MDEA脫碳系統(tǒng)再生塔底重沸器平穩(wěn)運行方法和措施

成應(yīng)杰

摘要：MDEA脫碳系統(tǒng)再生塔底重沸器為管殼式換熱器，高壓蒸汽經(jīng)過管程給殼程胺液加熱，放熱冷凝后流入凝結(jié)水分離器。由于設(shè)計缺陷，重沸器與凝結(jié)水分離器高度差不足，凝結(jié)水不能順暢流動，需手動控制進(jìn)出口壓差來控制凝結(jié)水流動，造成蒸汽壓力和流量波動較大，無法穩(wěn)定加熱MDEA溶液，影響脫碳系統(tǒng)運行。為了解決上述問題，需要優(yōu)化操作流程，并對工藝流程進(jìn)行適當(dāng)改造，確保蒸汽壓力、流量穩(wěn)定，從而使脫碳系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行。

關(guān)鍵詞：MDEA? ?脫碳系統(tǒng)? ?蒸汽? ?波動? ?穩(wěn)定

中圖分類號： U664.141? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract The reboiler at the bottom of the regeneration tower of the MDEA decarburization system is a shell-and-tube heat exchanger. The high-pressure steam passes through the tube side to heat the shell side amine liquid， and flows into the condensate separator after exothermic condensation. Due to design defects， the height difference between the reboiler and the condensate separator is insufficient， and the condensate cannot flow smoothly. It is necessary to manually control the inlet and outlet pressure difference to control the flow of condensed water， which causes large fluctuations in steam pressure and flow rate， and cannot stably heat the MDEA solution， which affects the operation of the decarburization system. In order to solve the above-mentioned problems， it is necessary to optimize the operation process and make appropriate modifications to the process flow to ensure stable steam pressure and flow， so that the decarburization system can operate smoothly.

Key Words： MDEA; Decarbonization system; Steam; Fluctuation; Stability

某天然氣陸岸終端設(shè)有一套MDEA脫碳系統(tǒng)，上游預(yù)分離單元來氣首先通過氣氣換熱器換熱后進(jìn)入吸收塔下部，自下而上逆流與MDEA貧液接觸，MDEA溶液吸收原料氣中的CO2。脫除CO2后的天然氣經(jīng)過凈化氣分離器脫除游離水后去脫水單元。從吸收塔底部流出的富胺液經(jīng)透平泵水力透平回收能量后進(jìn)入閃蒸塔，閃蒸出部分溶解的烴類氣體經(jīng)冷卻后作為燃料氣進(jìn)入燃料氣單元。

從閃蒸塔底部流出的富胺液經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入再生塔上段進(jìn)行閃蒸，進(jìn)一步脫除夾帶氣體后去溶液換熱器與再生塔塔底貧液換熱升溫，再進(jìn)入再生塔自上而下流動與塔內(nèi)上升的蒸氣逆流接觸，汽提出富液中的CO2氣體。再生所需熱量由再生塔底重沸器提供。熱貧胺液自塔底引出，經(jīng)溶液換熱器回收熱量、貧液提升泵增壓、貧液冷卻器冷卻后，再經(jīng)貧液泵增壓送至吸收塔上部循環(huán)使用。

再生塔頂?shù)腃O2氣體經(jīng)再生塔頂冷卻器冷卻后進(jìn)入CO2分液罐，分離出的氣相去CO2回收利用裝置生產(chǎn)食品級CO2產(chǎn)品，液相由再生塔頂回流泵送至再生塔頂部作為回流。

1 MDEA脫碳系統(tǒng)存在的問題

再生塔底重沸器蒸汽流量調(diào)節(jié)閥投入自動使用時，蒸汽流量、重沸器溫度、凝結(jié)水回水溫度大幅度波動，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，只能將流量調(diào)節(jié)閥設(shè)為手動調(diào)節(jié)，在該狀態(tài)下，蒸汽流量緩慢降低（<19 t/h），再生塔底重沸器溫度逐漸降低至95 ℃以下[1];當(dāng)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥手動開大，蒸汽流量驟增，現(xiàn)場可明顯聽見蒸汽流動聲音，且管線振動劇烈，當(dāng)減小蒸汽流量調(diào)節(jié)閥開度，蒸汽流量減小，但通過量仍大于正常工況，再生塔底重沸器溫度始終處于偏高的狀態(tài)，從而造成重沸器、凝結(jié)水分離器出口冷凝水溫度異常超高，導(dǎo)致凝結(jié)水箱超溫、超壓，同時鍋爐系統(tǒng)除氧器壓力超高，可能導(dǎo)致安全閥起跳[2]。重沸器流程如圖1所示。

2? 原因分析

蒸汽鍋爐、余熱鍋爐同時投用情況下，蒸汽鍋爐設(shè)定值680 kPa·G，余熱鍋爐設(shè)定值690kPa·G，蒸汽供給情況如表1所示。

在現(xiàn)在的氣量條件下，MDEA循環(huán)量520～560 m3/h，蒸汽供給量遠(yuǎn)遠(yuǎn)富余。據(jù)觀察現(xiàn)場運行情況進(jìn)行分析，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是由于蒸汽在重沸器管程流量變化引起的，而流量由流通面積、蒸汽供給壓力與凝結(jié)水分離器的壓力差決定[3]。

由于重沸器與凝結(jié)水分離器安裝的相對高差不夠，蒸汽冷凝水不能順利排出，平穩(wěn)運行一段時間后，重沸器管程下部會聚集冷凝水，導(dǎo)致管程的橫截面積減小，蒸汽的流通面積減小。壓差不變的情況下，蒸汽流量降低，攜帶的熱負(fù)荷降低，加上冷凝水聚集，管程的有效換熱面積減小，導(dǎo)致重沸器溫度降低。

