終冷器連續(xù)噴灑方案分析

黃長勝，劉寶亮，沙啟新，程 方，孔魯慧

（山東鐵雄新沙能源有限公司，山東巨野 274900)

山東鐵雄新沙能源有限公司地處省級(jí)巨野化工園區(qū)北區(qū)，該公司有兩條焦炭生產(chǎn)線，采用5.5m搗固焦?fàn)t，雙集氣管，配套建設(shè)了相應(yīng)的化產(chǎn)回收系統(tǒng)，終冷器設(shè)置在洗苯塔前，用于進(jìn)入洗苯塔煤氣的降溫除雜，終冷器使用過程中阻力會(huì)逐漸增加，阻力增加到一定程度后采用熱氨水噴灑降低阻力，雖然阻力相對(duì)可控，但每次噴灑會(huì)造成終冷器出口溫度升高6～8℃，間接影響了洗苯效率，也增加了現(xiàn)場操作人員的工作量。對(duì)不同噴灑液連續(xù)噴灑和間斷噴灑下進(jìn)行了試驗(yàn)，通過試驗(yàn)，找出了適合的噴灑液和噴灑方式，實(shí)現(xiàn)了終冷器相對(duì)長周期的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 終冷器概述

終冷器的設(shè)備參數(shù)：換熱面積5 870m2，設(shè)計(jì)壓力0.44MPa（管程）、0.013MPa（殼程），設(shè)計(jì)溫度50℃（管程）、60℃（殼程），介質(zhì)管程是循環(huán)水和制冷水，殼程是焦?fàn)t煤氣，立式結(jié)構(gòu)。

兩期化產(chǎn)回收生產(chǎn)線均采用每班用熱氨水噴淋的方式降低終冷器阻力，每次噴灑的時(shí)候，終冷器出口溫度都上升6～8℃，相應(yīng)引起洗苯塔的出口溫度上升2～4℃。2020年2月9日到18日的終冷器出口溫度（TE82206）曲線，如圖1所示。

圖1 一期終冷器出口溫度曲線

終冷器工藝流程，如圖2所示。

2 噴灑方案

2.1 噴灑介質(zhì)選擇

常規(guī)的終冷器噴灑液是來自冷鼓工序的循環(huán)氨水，因此優(yōu)先使用循環(huán)氨水噴灑，但循環(huán)氨水連續(xù)噴灑，雖然煤氣出口溫度可控，但氨水中的氨氣還是部分揮發(fā)到煤氣中，持續(xù)帶入洗苯塔中，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成洗苯塔出口氨含量超標(biāo)，甚至給洗脫苯系統(tǒng)帶來腐蝕等。采用熱氨水連續(xù)噴灑，還有一個(gè)問題就是本來終冷器出口溫度就偏高了，加入熱氨水是否會(huì)直接影響終冷器出口溫度不受控制。

圖2 終冷器工藝流程簡圖

另外是考慮噴灑液循環(huán)噴灑，粗苯系統(tǒng)分離產(chǎn)生的水、各水封水和終冷器噴灑的熱氨水最終都匯集到冷凝液循環(huán)槽，循環(huán)槽液位高時(shí)通過泵送回煤氣冷凝工序的機(jī)械化澄清槽，且以苯水分離水為主，如果不進(jìn)行熱氨水噴灑，冷凝液槽中的冷凝液幾乎不含氨，現(xiàn)有流程中也有利用外送泵進(jìn)行噴灑的流程，通過閥門切換可以實(shí)現(xiàn)，因此，從不影響進(jìn)入洗苯塔的煤氣氨含量的角度考慮，還可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，以苯水分離水為主的冷凝液是較好的選擇。

2.2 噴灑位置

終冷器分為上下兩段，上段為循環(huán)水冷卻，下段為制冷水冷卻，同樣噴灑也是各自在冷卻段的上部有噴灑管，每層噴灑管各有四根，在水平方向均布，DN50的管道，在下部有φ10的噴灑孔，實(shí)現(xiàn)均勻噴灑。

