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公司名稱：化工填料廠家
公司QQ：27749890
聯(lián)系人：龍經(jīng)理
業(yè)務(wù)電話：18779917026
聯(lián)系地址：江西萍鄉(xiāng)湘東陶瓷工業(yè)園
分子篩脫水裝置運(yùn)行問題分析及處理
2019-09-30 閱讀：次
石化西北油田分公司某采油廠輕烴站氣脫水處理采用分子篩三塔流程，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)冷吹初始階段出口溫度升高、較快的異常情況。為此，該輕烴站在排除設(shè)備故障后，取氣分水器排污樣進(jìn)行亞硫酸檢測(cè)，結(jié)合氣樣ＸＲＦ元素含量檢測(cè)結(jié)果，分析得出導(dǎo)致分子篩失效、溫度升高的本質(zhì)原因?yàn)檫M(jìn)站原料氣中含氧量偏高，使得鐵、氧及Ｈ２Ｓ在干燥塔內(nèi)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，放出熱量?；谏鲜鲈?，采取相應(yīng)的措施，打破化學(xué)反應(yīng)所需環(huán)境條件，從而恢復(fù)正常生產(chǎn)，該裝置的操作經(jīng)驗(yàn)可為同類裝置的設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供參考。
石化西北油田分公司某采油廠輕烴站主要處
理所屬片區(qū)油井伴生氣。該廠集原料氣增壓、氣脫硫及硫磺回收、氣脫水、冷凝分離、凝液分餾、外輸氣增壓及生產(chǎn)裝置等功能于一體，其主要功能是伴生氣凈化處理及生產(chǎn)高附加值的液化氣和輕烴產(chǎn)品，并為下游用戶提供合格的氣。該站設(shè)計(jì)處規(guī)模為５０×１０４?。恚常?，生產(chǎn)干氣４２．９×１０４ｍ３／ｄ，液化氣１０３．３ｔ／ｄ，穩(wěn)定輕烴４７ｔ／ｄ。脫水處理是氣處理過程中不可缺少的一部分，通過分子篩脫水，將伴生氣的水露點(diǎn)降至－７０℃以下，避免后續(xù)深冷處理相關(guān)設(shè)備的凍堵，以及儲(chǔ)運(yùn)過程中液態(tài)水的析出［１－５］。
１ 脫水單元工藝流程簡(jiǎn)介
１．１ 干燥塔內(nèi)填料選擇
該輕烴站干燥塔主要采用分子篩進(jìn)行脫水，其吸附能力強(qiáng)，選擇性好，耐高溫，不易破損，使用周期長(zhǎng)，
廣泛用于化工和石油化工的脫水處理
氣脫水處理即用分子篩吸收氣中的水分，以達(dá)到干燥的目的。這就需要水分子的直徑要小于分子篩的孔徑，被其吸附，而氣分子的直徑要大于分子篩的孔徑，避免被其吸附［９－１０］。據(jù)此，為滿足生產(chǎn)需求，達(dá)到的脫水效果，該輕烴站從眾多型號(hào)分子篩中選擇4a分子篩作為干燥劑。
１．２ 脫水工藝流程
目前，該輕烴站分子篩干燥塔共３臺(tái)，１臺(tái)進(jìn)行吸
附，１臺(tái)進(jìn)行，１臺(tái)進(jìn)行冷吹，執(zhí)行８ｈ切換制度，
在進(jìn)行三塔倒塔時(shí)，主要步驟為冷吹塔充壓切換為吸附，冷吹氣對(duì)塔進(jìn)行冷吹，之前吸附后的塔泄壓后切換為，如此，實(shí)現(xiàn)分子篩脫水、再利用的功能。
工藝流程圖如圖１所示。
吸附過程：脫硫后原料氣經(jīng)原料氣壓縮機(jī)增壓→
凈化氣分水器→前置聚結(jié)器→分子篩吸附塔→粉塵過濾器→膨脹機(jī)增壓端進(jìn)口。
冷吹過程：冷吹氣來自外輸閥組→分子篩冷吹塔→氣加熱器→分子篩塔→氣冷卻器→氣分水器→壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)口。
２ 分子篩運(yùn)行異常及原因分析
２．１ 分子篩運(yùn)行異常
巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，Ａ塔由倒為冷吹后，冷吹出口溫
度出現(xiàn)異常。倒塔之前，進(jìn)口溫度２４２℃，８ｈ后，出口溫度２２８℃。倒為冷吹后，冷吹進(jìn)口溫度為１８℃，出口溫度在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該是由后的溫度２２８℃逐漸下降（如圖２所示），但此次出現(xiàn)異常，
冷吹出口溫度不不降反而升高，其中一次溫度高升至３９８℃（如圖３所示）。
