尤永平 董洪海 张硕良

摘要：介绍了液氮洗冷箱内循环氢管线引发冻堵的经过，从工艺设计、设备设施完整性、工艺管理等方面分析了原因，并从工程技术和管理两个层面提出了整改措施，取得了非常好的效果，实现了液氨洗装置本质安全。

关键词：液氮洗;冷箱;循环氢;冻堵

0前言

中石油吉林石化公司300 kt/a合成氨装置液氮洗工序采用林德技术。2002年试车，2003年6月产出合格的液氨。液氮洗单元的生产任务是：在低温下用液氮洗涤，脱除来自低温甲醇洗气体中的CO、CH4、Ar等对氨合成有害的毒物及惰性气体，制取CO≤8×10-6（v）的纯净气体，同时将高压氮加入到净化气中，配置H2＼N2比例为3：1的合成气，作为生产合成氨的原料，兼顾冷量平衡，为甲醇洗提供富余冷量。

由于CO2在低温下极易形成“干冰”，在开停车过程中，可通过多途径进入冷箱，造成冷箱内管线或板式换热器冻堵，在行业界发生过多起。我厂循环氢管线发生冻堵2次，被迫复热后再开车，延长了开车时间，对公司生产大平衡造成一定影响。

1  液氮洗单元工艺流程简述

液氮洗涤是在压力为7.4MPa，温度为-195℃的氮洗塔T0601塔内进行的。经分子筛吸附后的净化气先后进入原料气冷却器E0602、E0603，在此被三股物料（氮洗气、燃料气、循环氢气）冷却，然后进入氮洗塔底部，液氮从塔顶进入，两者逆流接触，在塔板上进行传质传热，CO、CH4、Ar等杂质均被液氮冷凝和吸收，从塔底排出，净化氢气则从塔顶离开，在进入E0602前由调节阀进行粗配氮，粗配后的合成气分成两部分：一部分由E0602的热端送至低温甲醇洗单元释放冷量，另一部分在E0601内回收冷量后与低温甲醇洗返回的合成气混合后送至氨合成单元合成气压缩机入口，在出E0601热端的合成气管线上设有细配氮阀FV06017，确保去氨合成单元合成气的氢氮比达到3：1。

从氮洗塔T0601塔底出来的馏分，首先在D0601内闪蒸，闪蒸压力为2.4MPa，闪蒸气先后在E0603、E0602、E0601等换热器内复热到40℃，然后送到循环气压缩机C0501的入口被回收，未闪蒸的液体馏分经TV06005节流至0.25MPa，也在E0603、E0602、E0601中回收冷量后送至F1301炉作为燃料气。

2  液氮洗循环氢管线冻堵的引发过程及处理

2014年8月2日，合成氨装置因外网晃电停车，8月8日装置开车至液氮洗单元。按照正常开车步骤，2：17分完成了分子筛出口阀TV06031前后均压，外操准备手动复位开TV06031，向冷箱导气，但阀门没有打开，此时另一个外操已把冷箱三层D0601去压缩机C0501循环氢管线阀门打开，开车线阀门关闭。在处理TV06031过程中，内操监控到C0501压力高于D0601压力，一直在提高D0601压力，降低C0501压力，但效果不大，也未继续调整，认为有单向阀，不会反窜到冷箱内的。因此，开车继续往下进行，4：10分发现D0601去C0501压缩机循环氢管线流通不畅，具体表现为工艺条件较正常生产时有较大偏差，一是D0601与C0501的压差比正常高0.5Mpa，二是循环氢流量是正常值的18%，三是该管线上经过换热器的温度均偏高30℃。于4：50分，液氮洗单元停车，排液、对冷箱进行复热。15：30分，复热结束，液氮洗单元重新组织开车，经过制冷、积液、导气等步骤，一次性开车成功。

与此类似，2017年4月8日，在一次紧急停车的过程中，由于停车过程紧急，D0601压力在一段时间内低于C0501压缩机压力，且外操人员未及时关闭循环氢去C0501压缩机的阀门，又一次造成循环氢管线冻堵，现象一致。

