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稳定塔安全阀起跳原因分析及对策 |
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| 稳定塔安全阀起跳原因分析及对策 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:02:36  |
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作者：谭勇 崔丽娜
摘 要 当工艺操作参数波动较大时，尤其是在开工阶段，极易造成稳定塔安全阀起跳。分析了安全阀起跳的原因，认为主要原因是稳定塔负荷过大及稳定塔塔顶温度过高，提出了相应的预防安全阀起跳的工艺控制措施。
巴陵石化烯烃事业部一联合催化装置稳定塔自1998年6月投用以来，多次在开工过程中发生安全阀起跳事故，2004年12月在正常生产期间也发生了一次安全阀起跳事故，造成反应降量处理，大量的液态烃直接放火炬，直接经济损失达60×104元。由于安全阀起跳后密封面损坏，需进行拆装、吊卸、检修、研磨、气密、整定，又花费大量人力、物力。
1 稳定塔安全阀概况
烯烃事业部稳定塔安全阀安装在稳定塔顶，安全阀型号是SFA420150CA ，安全阀技术参数如表1所示。安全阀后接DN150管线至压力为0.02Mpa低压瓦斯系统.图1为稳定系统压力控制图。冷凝器安装位置低于回流罐，冷却器被物料完全浸没。冷凝液由罐底进入回流罐液相。热旁路管线及其调节阀安装在回流罐上方，通过热旁路的气体由罐顶进入回流罐气相，稳定塔压力采用塔顶冷凝器“热旁路”进行控制，通过调节热旁路阀开度，改变调节阀的压力降，从而改变冷凝冷却器管束的浸没面积，调节冷却器的取热负荷，达到控制稳定塔压力的目的。在冷凝器中，液面上方的气相管束起到冷凝、冷却的作用，处于液面中的管束起到冷却作用。
表1 工艺条件及安全阀技术参数
图1 稳定塔压力控制示意图
2 安全阀起跳原因分析
2.1安全阀安装位置
安全阀能否正常工作与安装的位置、方式以及排放管道等有着极大的关系。安装不适当，会使安全阀失去应有的作用，而且还会导致意外的事故发生。对于气体压力容器的安全阀，须安装在它的气相位置。稳定塔安全阀安装在稳定塔顶部，标高45008mm，回流罐标高13 700mm由此可得知安全阀阀瓣的标高远高于稳定塔顶回流罐液位，处于气相位置，不会影响到安全阀的正常工作。
2.2冷凝器液位
稳定塔压力通过调节热旁路阀的压降来控制调节阀前后差压为：△P=P1-P2
当热旁路阀关小时，P2减小，由帕斯卡定律可知：
P1=P2+pgH
为保障塔顶压力稳定，即P1不变，则冷凝器与回流罐中的液位差H增大。即冷凝器中的液位要下降，才能保证安全阀处于气相。
2.3安全阀受力情况分析
安全阀阀瓣受到4种力的作用。
图2 安全阀阀瓣受力图
F1-安全阀阀后压力；F2-作用于阀瓣上的弹簧力；F3-设备内压强作用于阀瓣上的压力；G-安全阀阀瓣自身的重量
当设备内压强作用于阀瓣上的力大于其它各力之和时，即：∑F=F3-(F1+F2+G)>0时,安全阀开始起跳.如果排除弹簧与安装位置等原因，造成∑F>0只有两种可能：一种是F1过小；另一种是F3迅速上升。实际上安全阀与压力基本为零的低压瓦斯系统相连，在安全阀的定压中F1考虑为0.02MPa，与低压管网的压力基本一致，所以不存在F1过小的情况。F3的变化分析如下。
2.3.1系统带水
开工前期对系统吹扫，会使系统内存有大量的水分。当水气化后，体积急速的膨胀会造成稳定塔压力超高而引起安全阀起跳。而每一次开工时，系统进料前需要对各系统进行排水、排汽操作，由此引起的可能性极小。如果系统内存有部分水，进行切液的过程中在稳定塔顶回流罐的界位应该有显示。而开工期间回流罐界位显示为0%，基本上没有水，切液也未发现有水，进一步排除了系统内有水的可能性。
2.3.2系统带C2组分
如果解析操作异常时，液态烃中带有较多的C2不凝气组分，当塔压力升高时，热旁路即使全关闭，冷凝器中的冷凝面增加至最大，C2组分也冷凝不下来，使塔压不但不下降反而会上升，导致稳定塔压力的波动而引起安全阀起跳。实际操作中，为保证液态烃系统不带C2组分，在解析塔底温度没有达到正常操作值时，稳定塔不安排进料。并在开工过程中对液态烃的组成进行了分析，液态烃中C2的含量为零，排除了系统带C2而引起安全阀起跳的可能。
2.3.3塔顶温度
