汪 丽

（兖矿国宏化工有限责任公司 山东邹城273512）

低温甲醇洗尾气洗涤塔结冰冻堵原因分析及改造

汪 丽

（兖矿国宏化工有限责任公司 山东邹城273512）

兖矿国宏化工有限公司500kt／a甲醇项目酸性气脱除系统采用德国鲁奇公司低温甲醇洗工艺。该系统设计理念比较成熟，自投入使用以来运行比较稳定，但在细节方面设计仍有一些不足：在正常生产中，尾气洗涤塔温度波动比较大（最低、最高温度分别约4℃和20℃）；系统稳定时，保持在10℃左右。由于尾气洗涤塔的洗涤液为水，若塔内温度过低，极易造成尾气洗涤塔结冰，导致低温甲醇洗系统及后系统紧急停车。

1 尾气洗涤塔工艺流程

尾气洗涤塔工艺流程见图1。低压闪蒸塔闪蒸过程中，部分甲醇蒸气不可避免地被CO2尾气带走，虽然在低压闪蒸塔出口安装了丝网除沫器，仍会有大量的甲醇随尾气排放到大气中，既造成浪费，又污染了环境。根据甲醇与水无限互溶的特性，设计了尾气洗涤塔，利用甲醇水分离塔从热再生塔的甲醇中脱除的水将尾气中的甲醇洗涤下来，回流至甲醇水分离塔来脱除水分，以甲醇蒸气的形态从甲醇水分离塔塔顶进入热再生塔。在正常情况下，甲醇水分离塔所产生的水量是恒定且持续的，为保证甲醇水分离塔塔釜液位保持稳定，多余的水会被送至界外。如果因工艺气系统波动而导致低压闪蒸塔液位波动较大时，尾气中的甲醇携带量也会随之波动；另一方面，因蒸汽管网系统波动较大时，甲醇水分离塔为尾气洗涤塔所提供的水量会减少。上述2个因素都会导致尾气洗涤塔中的洗涤水不足以完全回收尾气中的甲醇，为了避免由此造成的甲醇浪费，该系统设计了一路脱盐水作为补充，这路脱盐水除了作为洗涤水外，还可用来冲洗尾气洗涤塔及甲醇水分离塔的塔盘。另外，尾气洗涤塔塔盘堵塞时，为了维持系统正常运行，尾气可冲破液封装置，不经尾气洗涤塔直接排放到大气中。

图1 尾气洗涤塔工艺流程

2 事故经过

2012年12月22日18：20，气化系统发生故障，运行中的2台气化炉被迫停运1台，工艺气气量由221000m3／h（标态）减至115000m3／h（标态）。低温甲醇洗系统根据工艺气气量与甲醇循环量的匹配原则，甲醇总循环量由345m3／h（标态）减至230m3／h（标态），主洗塔脱硫段甲醇循环量由190m3／h（标态）减至85m3／h（标态）。由于事发突然，调节幅度较大，全系统处于极不稳定的状态中。在此情况下，设备及阀门等极易受到损害。18：30，来自主洗塔脱硫段的甲醇流量突然变为0。经排查，确认为自调阀卡死。仪表人员立即抢修；同时，为了确保在自调阀修复前维持系统运行，甲醇总循环量增加至300m3／h（标态），并适当减少了进入脱硫段的甲醇循环量。

18：45，低压闪蒸塔压力突然由0.25MPa瞬间升至0.50MPa，且仍有上升趋势，尾气洗涤塔温度由5℃降至－9℃。18：50，低压闪蒸塔压力达到0.80MPa，安全阀起跳，系统被迫紧急停车，立即对系统进行全面排查，最后发现尾气洗涤塔已结冰，低压闪蒸塔闪蒸出的尾气已无法进入尾气洗涤塔。

