郑 起，杜伟君

（辽河油田油气集输公司，辽宁盘锦 124000）

0 引言

辽河油田的80 万轻烃回收装置于2016 年6 月30 日投产运行，装置处理的主要工艺包括进站预分离部分、原料气增压部分、分子筛脱水部分、辅助制冷部分、膨胀制冷部分、产品分馏部分。日天然气处理能力为80×104m3，操作弹性为80%～110%，乙烷收率为85%。

1 装置冷箱运行情况

装置辅助制冷及膨胀制冷部分采用2 台冷箱进行冷量交换，其流道内发生杂质及水化物堵塞，导致传热系数下降，进出口压差升高，气体通过流速增快，冷换效果不好。发生堵塞的流道，易导致装置前端压力高，引发工艺安全风险。装置投产以来，注甲醇次数不断升高，在2021 年装置多次采用降负荷升温热吹操作，以消除冷箱压差，装置无法实现连续稳定的运行。近3 年装置注甲醇化堵次数见表1，2021 年装置升温热吹操作次数见表2。

表1 2019-2021 年装置注甲醇化堵次数统计 次

表2 2021 年装置升温热吹操作次数统计

2 冷箱流道压差高原因分析

装置冷箱为铝板翅式换热器，其结构紧凑、轻巧，工作温度为-196～65 ℃，传热效率高，通道排列和组合十分灵活方便，对两种以上介质同时换热有其独特的优越性，气流形式多种多样，能实现顺流、逆流、错流、混合流等多种流型形式，技术经济性好，但同时存在制造工艺要求严格、工艺过程复杂、流道间隙小、容易堵塞、不耐腐蚀以及清洗和检修困难等缺点，只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的工况。辽河油田轻烃装置冷箱流道压差高的原因总结有以下3 个：

（1）露点不合格的原料气在冷箱内逐步降温的过程中，形成天然气水合物，堵塞在流道翅片内部，形成冰堵。随着油田伴生气组分的变化，进气组分中O2、CO2、H2S 组分升高，导致分子筛的有效工作时间缩短。分子筛能吸附O2、CO2、H2S 等物质，H2S能够破坏4A 分子筛的晶格，造成分子筛吸水性能下降，导致脱水后的原料气露点不合格；CO2含量的增加，加剧深冷区形成水合物冰堵。此外，装置再生气取自分子筛出口原料气，并非外输脱烃气，含有较多重烃，与O2结合易发生高温炭化反应造成分子筛失效，进而使分子筛的脱水能力降低，最终导致原料气露点不合格。装置进站天然气组分见表3 和表4。

表3 装置设计进站天然气组分

表4 2021 年5 月装置进站天然气组分

（2）分子筛床层内的粉末通过粉尘过滤器，进入冷箱流道内形成堵塞。在粉尘过滤器失效的情况下，原料气通过干燥器后将内部粉化的分子筛粉末带至冷箱流道内，在冷箱内由于流通截面扩大、流速下降而沉降下来。来自于管线内部的其他固体杂质均容易在细小的冷箱流道内存积，导致堵塞，引起压差升高。

（3）气体携带杂质集结在冷箱流道内，使冷箱流通面积变小，压差升高。冷箱各流道入口未设置过滤器，装置投产初期和管道改造过程中，管道清理和爆破吹扫不彻底，残存的杂质经过长时间的运行后，积存于冷箱流道内造成堵塞，引起压差升高。

3 冷箱流道压差高处理措施

对冷箱压差高的处理方式主要分为运行时处理与停机后处理两种：①运行时处理指注甲醇化冻堵及装置减负荷升温热吹，装置不停运，只影响部分产量，损失较小，但只能处理冷箱流道内水合物冰堵的问题，对已存在于冷箱流道内的固体杂质清理无效，当冷箱流道压差居高不下时，此处理方式不适用；②停机后处理方式有化学方法、机械刮管、水力射流（空穴）、超声波清洗等，其中化学清洗方法易损伤流道内壁氧化层，产生的污水处理易造成二次污染且处理难度大；机械刮磨方式在流道内不具备实施条件；流道内部结构复杂，水力射流（空穴）不适用；超声波清洗方式清洗长度短，清洗效果不明显。

针对存在的问题采用气爆脉冲反向清洗方式，对冷箱内部流道无腐蚀、无机械损伤、无二次污染。其中，气爆脉冲清洗技术以空气和水为介质，通过数控电磁高频脉冲控制仪形成高频振荡的脉冲波对流道内进行清洗。利用空气的可压缩性，在数控脉冲的控制下，使高压气体以一定的频率和脉宽，与泵车高压水同时进入数控脉冲管线内，形成类似于台风外旋的破坏力。随着空气的压缩和扩张，流道内的紊流加剧，水流的横向剪切力增大，使流道内脉冲水气流发挥出极致的剥离效果，对流道内壁实现高频振荡、水槌效应、螺旋环洗、微泡爆破等不同方式的快速冲刷清洗，将内壁上的结垢、金属氧化物和其他附着物清除，管壁上的沉积物被除掉，并随高速气—水流排出（图1）。

图1 气爆脉冲水清洗工作原理

将冷箱各流道进出口安装可拆卸短接，用于清洗管路与冷箱连接。在被清洗流道的入口安装进水法兰和脉冲振荡发生器，在冷箱流道出口安装出水法兰，进出口法兰通过高压水管与水洗系统连接，系统主要包括罐车、泵车、脉冲发生器、清洗管路等。脉冲振荡发生器管路与压缩空气系统连接，压缩空气系统包括螺杆式空气压缩机、储气罐等（图2）。

图2 气爆脉冲水清洗工作流程

首先通过循环泵建立清洗水循环，通过导热油炉控制循环水温度为60 ℃，热水反向循环冲洗12 h 后转脉冲清洗6 h，清洗过程中，由空气压缩机向大容量储气罐送气，从储气罐送出的高压气流，通过脉冲发生控制装置与水一起形成脉冲和高速水气流，脉冲随水气流向下延伸传播，使管内形成高速水气湍流，使流道内产生冲刷和喷沙效应，促使附着在翅片上的污垢破碎脱离，并随着水气流从未端排污排除。依次对2 台冷箱的4 个主流道进行反向脉冲水清洗，最后使用高压空气配合脉冲发生器，对流道进行吹扫，完成流道干燥，满足运行时冷箱内-60 ℃的露点要求。冷箱流道及分流区域清洗前后的对比见图3 和图4。

图3 PI0404 至PI0405 流道清洗前后对比

图4 PI0406 至PI0407 流道清洗前后对比

清洗后，装置重新投入运行，冷箱各流道压差大幅减低，通过对分子筛再生气工艺的优化调整，冷箱流道压差高的问题得以解决（表5）。

表5 清洗前后冷箱各流道压差对比

对轻烃装置冷箱完成气爆脉冲清洗后，冷箱换热效率升高，冷量利用合理，轻烃收率显著升高，创造可观的经济效益，具体数据对比见表6。此外，由7000 kW 高压电机拖动的原料气压缩机出口压力下降，压缩机压缩比减低，综合能耗明显减低。

表6 冷箱流道气爆清洗前后装置主要参数对比

4 结束语

气爆脉冲清洗技术的应用绿色、安全且环保，不使用任何化学药剂，对管线无腐蚀，对水质无污染。同时实用性较强，不堵塞，可适用各种复杂流程，高效快速、省时省力，可以在不开挖、不拆卸管线结构、不停产的条件下进行，降低人力、物力成本，提高管线、流道堵塞抢修、大修效率，较传统的管线流道清洗方法，提高效率5～20 倍。