2015-01 丙烯制冷系统换热器内漏判断及处理措施

丙烯制冷系统换热器内漏判断及处理措施

(论文编号 2015-01)

摘要：本文介绍了中沙（天津）石化乙烯装置丙烯制冷系统的作用及流程，叙述了丙烯制冷系统中用户2#干燥器进料冷却器（EA207）内漏后的分析判断过程，以及后续维持装置运行的处理措施。

关键词：丙烯制冷轻重组分内漏安全运行

1. 丙烯制冷系统作用

中沙（天津）石化乙烯装置丙烯制冷系统（GB501系统）是一个封闭的四段制冷系统，由带有相关段间罐和换热器的多段离心压缩机组成。系统使用的冷剂是装置自产的聚合级丙烯（丙烯含量高于99.6%），为工艺系统各用户提供4个温度等级的冷剂：-40℃，-28℃，-4℃和13℃，通过在这些温度等级相对应的压力上汽化丙烯来提供冷量，以满足工艺流程各级别用户对冷量的需求[1]。

2.丙烯制冷系统流程描述及内漏换热器判断

2.1丙烯制冷系统流程描述

丙烯制冷系统工艺流程图见图 1.各段吸入的气相丙烯在丙烯制冷压缩机（GB501）中被压缩，并在出口冷却器（EA-501 A/B/C/D）里用1.634MPag和40℃的冷却水冷凝。从出口冷却器来的40℃的液态丙烯冷剂，先流过丙烯冷剂收集罐（FA-505），然后在9#尾气换热器（EA-319X）里将流出的工艺物流加热而自身被过冷。

丙烯冷剂经过各四段用户，从用户中取热而自身被汽化同时给用户制冷。此后进入四段吸入罐（FA504）。气相做为压缩机四段吸入，液相送至二段排出罐（FA503）。FA503中气相与压缩机二段排出气相汇合后给乙烯精馏塔再沸器（EA410）加热，液相通过用户送至二段吸入罐（FA502），FA502气相做为压缩机二段吸入，液相用于给一段用户制冷，经过各一段用户后，液相丙烯冷剂被汽化后送至一段吸入罐（FA501），一段吸入罐的气相做为一段吸入。

图1 丙烯制冷系统流程简图

GB501—丙烯制冷压缩机；FA505—丙烯冷剂收集罐；EA319X—9#尾气换热器； FA504—压缩机四段吸入罐；

EA207—干燥器进料2#激冷器； EA413—高压乙烯产品汽化器；EA653X—2#二元冷剂冷却器；FA503—压缩机二段排出罐；

EA410—乙烯精馏塔再沸器；FA502—压缩机二段吸入罐；EA654X—3#二元冷剂冷却器；FA501—压缩机一段吸入罐；

EA411A/B—乙烯精馏塔冷凝器；FA318—EA-318X液体丙烯收集罐；

EA501—压缩机出口冷却器；EA302—脱甲烷塔进料1#冷却器

2.2 2#干燥器进料冷却器（EA207）作用

2#干燥器进料冷却器（EA207）是丙烯制冷系统13℃用户，壳程物料为丙烯冷剂，操作压力0.74Mpa；管程物料为裂解气，操作压力3.95Mpa。EA207的作用是用13℃丙烯冷剂将裂解气冷却至15℃左右，以保证裂解气在合适的温度进入裂解气干燥器进行干燥。

2.3 EA207内漏判断过程

2013年9月29日，丙烯冷剂用户乙烯精馏塔冷凝器EA411A/B冷凝效果变差，乙烯精馏塔DA-402塔压逐渐升高。丙烯冷剂用户液体丙烯收集罐FA318入口处出现冻堵的情况。

发现问题后装置立即在相应位置注入甲醇解决了冻堵问题，同时制定排查措施，检查丙烯制冷系统各换热器情况并取样分析，分析数据显示丙烯制冷系统露点为-46℃，丙烯冷剂组成中含有一定量的重组分及轻组分，同时从EA207丙烯侧LD导淋处可排出游离水。取样点的分析项目及组成见表1。

