雅站导热油系统含气停机原因分析与处理方法

杨 刚

中国石油化工股份有限公司西北油田分公司, 新疆 阿克苏 842017

0 前言

雅克拉集气处理站(简称雅站)位于新疆库车县境内的塔克拉玛干沙漠北缘,2005年11月底建成投产。2017年1月对雅站导热油进行取样化验,发现低沸物含量偏高,2017年4月检修时替换部分导热油,约3 t。为保持站内导热油系统安全运行,定期在高温导热油回路高位处和中温导热油回路高位处进行排气,导热油系统安全平稳运行至2019年1月30日。2019年2月6日导热油系统含气高导致高、中温导热油循环泵气蚀不上量停泵,造成热媒单元、气处理装置停机,轻烃和液化气无产量和外输气烃露点超标,对下游外输气管线影响十分严重。

1 导热油系统简介

加热循环系统由热媒炉、储油罐、膨胀罐、导热油循环泵、换热器、导热油组成。其流程是导热油被热媒炉加热后经过导热油管网到达各个换热器,导热油走管程,被加热的介质走壳程,实现热量交换,导热油经热媒炉加热至278 ℃,一部分直接供给高温用户,另一部分与从中温用户返回的导热油进行混合后至175 ℃供给中温用户[1]。导热油为苏州首诺化工有限公司生产的T 55合成导热油,具有热稳定性高、低温流动性好、使用寿命长、成本低、安全性能高的优点,最经济的操作温度范围为-25～300 ℃。

燃烧系统主要由燃烧器、调压阀、风机、供气管网、供风管网组成,其功能是燃气经调压阀减压后与助燃风机提供的空气以一定的空燃比进入燃烧器燃烧,为导热油提供热量[2-3]。

氮气保护系统包括氮气储罐及附属自控系统,用于热媒膨胀罐和储罐的氮气覆盖,防止导热油接触空气氧化。同时,当炉膛出现介质泄漏着火后,氮气系统自动向炉膛喷射氮气起到灭火作用[4]。

自动控制系统由电器控制柜、检测传感仪表组成,其功能是对导热油进出炉温度、排烟温度、热负荷等热媒炉运行情况及故障进行检测,并自动调整火焰大小,使热媒炉在正常工况下运行[5]。

高温导热油用户共计4个:再生气加热器、凝稳塔塔底重沸器、液化气塔塔底重沸器、膨胀压缩机组密封气加热器。中温导热油用户共计5个:脱乙烷塔塔底重沸器、油水换热器、凝析储罐加热盘管、塔河来油加热器、混烃加热器(已停用并在进出口法兰处加盲板盲断)。高、中温导热油循环泵采用德国KSB生产的离心式、机械密封、空气自然冷却式循环泵。导热油循环泵结构上轴封由两个径向环型密封组成,其中一个可以防止热油渗出,另一个可以防止外界灰尘与空气进入。轴封前设计有一个狭长通道和一个碳化硅轴套,可以确保当轴封失效时热油不突然释放,保证了安全,也阻止了热油与轴承、轴封之间的热交换,并且泵壳采用翅片式设计,增强了散热能力,防止高温热油大量涌到轴封处,大大提高了泵的使用寿命。根据实验显示,由于上面的特殊设计,当热油温度为350 ℃时,最大的壳温度只有80 ℃[6]。高温导热油循环泵正常运行情况下,泵进口压力0.4 MPa,泵出口压力0.7 MPa;中温导热油循环泵正常运行情况下,泵进口压力0.3 MPa,泵出口压力0.6 MPa。导热油各个用户被加热介质实际正常运行压力见表1。

