大再生气流量, 关小空冷器风扇, 提高与原料气混合前的再生气温度, 从而提高进吸附塔的原料气温度。
效果:由于空冷器出口温度高限为49.0℃, 无法无限制地提高与原料气混合前的再生气温度, 加上原料气量为再生气量的6倍左右, 吸附塔进出口温度上升不多, 无法解决吸附塔内的堵塞情况。
(2) 10月26日15:30, 倒塔时从峰A段来气(硫化氢含量为26.5 g/m3), 倒20×104 m3气与峰003-X3井来气(硫化氢含量为127 g/m3)混合, 混合后硫化氢含量为72.7 g/m3, 即降低了进分子筛脱水装置原料气的硫化氢含量, 从而降低了原料气的水合物形成温度; 与此同时, 对过滤分离器出口至吸附塔之间管线加电伴热带, 以此提高原料气的入塔温度, 防止水合物形成。
效果:由于混合后原料气的硫化氢含量降低, 水合物形成温度降低, 加上峰A段来气温度为21.0℃和电伴热的作用, 在冷却模式下, 分子筛吸附塔进塔温度逐渐上升, 后维持在18.1℃左右, 出塔温度维持在19.0℃左右, 装置入口压力维持在6.646 MPa, 出口压力维持在6.449 MPa。在上述工作状态下, 对装置运行情况进行了为期1天的观察, 观察过程中, 装置运行平稳, 装置进出口压力和吸附塔进出口温度无异常变化, 说明上述方法能有效地抑制水合物的形成, 防止塔内冻堵。
(3) 10月27日11:38, 停止从峰A段向分子筛脱水装置中倒气, 装置入口压力、出口压力、吸附塔进出口温度无异常变化, 同时为了检测电伴热带对原料气入塔温度的提升效果, 于19:45关闭电伴热带, 吸附塔入口温度由18.1℃下降到17.3℃, 装置运行平稳, 说明电伴热带对原料气的入口温度有一定的提升作用, 但提升的效果不是很明显。
加热炉投入生产运行后, 加热炉炉膛温度、再生气出口温度等参数均在设计范围之内。采用燃烧空气风扇给加热炉强制通风, 提高了燃烧效率, 减少燃料气的消耗, 加上热量循环使用, 加热炉的热效率一般能够达到80%~85%。
2007年11月7日试运行至今加热炉所出现的故障有:
(1) 在吸附塔进行倒换时, 配电房内加热炉的控制开关跳闸, 引起加热炉报警, 使得整个装置停车。
原因:经检查核实, 现场加热炉循环风机接线接触不良, 塔倒换时启动瞬间电流过大, 保护开关自动跳闸以保护整个线路。
解决措施:给加热炉循环风机重新接线, 保障线路接触良好, 现装置倒塔正常。
(2) 市电停、发电机发电, 空冷器风机、加热炉配风风机停机, 引起系统停车。
原因:市电停、发电机发电时, 两者之间转换有几秒延时, 风机不能自动启动, 加上发电机的功率为50 kW, 而站上所有设备的用电功率已超过60 kW, 空压机启动瞬间, 发电机发电量不能满足需要, 造成加热炉风机停而使得整个装置停车。
解决措施:更换了功率更大的发电机, 保障了站上的用电量, 现装置运行正常。
(3) 2008年11月11日, 加热炉突然停机, 导致整个装置停车。
原因:重启装置时, 通过现场观察, 发现加热炉燃料气电磁阀首先关闭, 然后加热炉内火焰熄灭, 说明电磁阀先接到指令才关闭导致整个装置停机, 通过逐一排查, 发现火焰探测器偏移中心位置, 无法观察到炉内引导火焰而使系统发出假指令, 关闭了主火燃料气电磁阀, 导致停机。
解决措施:撤下探测器, 清洁探头, 安装时使探头对准引导火中心位置, 现加热炉运行正常。
空冷器的作用是冷凝加热循环期间再生气带走的水, 当气体冷却到49℃时, 气体将析出前面吸附循环周期间吸附的水。空冷器从投产至今, 进入冷却器的气体温度在30℃到接近260℃的范围内变化, 冬季气温低时, 空冷器百叶窗自动关闭, 避免了再生气被过度冷却, 从空冷器出来的天然气温度无论是加热阶段还是冷却阶段均能满足低于49℃的要求, 能起到很好的冷凝效果。