3 原因分析

富硫甲醇和富碳甲醇在闪蒸时吸收大量的热量，会降低低压闪蒸塔温度，正常情况下，低压闪蒸塔温度可降至－60℃左右。此过程所产生的冷量也是整个低温甲醇洗系统的主要冷量来源，通过计算，将冷量合理分配到各个冷量回收点，以确保低压闪蒸塔各段所产生的冷量在进入尾气洗涤塔前都能被完全吸收。按照设计数据，各段尾气最终的混合温度为11℃。事故发生时低压闪蒸塔各段尾气的相关数据见表1。

表1 事故发生时低压闪蒸塔各段尾气的相关数据

事故发生时，低压闪蒸塔各段尾气指标与正常情况相比有很大变化。由表1可知：①第1段的压力和流量数据的变化证明该段所产生的尾气排放受阻，最终温度上升是由于气量降低、所携带的冷量减少所致。②第2段的压力变化同第1段，但其流量、温度的变化却很反常，结合液位为100%，可以推测该段尾气携带大量的甲醇，此部分甲醇不同于平时少量的甲醇蒸气。由于该段甲醇量过多，甲醇直接流入尾气管道，再进入尾气洗涤塔，并在管道及尾气洗涤塔内闪蒸，故第2段尾气气量由3655m3／h（标态）增至5669m3／h（标态），同时经回收冷量的尾气温度仍达－22℃，导致尾气洗涤塔及其液封同时结冰。③第3段的数据变化同第1段，尾气洗涤塔结冰，尾气排放受阻所致。

根据上述分析得出以下结论：①由于来自主洗塔脱硫段的甲醇控制阀门故障，人为地改变富硫甲醇和富碳甲醇的比例，导致进入低压闪蒸塔第2段的富碳甲醇过多，来不及排至第3段，多余的甲醇进入尾气管线，并最终进入尾气洗涤塔。随着这部分甲醇闪蒸出CO2和H2S，迅速降低了尾气洗涤塔温度，最终导致尾气洗涤塔结冰。②低压闪蒸塔所闪蒸的尾气除进入尾气洗涤塔外，只能通过冲破液封排放。此设计针对尾气洗涤塔塔盘堵塞是比较有效的，而对于此情况就很难起到作用，因为液封的密封介质是水，在尾气洗涤塔结冰的同时，液封也同样会结冰。③尾气洗涤塔前没有任何保护措施，使得低压闪蒸塔闪蒸出的尾气经过冷量回收后直接进入尾气洗涤塔。

4 改造措施

改造后尾气洗涤塔部分流程见图2。

（1）取消液封设计，改成可人为调节的阀门，作为尾气洗涤塔的短接副线；同时，尾气洗涤塔的出口和入口各加装1只阀门，用于在紧急情况下方便地停用尾气洗涤塔。改造后，尾气洗涤塔故障时，也不会影响全系统的运行。由于尾气不经洗涤直接排入大气，不但浪费了甲醇，还会污染环境，故此设计只能在紧急情况下使用，不可长期投用。

图2 改造后尾气洗涤塔部分流程

（2）尾气洗涤塔前增加1台分离器。改造后，可根据分离器的液位直观地判断尾气中甲醇的携带量，并及时作出调整，避免过多的甲醇进入尾气洗涤塔闪蒸。同时，可将此部分液态甲醇分离下来，进一步保证尾气洗涤塔的安全。

（3）在分离器和尾气洗涤塔之间配蒸汽管线。正常情况下，蒸汽阀门关闭；系统波动、阀门故障等各种原因引起的尾气温度过低时，都可用蒸汽来补偿这部分热量，进一步保证了尾气洗涤塔的安全。

5 结语

低温甲醇洗系统经过严格的冷量计算，在正常情况下，整个系统的冷量和热量保持了相对的平衡。但有很多突发情况会打破此种平衡，造成冷量、热量失调，损害设备，并影响生产。因此，必须提前采取应对措施，作出相应改造，切不可墨守成规，造成不应有的损失。

2014-05-30）