表1 导热油各个用户被加热介质实际正常运行压力表 MPa

2 相关原因分析

2.1 凝稳塔塔底重沸器更换新管束影响

2019年1月初,凝稳塔重沸器出现塔底温度下降现象,1月10日、17日、25日分别对凝稳塔塔底重沸器进行洗盐作业,洗盐后依然出现凝稳塔塔底温度加温难的问题,原塔底正常运行温度为145 ℃,洗盐后最高提升至125 ℃然后逐渐下降为105 ℃,说明洗盐效果不佳,结合凝析油稳定单元洗盐运行情况、凝稳塔重沸器管束外壁盐堵、壳程有泥砂和前期凝析油二级换热器管束发生盐堵和砂堵[7-9]串漏问题,判断凝稳塔塔底重沸器存在盐堵和砂堵,2019年2月2日对凝稳塔塔底重沸器进行抽芯检查,发现管束存在严重的盐堵和砂堵,见图1。更换备用的新管束,见图2。此次更换重沸器管束共排出导热油6桶(约1.08 t),安装新管束后未对管束内、封头内、部分管线内空气进行氮气置换和排气就缓慢导入导热油,造成空气进入导热油管网系统。

图1 管束盐堵和砂堵照片

图2 备用的新管束照片

2.2 工艺流程缺陷及改造

现场凝稳塔塔底重沸器导热油流程工艺存在缺陷,导热油从凝稳塔重沸器封头顶部进入管束,从底部流出,见图3。进口管线压力表在阀门前段,抽芯回装后无置换排气流程。建议进行简单改造,在重沸器导热油进口阀门法兰与重沸器本体法兰之间加装带压力表考克的仪表法兰,关闭导热油进、出口阀门,从导热油出口压力表处通氮气,在导热油出口仪表法兰压力表考克处进行置换、排气;进导热油前先打开导热油出口调节阀的旁通阀缓慢进导热油,在导热油进口新加的仪表法兰压力表考克处排气,见图4。当仪表法兰压力表考克处无气且有导热油流出时关闭仪表法兰压力表考克,此时管束内氮气已基本全部排出。关闭导热油出口调节阀旁通,打开调节阀前后阀门和导热油进口阀门,通过导热油出口调节阀调节塔底温度。

图3 导热油流程照片

图4 导热油进口加仪表法兰照片

2.3 补加同一型号新导热油影响

更换凝稳塔塔底重沸器管束时,因考虑到排油造成导热油系统缺油,给导热油储罐补加同一型号的导热油10桶[10](约1.8 t)。用导热油加注泵将储罐中大部分导热油加入到导热油系统中，剩余的导热油储存在导热油储罐中。2019年2月3日投运凝析油稳定塔和塔底重沸器,2月4日对凝析油稳定塔塔底重沸器封头热紧后正常投运。期间仅通过高温导热油回油管线高位处进行排气,未在膨胀罐顶部进行脱水、排气,因此可能存在脱水、排气不彻底的情况。

2.4 站内原导热油的影响

站内导热油系统的原导热油已运行十年以上,未进行过全部替换,每次检修时只是补充缺少的导热油。2017年1月对站内导热油进行取样化验,发现系统中导热油存在低沸物含量偏高的情况。低沸物是指导热油在使用过程中,分子链发生断裂,形成沸点低于导热油新馏程范围的物质。由于低沸物的沸点较低,在系统正常操作温度和压力下,易挥发成气态物质,导热油中的低沸物含量积累到一定程度会产生以下影响:引起导热油循环泵气蚀,造成导热油循环泵不上量气蚀停泵;加剧加热炉中导热油局部过热现象,影响导热油的使用寿命;引起系统压力升高,导致膨胀罐和储油罐中氮气不必要的排放;导热油闪点降低,极端情况闪点可能降低到系统设计标准以下,危及系统安全[11]。导热油技术指标和设计要求见表2。定期对导热油的运动黏度、水分、低沸物、闪点、残炭值、酸值等技术指标进行化验十分必要[12]。

表2 导热油技术指标和设计要求表

2.5 电气、仪表影响

2018年12月31日站内低压配电室变频控制柜线路短路故障见图5,造成热媒炉停炉报警。恢复供电后热媒炉启动正常,热媒系统的PLC故障[13],见图6。热媒单元设备运行状态和相关参数无法远传至中控室,中控室人员不能看到热媒单元设备运行状态和相关参数,只靠辅助岗位人员加强巡检不易及时发现问题。