再生分离器本身分离效果很好, 但是玻板液位计内浮杆容易被卡, 原因是玻板液位计浮筒内径较小, 冬季气温低时易于冻堵, 加上污物粘稠, 导致液位不随真实液位变化, 变送器变送到工况机上的液位也不是真实值, 当分离器内液位涨到一定值时, 浮杆突然上升很多, 工况机上突然显示分离器内污水液位超过液位高限, 导致整个装置停车, 对玻板液位计进行清洗后, 上述情况仍然存在, 现在只能通过值班人员加密排污来预防这种情况发生。
前面介绍装置近期出现了吸附塔内冻堵、火焰监测器偏移中心位置等问题, 通过现场采取措施后, 装置目前运行正常, 但还存在如下问题待解决。
上次吸附塔内冻堵后, 采取倒低含硫气中和及加电伴热等方式暂时解决了冻堵情况, 然而, 随着大气温度的不断降低(凉风站冬季地温为3℃~5℃, 最低达到零下2℃)。2008年11月22日, 分子筛吸附塔内又发生了冻堵, 与此同时, 过滤分离器压差急剧增大, 滤芯上完全结冰(如图 4所示), 气流无法通过, 说明前面采取的措施已无法保证冬季正常生产, 有必要找出一条彻底解决整个装置冻堵的措施。
建议:在凉风站增建水套炉一套, 并修建两个水池, 让三甘醇脱水装置高位水箱中的水自然流入水套炉加热, 加热后的高温水分别进入两个水池, 让峰003-X3井来气进站管线横穿水池1与水池中高温水换热, 管线与水池边缘通过防渗漏处理进行密封, 对水池中的管线作防腐处理, 对水池至收球筒间的管线加保温层; 让高峰场进站管线横穿水池2与水池中高温水换热, 对水池中的管线作防腐处理, 对水池至收球筒间的管线加保温层, 两水池中的水自然流回三甘醇脱水装置低位水池, 以此提高原料气的入塔温度, 防止冬季气温低时发生冻堵。
具体流程如图 5所示:
前面介绍了加热炉因火焰监测器偏移了中心位置而停机, 在查找原因的过程中发现探测器内螺母、垫片等紧固件在加热炉的振动下已松动严重, 有的已掉, 且探测器内弹簧生锈严重, 锈蚀物附着在弹簧上, 使弹簧的弹性变差, 不能正常工作, 导致有时无法探测到火焰。
建议:定期检查探测器内紧固件等有无松动, 更换探测器内弹簧, 将探测器位置直接焊死。
干燥塔进出口阀门的切换完全由逻辑控制程序自动控制, 不能人为干预, 该逻辑控制程序只有1种功能, 只能按固定的切换周期(10 h)对干燥塔进行切换, 不能根据露点检测情况对干燥塔进行切换。然而, 在实际生产过程中, 应该根据露点检测情况适时调整加热和冷却时间, 即冬季气温低时可适当增长加热时间, 缩短冷却时间, 夏季气温高时可适当缩短加热时间, 增长冷却时间。
建议:由专业人员对凉风站分子筛脱水装置增加一个控制模块, 在该模块中能随时输入切换周期、加热时间、冷却时间, 从而实现根据露点来控制干燥塔的切换, 以减少分子筛再生次数, 延长分子筛使用寿命。
(1) 由于原料气的硫化氢含量高, 在运行过程中应注意观察再生气入口温度控制在230℃~250℃之间, 这样既能满足水露点要求, 同时又能减少COS的生成量[3]。
(2) 在凉风站增建水套炉一套和水池两个, 让三甘醇脱水装置高位水箱中的水自然流入水套炉加热, 加热后的高温水分别进入两个水池, 让峰003-X3井来气进站管线横穿水池1与水池中高温水换热; 让高峰场进站管线横穿水池2与水池中高温水换热, 两水池中的水自然流回三甘醇脱水装置低位水池, 以此提高原料气的入塔温度, 防止冬季气温低时发生冻堵。
(3) 由于加热炉运行过程中振动较大, 其附近设备的紧固件易松动, 建议由国内厂家定期对各个部位进行维护, 且更换部分配件, 以保障装置正常运行。
(4) 增加凉风站分子筛脱水装置控制模块一个, 在该模块中能随时输入切换周期、加热时间、冷却时间, 从而实现根据露点来控制干燥塔的切换, 以减少分子筛再生次数, 延长分子筛使用寿命。
2010, Vol. 39 Issue (3): 196-199
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