中部沖洗閥門打開后，由于壓力的關(guān)系，頂部的噴灑幾乎不起作用，是直接打開中部僅噴灑下半部分還是關(guān)閉中部直接用上部噴灑，需要驗(yàn)證哪個(gè)效果更好。

2.3 備用終冷器閥門位置

為了保證備用終冷器內(nèi)部不出現(xiàn)負(fù)壓或熱氨水沖洗時(shí)不超壓，煤氣系統(tǒng)需要保留一個(gè)閥門處于開位，是關(guān)閉入口閥門還是出口閥門？綜合考慮應(yīng)該關(guān)閉出口閥門，打開入口閥門，即使采用熱氨水沖洗，也不會(huì)出現(xiàn)高溫的揮發(fā)氣體直接和運(yùn)行的終冷器出口煤氣混合進(jìn)入到洗苯塔。

3 噴灑試驗(yàn)

3.1 一期熱氨水噴灑試驗(yàn)

2020年2月24日10時(shí)30分開始第一次連續(xù)噴灑試驗(yàn)。自24日到3月6日連續(xù)噴灑，出口溫度和壓差可控，如表1所示，但出現(xiàn)了洗苯塔后氨含量高的情況。

表1 終冷器出口溫度和阻力情況

3月6日到9日進(jìn)行了15次間斷熱氨水噴灑，從3月9日12時(shí)再次開始連續(xù)熱氨水噴灑，連續(xù)運(yùn)行到4月13日，因阻力大退出沖洗，期間終冷器出口溫度在23.97～25.47℃、阻力在1.19～1.56kPa波動(dòng)。此次長時(shí)間運(yùn)行，阻力得到有效控制，說明連續(xù)沖洗方案是可行的，也是有益的。

期間針對(duì)氨含量進(jìn)行了專門的試驗(yàn)。連續(xù)噴灑從9日12時(shí)開始，對(duì)比做了終冷器進(jìn)出口和洗苯塔出口的煤氣氨含量（單位mg/m3），具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 煤氣中氨含量分析數(shù)據(jù)

通過上述分析數(shù)據(jù)看，雖然洗苯塔后氨含量沒有規(guī)律性變化，也沒有超過40mg/m3的指標(biāo)，但從終冷器后的數(shù)據(jù)看，隨著時(shí)間的延長，出口大于進(jìn)口的數(shù)值，證明在終冷器中還是有氨含量的積累。

3.2 二期苯分離水噴灑試驗(yàn)

二期1#終冷器自3月31日10時(shí)開始連續(xù)采用苯分離水噴灑，到4月13日，阻力由1 800Pa升到2 400Pa，切換為2#終冷器運(yùn)行，此次連續(xù)運(yùn)行13d，從終冷器出口溫度可以看出，期間沒有進(jìn)行熱氨水的沖洗，溫度TE82204A的曲線如圖3所示。

圖3 1#終冷器出口溫度TE82204A變化趨勢(shì)

根據(jù)4月13日前的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，熱氨水連續(xù)噴灑雖然能夠解決阻力增大的問題，但也帶來了終冷器出口氨含量高于進(jìn)口，進(jìn)而在洗苯塔內(nèi)產(chǎn)生氨的積累，會(huì)間接影響洗苯系統(tǒng)，經(jīng)過討論，開始使用粗苯分離水，利用冷凝液泵進(jìn)行連續(xù)噴灑。

二期2#終冷器從4月13日16時(shí)投用到5月8日16時(shí)退出，期間一直用冷凝液泵循環(huán)噴灑，連續(xù)運(yùn)行的24d沒有用熱氨水噴灑，阻力1.8～2kPa，相對(duì)穩(wěn)定。2#終冷器出口溫度，如圖4所示。

圖4 二期2#終冷器出口溫度TE82204B變化趨勢(shì)

從圖4看出5月2-5日出口溫度高，是因?yàn)闅鉁馗?，?dāng)時(shí)制冷水系統(tǒng)沒有開車，造成的短時(shí)出口溫度偏高，不是熱氨水沖洗造成的出口溫度高。

3.3 上中部噴灑閥門試驗(yàn)