表1 系统高点、低点取样分析数据

根据排查的情况进行分析，系统内同时存在水、轻组分及重组分。根据表2中换热器的物流情况，轻组分及重组分同时存在可判定是有裂解气泄漏至本系统，同时系统还有水的存在，可能导致此种现象有两种可能。第一， 2#干燥器进料冷却器EA207内漏；第二，脱甲烷塔进料1#冷却器和压缩机出口冷却器EA501A/B/C/D同时出现了内漏，且EA501内漏较严重是才会引起压力较低的冷却水串入压力较高的丙烯系统中。故根据理论判断，EA207内漏的可能性最大。

丙烯冷剂相关换热器数据表见表2，据此进行了逐一排查。EA501A/B/C/D冷却水出口放空处未出现气相丙烯，可以排除EA501内漏的可能性；EA302在流程中位于裂解气干燥器后，如内漏也不会带水进入丙烯制冷系统。故综合以上情况分析，最终可判定EA207内漏。

表2 丙烯制冷系统换热器数据表

3. EA207内漏对系统的影响

3.1 内漏物料含水对系统的影响

EA207内漏导致水进入丙烯制冷系统，水在丙烯制冷系统中随着物流方向到达低温区域会造成系统管道及设备冻堵，严重时会引起换热器效果变差进而造成装置停车。另外丙烯制冷系统中含水会加速设备的腐蚀，长期运行有系统泄漏的风险。

3.2内漏物料含轻组分对系统的影响

EA207内漏导致裂解气进入丙烯制冷系统，裂解气中的氢气、甲烷、碳二等轻组分无法在压缩机四段出口被冷却水冷凝，因此会造成压缩机出口压力和温度上升。如不及时采取措施可能造成出口压力或温度高高联锁停车。同时轻组分带入系统后会导致系统内热用户换热效果不佳，主要体现在乙烯精馏塔再沸器EA410A/B。

3.3内漏物料含重组分对系统的影响

EA207内漏导致裂解气进入丙烯制冷系统，裂解气中的C4及更重组分会随着物流方向最终聚集在低温换热器及管道死点的底部，重组分占据了釜式换热器的部分换热空间，进而影响换热效果，长期聚集会造成换热器失效引起产品不合格或装置停车。

由于干气密封使用自身出口气作为一级密封气，重组分较多时还可能造成干气密封系统带液，引起干气密封系统损坏。

4.系统维持运行采取的措施

发现EA207泄漏后，装置采取了一系列有效措施延缓内漏的杂质对丙烯制冷系统的影响。

通过这些措施的实施，可以维持装置继续安全运行，为制造新换热器赢得了时间。主要措施包括以下几个方面。

4.1 针对水带入丙烯制冷系统的措施

①定期在EA207壳程（丙烯侧）进行排水并检测水量，根据排水量多少判断换热器内漏是否加剧，尽可能减少水带入至丙烯制冷系统低温区。

图2 EA207壳程排水量趋势（2013年10月2日至12月1日）

自2013年10月2日开始对EA207壳程排水，每2小时排放一次，排水量开始为2升/天左右，此后排水量逐渐增大，说明漏点逐渐增大。到11月22日增大至25升/天左右，此后一直至2014年5月机会检修一直保持25升/天左右的水平。图2为EA207排水量趋势图。

②制定EA207内漏控制方案，保证EA207运行期间两侧温度、压力稳定，尽可能缓解EA207泄漏量进一步增大。

③监控丙烯制冷系统低温区换热器运行情况，定期检测冷箱各流股前后压差，制定应急注甲醇的方案，出现换热效果变差时及时注甲醇解冻。根据实际运行情况，在EA411A/B及FA318处注甲醇频次相对较高。

④定期检查系统内低点导淋及液位计等端头位置是否存在冻堵情况，防止出现管线及端头冻堵后胀裂的情况。

4.2针对轻组分带入丙烯制冷系统的措施

①持续排放不凝气

轻组分在丙烯制冷系统压缩机出口不会被冷凝，会形成不凝气。可通过压缩机出口冷却器（EA501A/B/C/D）顶部持续将不凝气排放至火炬(如排放至顺序分离流程系统内易造成丙烯产品中甲醇含量超标，此点需注意)，排放阀可以保持较小的开度以防止过多的物料损失，具体可根据出口压力进行调整。排放不凝气的同时需要监控压缩机冷剂收集罐及各段间罐液位，