脱甲烷塔塔顶冷凝器运行问题分析及对策

ETHYLENE INDUSTRY

脱甲烷塔塔顶冷凝器运行问题分析及对策

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(中国石油四川石化有限责任公司，四川彭州611930)

摘要：介绍了四川石化乙晞装置脱甲烷塔的基本流程及塔顶冷凝器运行存在的问题，分析了脱甲 烷塔塔顶冷凝器冷剂侧液位不能建立的原因，并在保证装置不停车的前提下对现有流程进行整改和优 化。利用乙晞制冷压缩机三段吸入罐的设备预留口对脱甲烷塔塔顶冷凝器冷剂入口管道优化改造，解决 了脱甲烷塔塔顶冷凝器冷剂供给不足、脱甲烷塔顶温高及塔顶甲烷气中乙晞损失大等问题。以最低的改 造成本获得最大的经济效益，在节能降耗的同时也为装置的稳定操作和高负荷生产创造了条件，保障了 装置裂解原料轻质化条件下的高负荷工况下的稳定运行。

关键词！脱甲烷塔冷凝器冷剂

中国石油四川石化有限责任公司（以下简称 四川石化）乙烯装置脱甲烷塔开工初期塔顶冷凝 器冷剂流量达不到设计值，塔顶冷剂液位难以建 立、波动较大，冷剂液位自动控制无法投用；脱甲 烷塔回流量不足且波动很大，造成塔顶温度偏高 并大幅度波动会引起脱甲烷塔顶乙烯损失量超 标。脱甲烷塔塔顶冷凝器（E1425)的冷剂来自乙 烯制冷压缩机二段吸人罐，汽化后的气相乙烯返 回乙烯制冷压缩机一段吸人罐，经脱甲烷塔顶冷 凝器汽化并返回乙烯制冷压缩机的气相乙烯占乙 烯制冷压缩机一段吸人流量的很大一部分。因脱 甲烷塔顶冷凝器冷剂量在不断的变化，故引起乙 烯制冷压缩机一段的气相返回量和一段吸人罐压 力不断波动，最终导致其转速控制困难。乙烯制 冷压缩机和乙烯精馏塔热栗系统频繁调整造成乙 烯制冷压缩机制冷系统运行波动，无法提供冷箱、 脱甲烷塔系统所需的冷量，限制了装置生产负荷 的进一'步提高。随着装置负荷的提高，脱甲焼塔 塔顶冷凝器冷剂侧液位越发难以建立和稳定，严 重影响脱甲烷塔的操作和乙烯制冷压缩机的平稳 运行，因此必须找出问题的原因并采取相应的措 施加以解决。

1.1

脱甲烷塔流程介绍

脱甲烷塔（C1420)的作用是从塔顶分离出不

含乙烯的甲烷和氢气组分，从塔底分离出不含甲 烷等轻组分的混合碳二组分。塔釜再沸器 (E1420)用气相丙烯冷剂冷凝作为热源，通过控制 进人E1420的冷剂量来控制再沸器的负荷，丙烯 冷剂流量控

的设定值由该塔第37

塔板温

度控制器的输出给定。塔釜物料经过冷却器 (E1404)与-37 U的丙烯冷剂换热过冷后分为两 路:一路进人预脱甲烷塔塔顶自回流冷凝器供冷 蒸发，另一路经脱甲烷塔塔底闪蒸罐和脱甲烷塔 塔釜蒸发器过冷，两路气相混合碳二汇合在一起 作为乙烯精馏塔第99板的进料。

脱甲烷塔顶冷凝器（E1425)采用自回流设计， 通过控制乙烯冷剂的液面来控制E1425负荷，冷 剂量由调节阀（LV14024)控制。脱甲烷塔顶物料 在塔顶冷凝器中用-101 U乙烯冷剂部分冷凝，被 冷凝的液体物料分成两部分:一部分作为脱甲烷 塔顶回流;另一部分作为化工中间产品送丁辛醇 装置，但当甲烷膨胀机（K1420)事故状态时，这部 分物料从回流管线上抽出为冷箱提供冷量，最后

收稿日期!2017 - 04 - 17 %修改稿收到日期!2017 - 12 - 30。

1

问题分析与整改措施脱甲烷塔流程见图1。

作者简介!彭志荣，男,2006年毕业于兰州石化学院化工机械

专业，主要从事乙烯生产工作,助理工程师。

• 30 •乙烯工业第30卷

经过冷箱加热到37 °C后返回裂解气压缩机三段。 脱甲烷塔顶气相和尾气精馏塔回流罐来的部分甲 烷一起进入甲烷膨胀机。脱甲烷塔顶冷凝功耗约

占乙烯制冷压缩机总功耗的40%，塔顶乙烯损失 通常占总乙烯损失的50%以上，因此在乙烯分离 中脱甲烷塔的运行尤为重要。

C1415甲烷接触塔;C143脱乙烷塔;C1420脱甲烷塔;E1425脱甲烷塔顶冷凝器;E1420脱甲烷塔釜再沸器;