此后，每次Ａ塔倒冷吹后均出現(xiàn)類似情況。在觀察運(yùn)行１個(gè)星期后，Ｂ塔、Ｃ塔均相繼出現(xiàn)上述異常，且時(shí)間比正常所需時(shí)間越來越短。
此后，每次Ａ塔倒冷吹后均出現(xiàn)類似情況。在觀察運(yùn)行１個(gè)星期后，Ｂ塔、Ｃ塔均相繼出現(xiàn)上述異常，且時(shí)間比正常所需時(shí)間越來越短。
２．２ 運(yùn)行異常原因分析及排查
２．２．１ 初步排查及氣成分分析
針對(duì)分子篩干燥塔運(yùn)行異常初期，采取了一系列措施，對(duì)其原因進(jìn)行排查，比如：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行檢測(cè)，
或?qū)Ψ肿雍Y干燥塔進(jìn)出口壓差進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果均為正常。后續(xù)又對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以及切為雙塔運(yùn)行、一塔放空等處理措施，但溫升情況仍未得到改善。
排除上述原因后，隨即對(duì)后端設(shè)備氣分水器的排污介質(zhì)進(jìn)行取樣檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ｐＨ值＝０．４，為強(qiáng)酸性，如圖４所示。
西北油田某廠區(qū)域油井伴生氣高含Ｈ２Ｓ，進(jìn)站Ｈ２Ｓ質(zhì)量濃度約１０００ｍｇ／ｍ３，雖然在干燥塔前端有
脫硫單元對(duì)酸氣進(jìn)行脫除，但不排除偶爾在進(jìn)氣量大、超負(fù)荷的情況下，凈化氣中攜帶Ｈ２Ｓ。另一方面，西北油田多稠油井，多采用注氮?dú)馐侄卧黾赢a(chǎn)量，有可能在注氣過程中混入空氣。而此輕烴站采用導(dǎo)熱油對(duì)氣加熱，換熱效率高，操作人員對(duì)冷吹氣量控制波動(dòng)稍微不穩(wěn)，溫度就會(huì)上升至３００℃，這時(shí)Ｈ２Ｓ就會(huì)部分氧化反應(yīng)生成ＳＯ２［１１］，結(jié)合上述ｐＨ試紙顯示強(qiáng)酸
性，綜合分析判斷Ｈ２Ｓ、Ｏ２與Ｈ２Ｏ之間可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸，如式（Ⅰ）、式（Ⅱ）所示。
３Ｏ２＋２Ｈ２Ｓ＝２ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ（Ⅰ）
ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ＝Ｈ２ＳＯ３（Ⅱ）
為驗(yàn)證上述推斷結(jié)論，對(duì)干燥塔進(jìn)出口氣體進(jìn)行取樣，檢測(cè)相關(guān)氣體成分，結(jié)果如表１所示。
通過干燥塔進(jìn)出口相關(guān)氣體濃度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Ｈ２Ｓ與Ｏ２體積分?jǐn)?shù)出口比進(jìn)口明顯降低，而ＳＯ２含量顯
著升高。此外，另取適當(dāng)氣分水器排污樣，向其中加入具有氧化性的碘，再滴入氯化鋇，燒杯底部生成了不溶于水的白色沉淀物，如圖５所示。接著向燒杯中
加入鹽酸，沉淀溶解并產(chǎn)生氣體，將該氣體通入品紅溶液中，品紅褪色，證明排污樣中有亞硫酸存在。
綜上所述，根據(jù)氣體成分分析以及取樣進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，終可以確定干燥塔內(nèi)部的確發(fā)生了如式（Ⅰ）和式（Ⅱ）所示的化學(xué)反應(yīng)，至于是否發(fā)生其
他化學(xué)反應(yīng)，待開塔后才能進(jìn)一步確定。
２．２．２ 開塔檢修分析導(dǎo)致異常原因
通過開塔檢修發(fā)現(xiàn)，分子篩比較潮濕，有結(jié)塊現(xiàn)象，顏色呈黃褐色，如圖６所示。隨即對(duì)現(xiàn)場(chǎng)分子篩與原始分子篩分別取樣進(jìn)行ＸＲＦ元素含量檢測(cè)。通過對(duì)ＸＲＦ元素含量檢測(cè)報(bào)告分析發(fā)現(xiàn)，附著在
分子篩表面的黃褐色物質(zhì)為亞硫酸鐵。結(jié)合干燥塔內(nèi)部組件腐蝕情況（如圖７所示）分析得出，塔內(nèi)的格柵
板等含鐵組成的部件與亞硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了亞硫酸鐵，并產(chǎn)生熱量（如式（Ⅲ）所示），致使冷吹出口
