浅析空冷管束冻堵
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【摘 要】在分馏装置冬季运行中容易出现空冷管束流通不畅进而发生冻堵，轻者造成大面积停工。重者会发生超压泄漏以至爆炸等恶性事故。在空冷管束流通不畅的初期如何判断处理隐患成为安全生产的关键。
【关键词】冬季空冷管束防冻；确保装置安全运行
0.前言
轻烃分馏分公司20万吨/年轻烃分馏装置采用九塔连续精馏工艺流程，操作时数为8000小时/年。装置采用连续精馏的工艺。本装置由原料预热、脱丁烷、脱戊烷、脱己烷、脱正己烷及液化气分馏、脱庚烷、脱辛烷、液化气脱硫等工序组成。脱丁烷、脱戊烷、脱己烷、脱正己烷、液化气分馏等五个塔是由2000年扩建而成，其它四个塔是由原有老装置改建而成。我厂的轻烃分馏装置原料是由大庆油田供给，年用量为20万吨，由轻烃库送至本工程轻烃原料罐区。其供应由杏区浅冷、杏三原稳、萨南原稳、南压浅冷供给，装置检修期间，由杏九原稳补充。由于原料来源较多，其组成较复杂。分馏装置是由储运车间负责供料，储运车间的原料罐采用静止沉降脱水和杂质。
我车间装置塔顶冷却一般采用空冷和水冷相结合的方式，在冬季生产时，循环冷却水停用，只运行空冷。从装置的工艺流程上可知，脱丁烷塔是分离轻组分的塔系统，其操作压力较高；又是第一道分离工序，其外界干扰因素较多。如处理量、原料密度和品质、以及外界气温。因此我们在这里重点分析脱丁烷塔T201的冻堵空冷管束冻堵。空冷流程如图 1所示：
无须质疑，空冷管束冻堵，一定发生在冬季并且是由于塔顶馏出液含水而导致。对于象T201压力较高的系统，其塔顶馏出液含水主要是因为原料含水。因为如果是再沸器内漏会导致烃窜入蒸汽系统中（T201压力1.1MPa，蒸汽压力0.9MPa；低压塔系统有可能是由再沸器内漏导致）；水冷器已停用，循环冷却水已用压缩风扫净（冬季防冻），所以也不会是由于水冷器内漏导致。从日常生活中我们可了解到，当大量的油和一定量的水相混合加热时，水会以水珠形式喷出。，轻烃分馏实际操作也是如此，大部分水被塔顶蒸出液带出。当原料大量含水时，有一小部分从塔底流出进入下一个塔。当原料含水达到一定程度，就会瞬间充满再沸器（水的密度大于油的密度），抑制塔底温度，造成停塔事故（这种情况在此不与讨论）。
根据以往经验，T201空冷管束冻堵一般容易发生在入冬时，大约每年11月下旬至12月上旬期间。通过在回流罐脱水包取样观察，脱出来的水中含有大量的碳黑和粘稠物质。2005年11月23日凌晨2时，原料大量含水，操作工发现T201空冷温度比白天高，正常冬季外界气温夜间比白天低，在同等条件下空冷温度要低于白天。空冷温度的不正常升高并伴随着塔压升高，为安全起见操作工采取紧急停工处理，经检查时由于空冷冻堵而引起的。2006年12月1日凌晨1时，原料大量含水，操作工发现T201空冷温度不正常升高并伴随着塔压升高，通过经验判断空冷管束发生冻堵，为安全起见操作工采取紧急停工处理。
1.原因分析
T201空冷管束为两座，每座为12排管束组成。据了解入冬时，原料供应方为防止设备管线冻堵，在原料轻烃中加入防冻剂（甲醇或其它醇类物质）。此类防冻剂促进油水互溶，同时也将上游设备中的碳黑等杂质带入原料中、还有一些粘稠物质（有可能是聚合物）。石油开采过程中，向地下注入聚合物用来驱油。冬季在轻烃生产过程中，随着生产工艺的变化（冬季原料密度重，夏季原料密度轻有可能与此工艺变化有关），或加入有机溶剂，将此类有机聚合物有可能被带入轻烃装置。水和碳黑等杂质在原料罐区得不到有效的沉降，就会带进轻烃分馏装置。并且水携带着这些杂质被蒸入塔顶空冷管束中。此粘稠物质在空冷管束中起到了聚合物在岩隙中驱油的作用。由于空冷管束管层较多（12层），经过空冷风机制冷，上半部分、下半部分较凉。杂质会凝滞于下层管束管壁，阻塞管路，造成管路流通不畅。
由于在冬季运行时，为防止空冷跨线冻裂，需采取微开跨线阀的防冻措施。也就是说跨线经过的是未经过制冷的较热物料。跨线经过的物料与经过制冷的物料混合后通过测温点进入回流罐，如图 1所示。空冷风机转速是通过变频器控制，温度在DCS画面上设定，也就是说DCS系统是通过混合液温度来控制空冷风机转速的。这样当管路堵塞，空冷管束流量少时，测温点温度会上升（冷液少），当温度升高后，DCS会认为制冷效果不好，指示变频风机加速运转来制冷。当原料中含水被带入空冷管束中，管束中介质流动慢，风机加速制冷等因素共同作用，从而促进了冻堵事故的发生。这也就是为什么空冷发生冻堵时，伴随着空冷温度和塔压力异常升高。
2.预防和处理
空冷冻堵一般发生的时间不确定，如2005年在较长的时间内才将东侧的空冷管束彻底堵塞。而2006年在较短的时间内就发生一侧堵塞。像这种由于杂质淤积阻塞管路，很难在有效的时间内排除。但其危险性很大。由于空冷冻堵造成塔超压发生安全事故并不罕见，如何预防和处理成为关键，以下是几点预防和处理的经验，以供交流。
2.1预防
每年检修时加强空冷管束的内部清洗；入冬时空冷设定温度要偏高一些（T201不低于10℃）,不要为了分离效果将空冷温度控制过低；加强空冷管束触摸检查。如果有两台空冷管束，正常的情况是两台管束上部和下部管层冷热比较均衡（上部热，下部微温）。如果其中一台流通不畅的话，那么其上下部管层温度比平时要低很多，另一台管束上下部管层温度比平时高很多，因为大部分物料走另一侧管束造成其制冷效果不好（散热面积小）；加强回流罐脱水，将水和杂质及时脱除；加强原料罐区原料沉降脱水，将水和杂质有效脱除。
2.2处理
当发生空冷管束淤塞时，要进行有效的组织。一般是有一侧空冷先淤塞，此时可关小畅通的空冷管束阀门，从而加大淤塞的空冷管束流量，使杂质带进回流罐中以脱出。采取此种方法时，要注意控制塔压力，必要时采取塔顶放空来泄压或适当降低处理量。空冷疏通后空冷温度会急剧下降然后上升（管束中淤积的冷料通过）；如空冷已发生冻堵，（管束已不能流通），需进行必要的外部加热并盖棉被保温，采取此种方法时，要注意控制塔压力，通过空冷跨线调整塔压力或适当降低处理量，必要时采取塔顶放空来泄压。并通过回流罐液位等参数来判断疏通情况（疏通后液位会急剧上升），疏通时空冷温度不会下降，因为空冷管束在加热。
3.结束语
以上是对冬季运行空冷防冻堵的经验总结，不足之处希望同行和专家们指正。以更好地保证装置在冬季安全运行。