E1404冷却器;E1413尾气精馏塔塔顶冷凝器;E1415预脱甲烷塔塔顶冷凝器;K1420甲烷膨胀机； V1660乙烯制冷压缩机一段吸入罐;V1670乙烯制冷压缩机二段吸入罐;V1680乙烯制冷压缩机三段吸入罐; V1610丙烯制冷压缩机一段吸入罐;V1625丙烯制冷压缩机三段吸入罐;V1630丙烯制冷压缩机四段吸入罐;

V1482乙烯精馏塔进料罐 图1脱甲烷塔流程示意

!$问题分析! 2.1

脱甲院塔顶冷凝器冷剂入口过滤器冻堵

本可以断定入口过滤器冻堵的可能性。

1.2.2

调节阀故障或者堵塞

由于是新装置第一次开工，怀疑是乙烯冷剂 管道干燥不彻底，烃类在高压低温环境下生成水 合物，导致塔顶冷凝器冷剂入口过滤器冻堵。脱 甲烷塔顶冷凝器冷剂入口过滤器为锥形过滤器， 内装80目过滤网，过滤网处冻堵的可能性很大。 打开脱甲烷塔顶冷凝器E1425冷剂入口低点倒淋 排放水合物，现场收集后发现并无水合物排出，基

检查乙烯冷剂调节阀LV14024,将其逐步开 大直到全开，之后再缓慢打开调节阀旁通线。按 时间顺序查看脱甲烷塔塔顶回流量和塔顶温度变 化趋势，发现LV14024开度在80%〜100%时，脱 甲烷塔塔顶回流量和塔顶温度基本不变。继续开 调节阀旁通线后，脱甲烷塔塔顶回流量和塔顶温 度开始线性变化。判断为调节阀卡涩或阀门定位

第30卷

彭志荣.脱甲烷塔塔顶冷凝器运行问题分析及对策

• 31 •

器故障，后联系仪表和阀门厂家人员确认 LV14024为等百分比调节阀，根据阀门流量特性: LV14024阀开到80%后乙烯冷剂流量已达到最大 值，即使阀门继续开大流量也不会继续增加。因 此可排除LV14024阀故障或堵塞引起冷剂量的不 足。

道见图1中红色虚线部分。为避免乙烯制冷系统 波动，在配管时必须加人限流孔板，防止高压力乙 烯冷剂流量过大对乙烯制冷压缩机制冷系统造成 不必要的干扰。

3

调节阀能力不足

脱甲烷塔顶冷凝器冷剂线改造后的效果改造完毕后，脱甲烷塔顶冷凝器乙烯冷剂液

1.2. 3

LV14024阀设计偏小导致脱甲烷塔顶冷凝器冷剂无法建立液位。乙烯制冷压缩机一段操作压 力为0. 009 MPa、二段操作压力为0. 190 MPa、三 段操作压力0.63 MPa，其前后压差在0.181 MPa。 通过调整乙烯制冷压缩机转速和防喘振阀开度， 将LV14024阀前后压差增加到0. 2 MPa，脱甲烷 塔顶冷凝器冷剂液位难以建立的情况有所好转。 根据设计参数重新核算LV14024阀，计算结果显 示当前参数能够保证脱甲烷塔顶冷凝器冷剂液面 建立，但实际运行脱甲烷塔顶冷凝器冷剂液位仍 难以建立，表明实际运行条件已偏离原设计， LV14024阀已无法适应实际运行要求。

面建立顺利，冷剂液位自动控制系统正常投用并 最终实现稳定控制。脱甲烷塔回流的干扰因素得 以消除，同时回流量恢复到设计值、塔顶温度下降 到指标范围内、乙烯损失量降低。脱甲烷塔顶冷 凝器乙烯冷剂量稳定后，乙烯制冷压缩机一段吸 人压力不再波动，转速调节系统工作稳定，有效保 障了乙烯制冷压缩机系统的平稳操作，装置能耗 物耗进一步下降。截至目前，脱甲烷塔顶冷凝器 冷剂液位平稳，有力保证了脱甲烷塔的正常操作 和乙烯制冷压缩机热栗系统的稳定运行。

4结语

通过分析研究，最终确认脱甲烷塔塔顶冷凝

2

针对乙烯冷剂推动力不足问题的整改措施目前四川石化裂解原料与设计偏离较大，轻

器E1425冷剂液位难以建立的原因是调节阀能力 不足，无法适应原料轻质化后的负荷要求。采取 利用乙烯制冷压缩机三段吸人罐的设备预留接口 将高压力的乙烯冷剂补充到E1425冷剂人口处， 有效解决了 E1425液位难以建立的问题。改造是 在装置不停工、E1425现有冷剂人口管道不进行大 改的情况下实施的。

组分（干气）产率约为原设计的125%。，脱甲烷塔 顶冷凝器（E1425)负荷过高，冷剂调节阀LV14024 能力有限。由于生产的连续性，在线更换调节阀 和部分管道显然不可能。根据现场条件，将压力 更高的乙烯冷剂引至E1425冷剂人口处，改造管

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