出現(xiàn)上述情況時，通常增大重沸器蒸汽進(jìn)出口的壓力差，當(dāng)壓差增大，流速增加，重沸器管程通過蒸汽量也相應(yīng)增大，攜帶足夠多的熱量足以加熱重沸器內(nèi)介質(zhì)，重沸器溫度恢復(fù)正常。

若調(diào)整過度壓差太大，一方面，蒸汽流速增加達(dá)到紊流狀態(tài)時，攜帶能力較層流狀態(tài)下增加[4];另一方面，壓差增大冷凝水推動力增加。兩個條件同時作用，重沸器管程底部聚集的冷凝水順利排出，蒸汽流通面積增加，壓差不變的情況下，蒸汽量驟然增加，蒸汽供給熱負(fù)荷足夠多，重沸器殼程介質(zhì)充分受熱，溫度偏高，過量蒸汽，熱量不能充分釋放，未冷凝蒸汽進(jìn)入凝結(jié)水，發(fā)生蒸汽氣竄，導(dǎo)致重沸器管程出口、凝結(jié)水分離器液相出口溫度異常超高，凝結(jié)水回水溫度超高，進(jìn)而造成蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)設(shè)備超溫、超壓。

3解決方法和操作技巧

可以通過適度調(diào)節(jié)凝結(jié)水分離器頂部補氣閘閥開度緩解所述現(xiàn)象。

（1）重沸器管程蒸汽量不足時，此時可適當(dāng)關(guān)閉或關(guān)小補氣閘閥，減少進(jìn)入凝結(jié)水分離器的蒸汽量，從而降低凝結(jié)水分離器壓力，增大壓差，使得通過重沸器管程蒸汽量增大[5]。

（2）重沸器溫度偏高時，回水溫度偏高，說明通過重沸器管程蒸汽量過剩，加熱殼程介質(zhì)后，熱負(fù)荷仍有冗余，從而導(dǎo)致回水溫度高。遇到此種情況增加補氣閘閥開度已經(jīng)不足以降低壓力差。此時需要大開度并且迅速打開補氣閘閥，迅速減小蒸汽壓差，降低蒸汽流速，減小蒸汽流量的同時增加蒸汽在重沸器管程內(nèi)停留時間，熱量充分釋放，完全冷凝下來，從而降低回水溫度。

（3）出現(xiàn)重沸器溫度偏低時，通過減小補氣閘閥開度來增加壓差的調(diào)節(jié)方式可能會導(dǎo)致壓差過大，蒸汽量驟增，重沸器、凝結(jié)水異常高。此時可采用其他方法將重沸器管程底部聚集的凝結(jié)水排出。

4建議措施

為解決以上問題，最根本的方法是改造重沸器與凝結(jié)水分離器的安裝高度差，但是由于現(xiàn)場條件限制，要改變相對高差涉及到的設(shè)備基座、管線改造工程量浩大，只能通過其他方法迫使凝結(jié)水流動。

4.1調(diào)整壓力差

通過調(diào)整補氣閘閥開度調(diào)整蒸汽進(jìn)出重沸器管程壓差，保證蒸汽量恒定，進(jìn)而控制重沸器溫度，凝結(jié)水回水溫度[6]。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，當(dāng)管程壓力差介于0.2～0.4 bar時，冷凝水可較順暢地排出，且蒸汽量能維持在正常值附近，重沸器溫度、凝結(jié)水回水溫度也正常。建議將補氣閘閥更換為差壓調(diào)節(jié)閥，取管程進(jìn)出口壓力差作為信號源，這樣可實現(xiàn)自動控制，改造流程圖如圖2所示。

4.2將聚集的凝結(jié)水排放

通過手動開大凝結(jié)水分離器下游的液位調(diào)節(jié)閥開度，在慣性流動的帶動以及壓差推動下，排出聚集在重沸器管程凝結(jié)水，從而恢復(fù)蒸汽流量，提高重沸器溫度的方法在現(xiàn)場試驗中也取得成功[7]。但是，快速增加液位調(diào)節(jié)閥開度，會導(dǎo)致蒸汽流量在短時間內(nèi)驟增（由19 t/h增加到40 t/h以上），造成管線沖擊異常劇烈，且排放后關(guān)閉液位調(diào)節(jié)閥時，很難把握穩(wěn)定蒸汽量的點。建議在重沸器管程出口至凝結(jié)水分離器之間U型段最低點開孔，增加一條專用于排放聚集凝結(jié)水的定期排放管線[8]。定期排放1次，及時排放出聚集在重沸器管程底部的凝結(jié)水，保證蒸汽流量，改造流程圖如圖3所示。

5結(jié)語

管殼式換熱器換熱效果除了與內(nèi)部換熱面積、換熱系數(shù)有關(guān)，還與內(nèi)部流體介質(zhì)的流量、進(jìn)出口壓差有關(guān)。因此，為了獲得良好的換熱效果，需要確保管殼程介質(zhì)流動穩(wěn)定。再生塔底重沸器換熱效果差歸根結(jié)底是蒸汽流程中的凝結(jié)水無法及時排除，造成內(nèi)部液相聚集，因此我們在現(xiàn)場安裝重沸器時，務(wù)必確保重沸器與出口凝結(jié)水分離器保持一定高度，確保凝結(jié)水可以順利依靠重力自流至凝結(jié)水分離器，從而使換熱器獲得良好的換熱效果。

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