3  液氮洗循环氢管线冻堵原因分析

在冷箱复热过程中，分析循环氢管线上气体成份，结果发现露点低于-60℃，说明无水分，CO2含量约80×10-6，因此更进一步證实了是由于CO2进入冷箱造成的冻堵。

压缩机C0501入口气体由循环气管线（H2、N2）、硫化氢压缩机出口管线（H2S、CO2 、H2）、低温甲醇洗闪蒸气（H2S、CO2 、H2）三部分气体混合而成。正常流程是循环氢闪蒸罐D0601压力高于压缩机C0501入口压力，正向流动;当生产波动后，D0601压力降低，便发生了C0501气体逆向流动，且单向阀损坏，起不到止逆作用，富含CO2闪蒸气就进入冷箱。由于CO2在-78.5℃下便能形成“干冰”，从而造成循环氢管线通道冻堵。归结起来原因如下：

（1）流程设计有缺陷。在流程设计上只设置一个单向阀来规避返窜，一个保护层是远远不够的，从保护层的概念来说，严格讲单向阀不能作为独立保护层，故障率高，特别容易失效。本文中两次冻堵，分别是两个不同的单向阀。

（2）设备设施不完善。单向阀作为一个保护层失效了，但缺乏维修保养，每次年度检修期间不进行打压测试。

（3）风险辨识不到位。冷箱冻堵事件在同行业已有不少案例，但我们没有完全吸取教训，没有把这方面的风险辨识到位，对返窜冻堵防范意识不强，也没有做出相应的预防措施。

（4）操作技能不熟练。操作人员培训还不够，如果操作人员水平和意识足够高的话，也不会出现第二次冻堵。

4  避免液氮洗冷箱堵塞的对策及措施

通过两次冻堵的深刻反思，我们从工程技术上和管理上采取了以下应对措施：

（1）进行技术改造，增加保护层，实现本质安全。

在去压缩机C0501循环氢管线上增加“两切一放空”（见图1），当发生停车时，进行联锁动作，1#、2#阀快速关断，3#阀自动打开，即使阀门有泄漏，泄漏气将从3#阀放空到火炬，D0601的压力由4#阀自动调节;开车过程中，1#、2#阀、3#阀保持停车状态，D0601的压力由4#阀调节，放空到火炬，当生产转入正常后，阀门恢复到正常状态。

1#、2#-快切阀，3#-放空切断阀，4#-放空调节阀

（2）完善检修计划，年度检修时单向阀必须下线测试或更换。每次检修时，涉及到液氮洗单元可能发反生返窜造成冷箱冻堵的单向阀，必须下线测试或更换。

（3）应用HAZOP分析工具，重新进行风险辨识，完善操作规程。经过分析，找出9处可能发生返窜冻堵或高压窜低压的风险点，完善了操作规程，通过管理或增加联锁等技术手段规避了风险。如分子筛顺控阀增加了前后压差高禁开的联锁;明确装置停车时间超过5天，要对冷箱进行复热处理的要求;规范了液氮洗停车第一时间必须关阀明细。

（4）注重操作人员重要风险点操作培训。梳理装置所有重要操作风险点，有针对性开展培训，特别是新上岗的操作人员，必须反复培训，牢固掌握，模拟操作合格后方可上岗。

5  结语

本文只介绍了冷箱冻堵的一种典型案例，但冷箱冻堵还有很多途径，如净化气击穿分子筛带入冷箱、甲醇洗和液氮洗共用的放空线返窜到冷箱、水或CO2窜到中压氮气中带入冷箱、分子筛加热器内漏后水气进入冷箱。不论是哪种途径导致冷箱冻堵，都会对生产造成较大的影响，甚至会损坏设备，因此我们必须进行风险辨识，必要时可借助HAZOP分析等工具，对生产过程中工艺危害进行全方位分析，找出可能发生冻堵所有可能，从管理和工程技术两个方面采取行之有效的应对措施，保证装置长周期、安全稳定运行。