劉志丹,王永勝
(哈密廣匯環(huán)??萍加邢薰?,新疆哈密 839303)
煤制乙二醇工藝路線中,在草酸二甲酯加氫生成乙二醇的同時,也產生了品類繁多的醛、羧酸、單醇、多醇、醇酯類等雜質。由于其部分雜質沸點接近,易形成共沸物,造成分離困難,且高溫下乙二醇易聚合,因此煤制乙二醇精餾分離系統(tǒng)普遍采用真空精餾方式。此方法既降低了被分離物系的沸點,改善了混合物系的分離效果,又大大降低了能耗,增加了企業(yè)的經濟效益[1]。
某煤制乙二醇企業(yè)在生產過程中,乙二醇產品塔真空度經常發(fā)生不規(guī)律性波動,造成塔頂和塔底的壓力、溫度變化,從而破壞了精餾平衡,影響了精餾塔的分離效果,進而導致采出乙二醇產品的純度及UV值不合格。筆者分析了影響乙二醇產品塔真空度波動的原因并進行相應改進。
抽真空設備可選用液環(huán)真空泵或蒸汽噴射泵。與液環(huán)真空泵相比,蒸汽噴射泵為靜設備(沒有轉動部件),維護量小,一般不考慮設置備用,特別適用于蒸汽富裕的化工廠。
某煤制乙二醇企業(yè)乙二醇精餾分離單元采用真空精餾方式,抽真空設備均選用蒸汽噴射泵。單級蒸汽噴射泵工作原理為:當工作蒸汽進入噴射泵噴嘴后,絕熱膨脹,以1 000~1 400 m/s的速度高速噴出;在噴嘴口形成低壓,被抽氣體由吸入口吸入,吸入的氣體與工作蒸汽一起進入擴壓室混合段;然后流經擴壓室喉管,在擴壓室喉管內混合流體的流速降低,壓力增大,實現(xiàn)動能向壓力能的轉化,最后至排出口排出[2]。由于單級蒸汽噴射泵所能達到的壓縮比具有一定的操作限度,為了獲得更高的真空度,可采用兩級或多級噴射泵串聯(lián)操作,中間設有冷凝器,組成蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)。單級蒸汽噴射泵結構[3]見圖1。
1—噴嘴;2—吸入室;3—擴壓室混合段;4—擴壓室喉管;5—擴壓室擴壓段。
乙二醇產品塔蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)采用三級噴射器串聯(lián)的方式保持真空。塔頂不凝氣經過低溫冷凍水冷卻,分離回收有用組分后被蒸汽噴射泵抽走,以維持塔內真空度。該蒸汽噴射泵采用0.6 MPa蒸汽作為動力蒸汽,級間冷凝器采用循環(huán)冷卻水冷卻,各級冷凝液靠重力進入水封槽,經水封槽收集后用廢水輸送泵送至污水處理,不凝氣排放到尾氣回收裝置。乙二醇產品塔為真空操作,壓力控制通過調節(jié)蒸汽噴射泵入口氮氣補入量來實現(xiàn)。工藝流程見圖2。
圖2 乙二醇產品塔真空系統(tǒng)工藝流程簡圖
在生產運行過程中,該乙二醇產品塔真空度經常發(fā)生不規(guī)律性波動,塔內真空度上下波動達10 kPa左右,塔頂溫度、回流量不穩(wěn),直接影響了精餾塔的分離效果,進而導致采出乙二醇產品的純度及UV值不合格。
工作噴嘴和擴壓室構成了蒸汽噴射泵的特殊氣流管道,蒸汽流經噴嘴的出口到擴壓室入口時,可將壓力轉化為動能,并被抽氣體吸進混合室。但是蒸汽噴射泵在使用過程中,由于噴嘴長期受到蒸汽高速流動的沖刷,會導致噴嘴磨損,一定程度上降低了蒸汽噴射泵的工作效率[2],影響了精餾系統(tǒng)真空度的穩(wěn)定性。
由于系統(tǒng)為真空操作,系統(tǒng)泄漏點主要分為兩種情況:一是設備本體人孔及相連氣相管道法蘭墊片、法蘭面損壞以及螺栓未擰緊,造成壓力表、溫度表等接頭處存在漏點;二是與乙二醇產品塔及回流罐相連的氮氣管線閥門存在內漏。一旦泄漏量太大,系統(tǒng)內真空泵超負荷運行,勢必導致真空度波動。