稳定塔底重沸器与分镏塔一中进行换热。安全阀起跳前与起跳时的操作数据。
图3 开工期间安全阀起跳时操作数据图
通过对开工期间安全阀起跳的数据分析发现，在开工初期，分馏塔内总热量较小，分馏塔一中对稳定塔的供热量相应较少，稳定塔的底温上升缓慢，压力平稳上升，此时稳定塔回流罐内无液体物料。当分馏塔热量供应充足，使稳定塔的取热速度增加过快时，稳定塔压力不再缓慢平稳上升，而是急速上升。在2002年的开工中，由于底温上升过快，前期稳定塔回流罐无液体物料，使顶回流投用滞后，导致稳定塔顶温急速上升，最高时达到98.4℃,远远高于正常的操作52℃.通过查理定律可知，“一定质量的气体，在体积不变的条件下，它的压力强P与热力学温度T成正比”。假设在塔顶液态烃质量不变的情况下塔顶温度为90℃，将有关数据带入公式P1/P2=T1/ T2进行计算：
P2=（P1×T2）/ T1=（900×363）/325=1005kPa
已经接近稳定塔安全阀定压值，但实际生产中稳定塔底的取热加快，塔顶液态烃的质量不是不变的，而是随塔底温度的急速上涨而急速增加，并且稳定塔顶为C3、C4组分，其体积膨胀系数较大，而压缩系数较小，当温度略有上升时，压力急剧增大，在塔顶没有回流或回流量不足时使情况进一步恶化，导致安全阀的起跳。
2.3.4稳定塔负荷
烯烃事业部一联合装置原设计加工能力为80×104t/a,2001年扩能改造后达到120×104t/a（含15×104t/a汽油回炼），在加工量大幅度提升的情况下稳定系统没有进行任何改造，稳定塔的进料量由最初的110~130t/h增加到160~180t/h，高限时达185t/h，远远超出了稳定塔加工量的上限。稳定塔进料量的增加，使塔顶需要冷凝的物料量增加，冷凝冷却器负荷随之增加。稳定塔的压力调节主要取决于冷凝器管束被浸没的确冷却面积，而不是通过冷凝器热旁的气体流量。当稳定塔负荷增加后，稳定塔压力升高，为维持稳定塔顶压力的稳定，稳定塔顶热旁路阀要关小，P2压力减小，由于P1= P2+pgH，冷凝冷却器与回流罐中的液位差△H将增大，由于回流罐中的液位为定值调节，△H将减小，结果是冷凝冷却器中冷凝面积增大，被浸没的冷却面积减小。随着负荷的进一步加大，达到极限状况时，换热器只有冷凝部分，没有冷却部分，造成少部分或极少部分未完全冷凝的液态烃直接进入回流罐，造成稳定塔压力急速上升。在压力上升的过程中，液化气的露点温度下降。在塔内未被冷凝的液化气被液化，使塔顶冷凝器的负荷减小，冷凝器冷却面增加，塔顶压力下降。如此造成稳定塔压力的上下波动。此时的稳定塔压力处于一种动态的平衡状态。当稳定塔进料量进一步增加或操作稍有其他的波动时，这种动态的平衡被打破，压力波动幅度进一步加大，当操作的波动超过稳守塔操作极限时，压力急速上涨，突破安全阀定压值而发生安全阀起跳。图4为2001年12月1日大负荷下稳定塔安全阀起跳时的曲线图。从图中可以看出稳定塔进料为169~175t/h时，稳定塔压力一直在808~1 011kPa 之间波动，此时处于极限的动态平衡状态。至23时10分，受晚间气温下降的影响，二联合停循环水风机一台，循环水温度随之上升，由于稳定塔顶冷凝冷却器通过循环水进行冷却，循环水温度的上升导致稳定塔回流温度由原先的33℃增加至39.5℃,加上此时稳定塔进料量的增加,稳定塔压力平衡被打破,压力急剧增加,导致稳定塔安全阀起跳。
图4 高负荷下的稳定塔操作数据曲线图
1.回流温度；2.塔顶温度；3.塔压力；4.回流量；5.塔底温度；6.进料量
3 预防安全阀起跳的工艺控制措施
a)开工过程中，稳定塔底应缓慢升温，防止稳定塔底升温过快而引起稳定塔上部温度上升加快。稳定塔顶回流罐出现液面后及时投用塔顶冷回流，利用冷回流量对塔顶温度进行控制。同时根据负荷的变化适时调整塔顶回流量的大小，防止回流罐空导致回流中断。
b)正常生产期间大负荷处理量条件下，严格控制工艺参数的平稳，包括分馏塔一中流量的稳定。同时在稳定塔没有进行改造的情况下，严格控制稳定塔的进料量不大于175t/h。禁止超负荷生产引起安全阀起跳。
4 结论
通过采取上述工艺控制措施，经过两次开工与正常生产期间大处理量的检验，证明上述措施是切实可行的。在两个生产周期中均没有再发生安全阀起跳的事故，保证了装置在开工期间与大处理量生产期间的平稳运行。同进通过采取上述措施，缩短了开工期间产品达到合格的时间，避免了液态烃的大量排放，在避免事故的同时还取得了一定的经济效益
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