图5 变频控制柜线路短路烧毁照片

图6 热媒系统的PLC故障照片

3 排查处理过程

针对导热油系统含气造成停泵、停炉问题,技术人员和岗位人员及时进行排查、分析，基本排除低于高、中温导热油系统压力的导热油用户(如凝析储罐加热盘管、凝稳塔塔底重沸器)漏入导热油系统的可能性。通过对导热油膨胀罐顶部和高、中温导热油回油管线高位处进行排气,对高温导热油回油管线高位处排气用四合一可燃气体报警器进行检测,四合一可燃气体报警器显示可燃气体超标报警,可能是导热油油蒸汽(含导热油挥发的低沸物、一氧化碳),也可能是甲烷;随后用甲烷气体检测仪对排出气体进行甲烷浓度检测,显示甲烷浓度为540 mg/kg,说明排出的气体甲烷浓度较少,可以排除再生气加热器、膨胀机组密封气加热器管束漏的可能性;根据导热油膨胀罐运行现状及罐内未出现“水击”咕咚声[14],排除油水换热器管束漏的可能性。重点对脱乙烷塔塔底重沸器、液化气塔塔底重沸器、塔河来油换热器进行排查,通过关闭上述三个导热油用户的导热油进出口,在保障介质正常压力的情况下,4 h后导热油出口管线压力表压力显示稳定(压力不上升),未发现重沸器、换热设备管束存在串漏问题。导热油系统排气后,高、中温导热油循环泵均恢复正常运行,启热媒炉升温[15],逐步投运所有的换热设备,装置恢复正常运行,未发现换热设备串漏问题。基本判定此次热媒单元停运的根本原因是导热油系统中的气未全部排出,造成导热油循环泵气蚀停泵[16-20]。

4 结论和建议

4.1 导热油系统含气来源及原因分析

雅站导热油系统含气来源主要有以下几个方面:

1)2019年2月2日凝稳塔塔底重沸器更换新的管束后,管束和部分管线的空气未用氮气置换,空气未及时全部排出,空气进入导热油系统,造成导热油循环泵气蚀不上量停泵。

2)新补加到系统的10桶导热油(约1.8 t),新导热油中低沸物被加热后挥发进入导热油系统。

3)站内系统原装置内的导热油已运行十年以上,未进行过全部替换,每次检修时只是补充缺少的导热油,导热油2017年1月取样化验时已存在低沸物含量偏高的情况。

通过雅站导热油系统含气来源分析可知:

1)导热油系统进气、新补导热油、系统原导热油中低沸物含量高,是导热油系统含气的主要原因。

2)导热油系统高、中温用户较多且距离热媒炉远,导热油管网走向高低、曲折不同,导热油系统气体容易积聚,造成进入导热油系统中的气脱出较为困难,排气时间长。导热油循环泵运行情况下,才能更容易从导热油回路高位处和膨胀罐顶部排出,导热油循环泵不运行,导热油回路高位处和膨胀罐顶部排气较难，是导热油系统难以排气、排气时间长的影响因素。

3)停电造成热媒单元PLC通讯故障,中控室人员不能看到热媒单元设备运行状态和相关参数,只靠辅助岗人员加强巡检不易及时发现问题。

4)导热油系统进气、补油后,岗位值班人员思想松懈未对导热油系统进行排气或排气时间短、排气效果较差,导热油系统气未及时全部排出,笔者认为这是最重要、最根本的原因。上述各种原因最终导致热媒单元系统停运,长时间停运导致了站内气处理装置停机。

4.2 导热油系统含气问题解决建议

针对导热油系统含气问题建议解决措施如下:

1)严格按程序对导热油系统进行排气。加强岗位操作人员管控,特别是导热油系统相关的用户抽芯更换、补新导热油时必须严格按照程序对导热油系统进行排气。

2)工艺流程优化,对没有排气置换的导热油用户的换热器进行优化,增加氮气置换、排气流程。

3)每年对导热油进行取样化验,分析运动黏度、水分、低沸物、闪点、残炭值、酸值指标是否符合要求,必要时替换全部导热油,保证系统换热性能良好。

4)加强仪表配件储备,发现仪表模块故障及时进行处理,确保监控功能正常运行。