丙烯腈装置急冷塔喷头长期运行堵塞问题

摘 要：本文探讨了大庆炼化公司聚合物一厂丙烯腈装置，因装置长周期运行，检修时间短，急冷塔喷淋设施不能有效清理干净造成的堵塞问题。

关键词：丙烯腈 急冷塔 喷头

丙烯腈装置是大庆炼化公司聚合物一厂的龙头装置，主要为丙烯酰胺装置提供高品质原料。在生产丙烯腈的同时，其副产的22%的稀硫铵溶液、30%的粗乙腈水溶液、99.5%的氢氰酸还分别为硫铵回收装置、乙腈精制装置及丙酮氰醇装置提供原料。

随着油田对聚丙烯酰胺需求量的扩大，对原材料丙烯腈的需求量也在逐步增加，所以要求丙烯腈装置能够实现高负荷长周期运行的生产模式。

在要求丙烯腈全装置长周期运行的条件下，每年的检修时间也相当有限，这就对某些需要较长时间清理的设备提出了较高的要求。本文主要提到了急冷塔喷淋装置长周期运行下堵塞的情况。

一、影响急冷塔上段循环量的因素

1.急冷塔的工艺原理

急冷塔分为两段式塔，用来是反应气体从220℃冷却至80℃；在急冷塔下段把夹带的催化剂和重组分从反应气体中分离出来；在急冷塔的上段中和反应气体中未反应的氨。

经过反应器而未转化的氨必须中和除去。如果剩余氨过多，氨可能与丙烯腈反应形成各种聚合物，并且氨还能促使氢氰酸聚合。未反应的氨是通过与加至急冷塔上段循环水物料中的硫酸起反应来除去的，硫酸和氨氨反应生成的硫酸铵用泵送至硫酸铵会后装置。硫酸的加入量取决于急冷塔上段循环液的PH值控制，PH值的范围应在3.5～5.0，PH值过低易造成对设备和管线的腐蚀，同时可导致羟基化合物超标，PH值过高会导致系统的聚合损失增大。通过控制急冷塔上段加入的及冷水量，使得急冷塔上段的硫酸铵的浓度控制在18-22%（Wt）。一台塔顶除沫器安装在急冷塔的后面，以捕集带出的液滴并使其返回到急冷塔上段。当急冷塔上段的硫酸铵浓度达到26%时，就会产生相分离。硫酸铵浓度升高时，硫酸铵中聚合物的溶解度就会降低，聚合相一但成形并老化，就能造成此设备及相连管道的严重堵塞问题。即使是在满足工艺生产条件情况下，急冷塔喷淋装置也会形成聚合物，并造成急冷塔上段循环量的变化。

2.急冷塔上段循环量的变化

自从2009年起，聚合物一厂丙烯腈装置在正常运行状态下急冷塔上段循环量呈现逐年下降的趋势，装置每年停工检修后急冷塔上段循环量较停工前虽有所上升，但与前几年比较还是呈现下降的趋势。表一是2009年到2011年急冷塔检修前后的上段循环量：

表1 急冷塔检修前后的循环量

3.影响因素分析

经初步分析影响丙烯腈装置急冷塔上段循环量的因素主要为急冷塔上段循环流程有堵塞情况。

近几年为缓解急冷塔上段循环量逐渐下降的趋势，急冷塔上段循环泵一直都是3台机泵同时在运转，在3台泵同时运转的情况下急冷塔上段循环量应该在1500-1600m3/h左右，而在2011年装置停工检修前只能达到1200m3/h左右，机泵本身运行状态良好，通过装置领导与技术人员细心观察发现与装置几年前正常运转时只是急冷塔上段循环泵的出口压力在逐年在升高，从0.5MPa涨到0.65MPa。急冷塔上段循环泵的出口连接的是到急冷塔上段的喷淋装置，在机泵没有问题的情况下也就说明急冷塔的喷淋装置存在堵塞情况，而且急冷塔上段的喷淋装置的堵塞情况在逐年加剧，也就说明了急冷塔上段循环量逐年下降的真正原因。

二、急冷塔喷淋装置的清洗方法

2009年度和2010年度丙烯腈装置停工检修过后急冷塔上段循环量并没有提高多少，而在2011年度装置停工检修过后有大幅度提高，并且连续这3年都是在用高压水清洗急冷塔上段喷淋装置，不同的是2009年度和2010年度是在急冷塔内部进行高压水清洗而2011年度是把喷头支管切割下来在塔外先进行化学清洗然后再进行高压水清洗，达到每个支管与喷头都能进行彻底清洗里面的聚合物，把清洗效果达到最大化，所以急冷塔上段循环量有明显改善

三、急冷塔喷淋装置切割清洗的困难

1.丙烯腈装置急冷塔内部空间小

丙烯腈装置急冷塔直径是4800mm，内部结构复杂、喷头数量多，切割与焊接急冷塔喷淋装置的人员需佩戴安全带、抬头举手才能达到工作平面，这样就会使检修工作人员极易消耗体力，所以切割与焊接急冷塔上段喷淋装置需要大量的人力，然而急冷塔内部空间有限，最多只能允许6个工作人员同时进行工作，所以切割与焊接喷淋装置十分困难。

2.丙烯腈装置停工检修时间短

丙烯腈装置每年的停工检修时间是10-15天，急冷塔检修的时间最多为5-8天。切割急冷塔喷淋装置需要2天，碱煮急冷塔喷淋装置需要1天，高压水清洗急冷塔喷淋装置需要1天，安装急冷塔喷淋装置需要2天，焊口检测需要1天，这些只是清洗急冷塔喷淋装置所需要的天数。然而急冷塔检修还需要拆装内部格栅，这也需要大量的时间，所以5-8天要想彻底清洗急冷塔喷淋装置是十分困难的，需要工作人员24小时工作才能勉强完成任务，但这样就能到到最佳的清洗效果。

因为急冷塔上段循环量逐年下降，为彻底清洗急冷塔上段喷淋装置并且验证车间人员分析急冷塔喷淋装置堵塞严重的问题，2011年度装置停工检修是将急冷塔喷淋装置切割下来进行碱煮后又进行了高压水清洗，由于2011年度装置停工检修时间有限，为了给清洗后的喷头支管焊接与检测留足够的时间，碱煮时间仅为8个小时，没有达到预计的24小时，就是在碱煮紧8小时的情况下，从切割喷淋装置到焊接完成2台电焊机8个电焊工24小时不间断施工一共用了84个小时才安装完成。切割下来清洗还是基本达到了预期的效果，但急冷塔喷淋装置的主管和支管连接处空间有限，不能年年检修进行切割喷淋支管来清洗，这样就会使以后无法进行切割喷淋支管清洗喷淋装置。而且切割喷淋装置清洗耗费大量的人力，使检修工作人员劳动强度增大，所以也不适宜进行切割喷淋支管清洗。

四、建议

建议把喷淋主管与喷淋支管连接处、喷淋支管与喷头处用法兰进行连接，这样以后就可以每次检修都将喷淋支管、喷头拆卸下来进行碱煮与高压水清洗，以达到清洗的干净的效果。因为丙烯腈装置急冷塔从2004年改造到2012年已运行8年时间，急冷塔喷淋装置的喷头里面的旋向基本已被磨平，达不到最佳的工作条件。由于喷头与喷淋支管是焊接连接，不能及时更换损坏的喷头，如果将喷淋支管与喷头连接处改造成用法兰进行连接，这样处理堵塞严重或损坏的喷头可以更容易。

参考文献

[1]丙烯腈装置城建档案.1995.11.1.

[2]丙烯腈装置操作规程.2011.4.1.