穩定塔安全閥起跳原因分析及對策

安全閥    時間:2014-03-11 13:12:44
穩定塔安全閥起跳原因分析及對策簡介
    作者:譚勇 崔麗娜     摘 要 當工藝操作參數波動較大時,尤其是在開工階段,極易造成穩定塔安全閥起跳。分析……
穩定塔安全閥起跳原因分析及對策正文
  作者:譚勇 崔麗娜   摘 要 當工藝操作參數波動較大時,尤其是在開工階段,極易造成穩定塔安全閥起跳。分析了安全閥起跳的原因,認為主要原因是穩定塔負荷過大及穩定塔塔頂溫度過高,提出了相應的預防安全閥起跳的工藝控制措施。
   巴陵石化烯烴事業部一聯合催化裝置穩定塔自1998年6月投用以來,多次在開工過程中發生安全閥起跳事故,2004年12月在正常生產期間也發生了一次安全閥起跳事故,造成反應降量處理,大量的液態烴直接放火炬,直接經濟損失達60×104元。由於安全閥起跳后密封面損壞,需進行拆裝、吊卸、檢修、研磨、氣密、整定,又花費大量人力、物力。
  1 穩定塔安全閥概況
  烯烴事業部穩定塔安全閥安裝在穩定塔頂,安全閥型號是SFA420150CA ,安全閥技術參數如表1所示。安全閥後接DN150管線至壓力為0.02Mpa低壓瓦斯系統.圖1為穩定系統壓力控制圖。冷凝器安裝位置低於迴流罐,冷卻器被物料完全浸沒。冷凝液由罐底進入迴流罐液相。熱旁路管線及其調節閥安裝在迴流罐上方,通過熱旁路的氣體由罐頂進入迴流罐氣相,穩定塔壓力採用塔頂冷凝器「熱旁路」進行控制,通過調節熱旁路閥開度,改變調節閥的壓力降,從而改變冷凝冷卻器管束的浸沒面積,調節冷卻器的取熱負荷,達到控制穩定塔壓力的目的。在冷凝器中,液面上方的氣相管束起到冷凝、冷卻的作用,處於液面中的管束起到冷卻作用。
  表1 工藝條件及安全閥技術參數
  圖1 穩定塔壓力控制示意圖
  2 安全閥起跳原因分析
  2.1安全閥安裝位置
  安全閥能否正常工作與安裝的位置、方式以及排放管道等有著極大的關係。安裝不適當,會使安全閥失去應有的作用,而且還會導致意外的事故發生。對於氣體壓力容器的安全閥,須安裝在它的氣相位置。穩定塔安全閥安裝在穩定塔頂部,標高45008mm,迴流罐標高13 700mm由此可得知安全閥閥瓣的標高遠高於穩定塔頂迴流罐液位,處於氣相位置,不會影響到安全閥的正常工作。
  2.2冷凝器液位
  穩定塔壓力通過調節熱旁路閥的壓降來控制調節閥前後差壓為:△P=P1-P2
  當熱旁路閥關小時,P2減小,由帕斯卡定律可知:
  P1=P2+pgH
  為保障塔頂壓力穩定,即P1不變,則冷凝器與迴流罐中的液位差H增大。即冷凝器中的液位要下降,才能保證安全閥處於氣相。
  2.3安全閥受力情況分析
  安全閥閥瓣受到4種力的作用。
  圖2 安全閥閥瓣受力圖
  F1-安全閥閥后壓力;F2-作用於閥瓣上的彈簧力;F3-設備內壓強作用於閥瓣上的壓力;G-安全閥閥瓣自身的重量
  當設備內壓強作用於閥瓣上的力大於其它各力之和時,即:∑F=F3-(F1+F2+G)>0時,安全閥開始起跳.如果排除彈簧與安裝位置等原因,造成∑F>0隻有兩種可能:一種是F1過小;另一種是F3迅速上升。實際上安全閥與壓力基本為零的低壓瓦斯系統相連,在安全閥的定壓中F1考慮為0.02MPa,與低壓管網的壓力基本一致,所以不存在F1過小的情況。F3的變化分析如下。
  2.3.1系統帶水
  開工前期對系統吹掃,會使系統內存有大量的水分。當水氣化后,體積急速的膨脹會造成穩定塔壓力超高而引起安全閥起跳。而每一次開工時,系統進料前需要對各系統進行排水、排汽操作,由此引起的可能性極小。如果系統內存有部分水,進行切液的過程中在穩定塔頂迴流罐的界位應該有顯示。而開工期間迴流罐界位顯示為0%,基本上沒有水,切液也未發現有水,進一步排除了系統內有水的可能性。
  2.3.2系統帶C2組分
  如果解析操作異常時,液態烴中帶有較多的C2不凝氣組分,當塔壓力升高時,熱旁路即使全關閉,冷凝器中的冷凝面增加至最大,C2組分也冷凝不下來,使塔壓不但不下降反而會上升,導致穩定塔壓力的波動而引起安全閥起跳。實際操作中,為保證液態烴系統不帶C2組分,在解析塔底溫度沒有達到正常操作值時,穩定塔不安排進料。並在開工過程中對液態烴的組成進行了分析,液態烴中C2的含量為零,排除了系統帶C2而引起安全閥起跳的可能。
  2.3.3塔頂溫度
  穩定塔底重沸器與分鎦塔一中進行換熱。安全閥起跳前與起跳時的操作數據。
  圖3 開工期間安全閥起跳時操作數據圖