一期在4月14日后采用苯水分離水連續(xù)噴灑過程中，阻力還是上升過快，每班仍要沖洗至少一次，后排查現(xiàn)場閥門開關(guān)情況，發(fā)現(xiàn)中部閥門一直全開，這樣的情況下，頂部噴灑雖然閥門全開，中部已經(jīng)泄壓，根據(jù)上中下的阻力分布看，2kPa的阻力，主要還是在下部約1.7kPa，但為什么大量噴灑液都通過中部對(duì)下部進(jìn)行了噴灑，阻力仍然控制不了呢，分析有可能是中部噴灑管部分堵塞，造成噴灑液偏流，達(dá)不到均勻噴灑的效果，因此決定關(guān)閉中部閥門，改由全部上部碰頭進(jìn)入噴灑液，改變后終冷器阻力得到了很好的控制，這個(gè)時(shí)候再次確認(rèn)二期閥門開關(guān)情況，二期一直是中部關(guān)閉，僅開頂部噴灑閥門，兩邊的操作達(dá)到一致。實(shí)際的情況是5月2#終冷器檢修過程中，拆檢了中部的噴灑管，發(fā)現(xiàn)有兩根堵塞嚴(yán)重，驗(yàn)證了當(dāng)時(shí)的判斷是正確的，改在上部噴灑，間接解決了噴灑不均勻的問題。

3.4 終冷器備用方式

一期終冷器備用方式是煤氣出口閥門關(guān)閉，入口打開；二期在采用連續(xù)噴灑試驗(yàn)初期，出現(xiàn)了洗苯塔后氨含量嚴(yán)重超標(biāo)的情況，而當(dāng)時(shí)硫銨出口煤氣氨含量合格，排查現(xiàn)場閥門情況的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，二期終冷器的備用方式是入口閥門關(guān)閉，而出口閥門打開，備用的終冷器正在用熱氨水進(jìn)行噴灑，出口溫度達(dá)到了57℃，噴灑產(chǎn)生的水蒸氣帶著氨氣隨著出口閥門和運(yùn)行的終冷器煤氣混合進(jìn)入了洗苯塔，造成洗苯塔氨含量超標(biāo)。隨即進(jìn)行了閥門開關(guān)調(diào)整，并明確了終冷器的備用煤氣開關(guān)位置，關(guān)閉出口閥門，打開入口閥門。

二期2020年3月1日16時(shí)2#終冷器開始在線連續(xù)熱氨水噴淋，3月5日備用1#終冷器關(guān)閉進(jìn)口開出口煤氣保壓改為關(guān)閉出口開進(jìn)口保壓，3月5日21時(shí)關(guān)閉熱氨水噴淋，洗苯塔后煤氣氨含量，如表3所示。

表3 二期2#終冷器氨含量分析表

3.5 其他影響終冷器阻力原因

一期終冷器從5月4日沖洗后阻力一直在1.5～1.7kPa波動(dòng)，5月16日，因氣溫偏高但未開制冷機(jī)，造成初冷器出口溫度比終冷器出口溫度高2℃，終冷器阻力從1 500Pa，快速升高到2 000Pa，初冷器溫度控制偏高時(shí)，特別是終冷器出口溫度低于初冷器出口溫度時(shí)，原本在初冷器冷卻下來的焦油和萘到終冷器因溫度低析出形成阻力，這種情況在隨后的3d時(shí)間內(nèi)，初冷器溫度降低后，終冷器阻力也逐漸恢復(fù)到正常。

4 結(jié)語

通過多次的摸索試驗(yàn)，找到了終冷器降低阻力的有效途徑，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備較長周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)踐證明，采用苯水分離水利用冷凝液泵循環(huán)噴灑，多余冷凝液送回冷鼓工序，可以實(shí)現(xiàn)終冷器阻力穩(wěn)定、氨含量達(dá)標(biāo)，連續(xù)運(yùn)行至少一周，有助于穩(wěn)定洗苯系統(tǒng)操作的同時(shí)，還能夠延長終冷器換熱管使用壽命，減少制冷水系統(tǒng)外來熱源和溫度波動(dòng)。