溫度上升。隨著冷吹時(shí)間的增加，塔內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度環(huán)境逐漸破壞。因此，化學(xué)反應(yīng)停止，恢復(fù)正常，冷吹出口溫度開始下降。
３Ｈ２ＳＯ３＋２Ｆｅ＝Ｆｅ２（ＳＯ３）３＋３Ｈ２（Ⅲ）ΔＨ＝－９８８ｋＪ／ｍｏｌ
同時(shí)，通過ＸＲＦ元素含量檢測(cè)報(bào)告分析發(fā)現(xiàn)，分子篩中重組分較多，這些物質(zhì)在高溫的條件下與粉化失效的分子篩黏結(jié)在一起，從而出現(xiàn)如圖６所示的分子篩結(jié)塊現(xiàn)象。
３ 后期采取措施
３．１ 更換分子篩
選用抗酸的4a分子篩，使分子篩的抗酸性能大
大增加，減少甚至避免分子篩對(duì)酸氣的吸收，這在很大程度上也降低了分子篩因酸性氣體腐蝕粉化的幾率，與此同時(shí)，去后端氣體幾乎沒有攜帶粉塵，進(jìn)而保證后端系統(tǒng)的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)了裝置的檢修周期，節(jié)約了檢修維護(hù)成本。
３．２ 使用不銹鋼材料
對(duì)塔內(nèi)的格柵板、塔板濾網(wǎng)、支撐梁、氣體分布器等結(jié)構(gòu)均予以更換，并采用不銹鋼材質(zhì)，避免其與氣中相應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起干燥塔運(yùn)行異常。
３．３ 密切監(jiān)控注氣井
西北油田某廠區(qū)塊稠油井較多，開采難度較大，為保持產(chǎn)量，進(jìn)一步提高采收率，使埋藏的油能更多、更快地被開采出來，部分油井采用注氮?dú)獾姆椒?，?shí)現(xiàn)油田的增產(chǎn)降耗。但注氮?dú)鈺r(shí)會(huì)存在氮?dú)獠患?、含氧量較高的現(xiàn)象，而這部分不純氣體就會(huì)隨著伴生氣進(jìn)入氣處理系統(tǒng)，從而影響系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。因此，在油井進(jìn)行氮?dú)庾⑷霑r(shí)要嚴(yán)格把控，氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)控制在９９．６％以上，嚴(yán)格遵守含氧量高不注的原則，進(jìn)而減少對(duì)后端產(chǎn)生不必要的影響。
３．４ 控制運(yùn)行參數(shù)
溫度是干燥塔內(nèi)發(fā)生放熱反應(yīng)的重要條件之一，在后續(xù)生產(chǎn)時(shí)，將塔進(jìn)口溫度控制在２３０℃，避免高溫造成某些化學(xué)反應(yīng)所需的高溫環(huán)境。
冷吹氣量控制也至關(guān)重要，氣量不能太大，否則溫升較高。同時(shí)，氣流會(huì)對(duì)流床層造成攪動(dòng)，降低分子篩的使用壽命。
３．５ 改善原料氣氣質(zhì)
在原料氣分離器前加裝原料氣過濾分離器，清除多余的雜質(zhì)粉塵和液滴，改善原料氣氣質(zhì)，避免重組分進(jìn)入后端干燥塔內(nèi)，導(dǎo)致分子篩結(jié)塊失效，脫水效果不達(dá)標(biāo)，從而造成后端深冷區(qū)的凍堵。
４ 結(jié)論
（１）西北油田某廠對(duì)運(yùn)行異常的分子篩干燥塔采?。彻?jié)所述措施后，打破了塔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所需的環(huán)境條件，使整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)恢復(fù)正常，正常運(yùn)行后干燥塔進(jìn)出口３種相關(guān)氣體的平均含量如表２所示。從表２可以看出，在正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，氣自脫硫單元至干燥單元，Ｈ２Ｓ已被完全脫除，即使少量存在，在溫度控制下也不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。另一方面，對(duì)注氣井的監(jiān)測(cè)也起到了顯著作用，測(cè)得的氣中Ｏ２含量低。
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