  通過對開工期間安全閥起跳的數據分析發現,在開工初期,分餾塔內總熱量較小,分餾塔一中對穩定塔的供熱量相應較少,穩定塔的底溫上升緩慢,壓力平穩上升,此時穩定塔迴流罐內無液體物料。當分餾塔熱量供應充足,使穩定塔的取熱速度增加過快時,穩定塔壓力不再緩慢平穩上升,而是急速上升。在2002年的開工中,由於底溫上升過快,前期穩定塔迴流罐無液體物料,使頂迴流投用滯后,導致穩定塔頂溫急速上升,最高時達到98.4℃,遠遠高於正常的操作52℃.通過查理定律可知,「一定質量的氣體,在體積不變的條件下,它的壓力強P與熱力學溫度T成正比」。假設在塔頂液態烴質量不變的情況下塔頂溫度為90℃,將有關數據帶入公式P1/P2=T1/ T2進行計算:
  P2=(P1×T2)/ T1=(900×363)/325=1005kPa
  已經接近穩定塔安全閥定壓值,但實際生產中穩定塔底的取熱加快,塔頂液態烴的質量不是不變的,而是隨塔底溫度的急速上漲而急速增加,並且穩定塔頂為C3、C4組分,其體積膨脹係數較大,而壓縮係數較小,當溫度略有上升時,壓力急劇增大,在塔頂沒有迴流或迴流量不足時使情況進一步惡化,導致安全閥的起跳。
  2.3.4穩定塔負荷
  烯烴事業部一聯合裝置原設計加工能力為80×104t/a,2001年擴能改造后達到120×104t/a(含15×104t/a汽油回煉),在加工量大幅度提升的情況下穩定系統沒有進行任何改造,穩定塔的進料量由最初的110~130t/h增加到160~180t/h,高限時達185t/h,遠遠超出了穩定塔加工量的上限。穩定塔進料量的增加,使塔頂需要冷凝的物料量增加,冷凝冷卻器負荷隨之增加。穩定塔的壓力調節主要取決於冷凝器管束被浸沒的確冷卻面積,而不是通過冷凝器熱旁的氣體流量。當穩定塔負荷增加后,穩定塔壓力升高,為維持穩定塔頂壓力的穩定,穩定塔頂熱旁路閥要關小,P2壓力減小,由於P1= P2+pgH,冷凝冷卻器與迴流罐中的液位差△H將增大,由於迴流罐中的液位為定值調節,△H將減小,結果是冷凝冷卻器中冷凝面積增大,被浸沒的冷卻面積減小。隨著負荷的進一步加大,達到極限狀況時,換熱器只有冷凝部分,沒有冷卻部分,造成少部分或極少部分未完全冷凝的液態烴直接進入迴流罐,造成穩定塔壓力急速上升。在壓力上升的過程中,液化氣的露點溫度下降。在塔內未被冷凝的液化氣被液化,使塔頂冷凝器的負荷減小,冷凝器冷卻面增加,塔頂壓力下降。如此造成穩定塔壓力的上下波動。此時的穩定塔壓力處於一種動態的平衡狀態。當穩定塔進料量進一步增加或操作稍有其他的波動時,這種動態的平衡被打破,壓力波動幅度進一步加大,當操作的波動超過穩守塔操作極限時,壓力急速上漲,突破安全閥定壓值而發生安全閥起跳。圖4為2001年12月1日大負荷下穩定塔安全閥起跳時的曲線圖。從圖中可以看出穩定塔進料為169~175t/h時,穩定塔壓力一直在808~1 011kPa 之間波動,此時處於極限的動態平衡狀態。至23時10分,受晚間氣溫下降的影響,二聯合停循環水風機一台,循環水溫度隨之上升,由於穩定塔頂冷凝冷卻器通過循環水進行冷卻,循環水溫度的上升導致穩定塔迴流溫度由原先的33℃增加至39.5℃,加上此時穩定塔進料量的增加,穩定塔壓力平衡被打破,壓力急劇增加,導致穩定塔安全閥起跳。
  圖4 高負荷下的穩定塔操作數據曲線圖
  1.迴流溫度;2.塔頂溫度;3.塔壓力;4.迴流量;5.塔底溫度;6.進料量
  3 預防安全閥起跳的工藝控制措施
  a)開工過程中,穩定塔底應緩慢升溫,防止穩定塔底升溫過快而引起穩定塔上部溫度上升加快。穩定塔頂迴流罐出現液面后及時投用塔頂冷迴流,利用冷迴流量對塔頂溫度進行控制。同時根據負荷的變化適時調整塔頂迴流量的大小,防止迴流罐空導致迴流中斷。
  b)正常生產期間大負荷處理量條件下,嚴格控制工藝參數的平穩,包括分餾塔一中流量的穩定。同時在穩定塔沒有進行改造的情況下,嚴格控制穩定塔的進料量不大於175t/h。禁止超負荷生產引起安全閥起跳。
  4 結論
  通過採取上述工藝控制措施,經過兩次開工與正常生產期間大處理量的檢驗,證明上述措施是切實可行的。在兩個生產周期中均沒有再發生安全閥起跳的事故,保證了裝置在開工期間與大處理量生產期間的平穩運行。同進通過採取上述措施,縮短了開工期間產品達到合格的時間,避免了液態烴的大量排放,在避免事故的同時還取得了一定的經濟效益

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