蒸汽噴射泵真空裝置一級、二級、三級冷凝器冷凝下來的混合凝液,依靠重力自流入地面水封槽,且各凝液管在水封槽內部有一定內伸量,水封槽為常壓操作,依靠水封槽液位保證液封。操作過程中,有可能因為水封槽液位控制不穩(wěn),導致液位過低破壞液封,進而影響真空度波動。
乙二醇產品塔采用三級抽真空的方式,在真空系統(tǒng)中設置有冷凝器,可將混合物中的可凝性蒸汽部分凝結排除,以減少下級噴射器的負荷。同時,可凝性蒸汽中含有抽凝下來的有機物,需要對其回收處理,為了便于回收凝液,其安裝位置較高。若冷凝器的循環(huán)冷卻水量供應不足,導致凝液溫度升高,加之擴壓室混合段的低壓環(huán)境大大降低了凝液沸點,凝液溫度一旦超出該壓力對應下的沸點,凝液就會沸騰揮發(fā),導致真空泵抽氣能力下降。
0.6 MPa蒸汽是蒸汽噴射泵的動力來源,蒸汽品質的好壞,對抽真空能力和真空穩(wěn)定性影響很大。蒸汽質量包括蒸汽壓力和蒸汽干濕度。蒸汽壓力低于設計值時,噴射泵做功能力和抽氣能力降低;蒸汽壓力高于設計值時,蒸汽消耗增多,增加冷凝器負荷的同時,也增加了下一級真空泵的負荷,進而影響其正常工況。蒸汽干濕度對噴射泵性能影響很大。若蒸汽飽和度過大,泵腔處于高真空狀態(tài)下,微小水珠會迅速膨脹至原有體積的幾十倍乃至幾百倍,此時膨脹的水蒸氣占據(jù)泵腔的空間,使抽吸氣體的能力大大下降[4],進而影響精餾系統(tǒng)的真空度。
針對可能引起乙二醇產品塔真空度波動的原因,對裝置進行了相應調整及處理。操作上穩(wěn)定水封槽液位,保證凝液管液封;提高循環(huán)冷卻水壓力,開大進出口閥門,保證循環(huán)冷卻水的流量;穩(wěn)定動力蒸汽壓力,將其控制在指標范圍內。利用停車檢修間隙,對乙二醇產品塔及相關設備管線進行氣密試驗并處理漏點,同時檢查3個蒸汽噴射泵的流道及噴嘴,以排除設備問題。
裝置開車后,乙二醇產品塔真空度仍出現(xiàn)波動,問題沒有得到根本解決。經過原因排除,焦點集中到了動力蒸汽干濕度上。0.6 MPa蒸汽主要來源于汽輪機背壓,管線至精餾系統(tǒng)線路較長,由于設計原因,乙二醇產品塔動力蒸汽引出管線位置處于0.6 MPa蒸汽主管線的最末端,后面沒有低壓蒸汽用戶,加之蒸汽噴射泵蒸汽用量少(設計蒸汽耗量為0.27 t/h)、蒸汽流動量小,極易在此位置達到過飽和狀態(tài)。對此采取如下措施:
(1)減少汽輪機背壓0.6 MPa蒸汽的減溫水量,在指標范圍內,適當提高其過熱度。
(2)在0.6 MPa蒸汽主管線末端引一股蒸汽至污水改造裝置,增大蒸汽流動量,避免蒸汽在此位置停留時間過長達到過飽和狀態(tài)。
(3)對0.6 MPa蒸汽主管線及乙二醇產品塔蒸汽噴射泵動力蒸汽管線全面保溫,防止蒸汽在管路上被冷凝,導致噴射蒸汽帶水。
(4)在乙二醇產品塔蒸汽噴射泵動力蒸汽管線上設置水汽分離器,并在蒸汽冷凝液排放管線上安裝疏水閥,以防蒸汽漏走而冷凝水滯留。
經過上述措施處理后,消除了乙二醇產品塔真空度不規(guī)律性波動的現(xiàn)象,且蒸汽噴射泵級間冷凝器循環(huán)冷卻水和噴射泵蒸汽耗量減少,做功效率提高,乙二醇產品塔真空度穩(wěn)定,采出乙二醇產品質量良好。
對影響到乙二醇產品塔真空度的原因進行分析,進而采取有效手段進行排查處理,從中可以發(fā)現(xiàn):在實際生產過程中,專業(yè)技術人員要熟悉工藝原理及流程,發(fā)現(xiàn)異常時能準確判斷、及時處理,從而消除隱患,實現(xiàn)精益化操作,確保裝置安全、穩(wěn)定、高效運行。