138- 关于石蜡加氢精制装置循环氢气压缩机入口抗蜡堵塞分离器（捕蜡器）设计讨论

      曾经有某石化公司负责石蜡加氢精制装置的朋友向诺卫公司求助，其石蜡加氢装置循环氢气压缩机入口设置的分离器，经常被循环氢气携带的石蜡粘附聚集堵塞，几乎每一个月就必须停产对这台分离器内件进行清理更换。他告诉我方，几乎每套石蜡加氢装置循环氢气压缩机入口设置的分离器都存在石蜡堵塞影响生产装置正常运行的情况。希望诺卫公司能为其提供分离器抗堵塞技术升级改造。由于以往石蜡加氢装置循环氢气压缩机入口分离器普遍存在因石蜡堵塞分离内件而影响正常生产这一普遍性问题，我在这里专贴就石蜡加氢装置循环氢气压缩机入口分离器抗堵塞技术升级改造予以详细讨论介绍。

      下图是石蜡加氢精制装置循环氢气压缩机及其入口分离器配置的典型工艺流程图，供大家讨论参考：

      从上述流程图可以看到，石蜡加氢精制装置反应器出来的循环氢气，先经过冷却器降温，一部分高碳石蜡冷凝变为液态甚至固态。这种气液固混合流体随后进入本帖重点关注讨论的入口分离器脱除氢气携带的液体石蜡和固体石蜡，净化后的循环氢气再进入循环氢气压缩机进行升压后重新参与加氢循环。这是目前国内外石蜡加氢精制装置循环氢气处理的常规流程。

      位于循环氢气压缩机入口管线并对循环氢气压缩机承担分离净化作用的传统入口分离器，从其结构上看，采用的是最为传统简易的丝网式分离器，这种传统结构的分离器在该石蜡加氢装置循环氢分离上的致命不足就在于易堵塞且导致分离效率下降；从其数量配置上看，既然这种分离器用于脱蜡被堵塞而需要经常性对分离内件进行维护更换，则一开一备须是必然配置。但恰恰在工艺流程上却配置成仅为一台，这种配置必然会因入口分离器经常性堵塞需要维护更换而被迫停产。

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       国内外的石蜡加氢精制装置关于其氢气压缩机配置，还有一种更闹心的流程。这种流程常常出现在EPC方式建设的装置上。设计院从业主手里EPC该装置，当然希望自己花最少的钱让装置运转起来，至于能否长期经济运行，那就看业主当初对这种EPC方式提供的流程配置能否提出专业性质疑。这种闹心的流程是，把补充的新鲜氢气与循环氢气管线合并形成混合氢气，再进入上述循环氢气压缩机及其入口分离器配置流程。这样，就减少了新鲜氢气的压缩机及其入口分离器配置和投资。EPC方减少了不少设备管线投资，业主场地占用也少了，似乎对各方都有利。

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一部分高碳石蜡冷凝变为液态甚至固态。石蜡是否在冷却器上存留，影响换热效果？

shanhaiguan 发表于 2019-11-15 08:28
一部分高碳石蜡冷凝变为液态甚至固态。石蜡是否在冷却器上存留，影响换热效果？

在冷却器中，氢气挟带的高碳石蜡部分冷凝变为液态和固态，在换热器上会附着影响换热效率。因此，在工艺上会设定适宜的冷却降温程度以避免形成过大比例的固体石蜡。

前面谈到，常规的石蜡加氢精制装置，循环氢气和新鲜氢气，各自采用独立的压缩和分离系统。新鲜氢气不携带石蜡成分，压缩机入口的分离器不会有石蜡堵塞问题，该系统运行顺畅的。循环氢气，由于携带石蜡，在换热器降温时会有高碳石蜡冷却凝结形成液态甚至固态石蜡，不仅会附着在换热器上，也会对后续循环氢气压缩机入口管线专门设置的循环氢压缩机入口分离器造成麻烦，因而，需要对该管线的换热器和分离器进行特殊设计，包括在数量配置上设置一开一备方式。而循环氢气与新鲜氢气压缩机前并线工艺，不仅是循环氢气在换热时有高碳石蜡冷却凝结形成液态甚至固态石蜡对换热器和分离器造成麻烦，后续脱蜡后温度较高的循环氢气遭遇温度较低的新鲜氢气而遇冷又会二次形成液态甚至固态石蜡，需要进行进一步处理，才能进入压缩机系统。可见，无论采取哪种工艺路线，对换热器和分离器都会提出工艺技术挑战。换热器可以通过控制冷却程度来避免更多固态石蜡附着，但分离器则是从氢气中分离脱除液态和固态石蜡和收集液态石蜡和固态石蜡的主要设备。因此，抗堵塞分离器的设计至关重要。

大家的石蜡加氢精制装置目前运行使用中的分离器和大家经常看到的该装置分离器，是传统的简易结构的丝网式分离器。下图，就是某设计院为某石化公司20万吨/年石蜡加氢精制装置改造工程设计提供的入口分离器D-209截图：

大家看看其图纸，就会发现已经进入到21世纪第二个十年了还在沿用老古董结构的丝网式分离器。丝网分离内件的厚度，200mm。丝网分离内件厚度大了，堵塞严重，输气压降过高，形成分离器前“憋气”、分离器后压缩机前“抽气不足”；丝网分离内件厚度小了，气流中的液体和固体携带质又拦截不下来。

业主告知这台丝网分离器的相关设计参数是：
1-运行工况温度：127℃；
2-设计温度：150℃；
3-运行工况压力：1.0MPaG；
4-设计压力：1.2MPaG；
5-气相正常流量：500Nm^3/h,最大流量1000Nm^3/h。

就上述运行工况参数来看，气体处理量并不大，但设计院心里清楚，石蜡堵塞导致运行压降、运行周期会是大问题，从而设计成直径1200mm、焊缝线长度近4500mm的分离器壳体。设计院设计的这台丝网分离器投入运行后不久，就出现丝网内件频繁堵塞、运行效率不断下降的问题，苦了装置运行人员每月停车吹扫置换后爬进设备更换丝网内件。其后，又开始了压降飙升、堵塞、效率下降、停产、吹扫置换、更换内件的周而复始的折腾。

装置运维人员不堪忍受这么高频率、高劳动强度、高运行维护成本的分离器运行情况，要求设计院拿出整改方案。设计院在业主压力之下，建议采用滤芯升级取代丝网内件方案。这个方案，其实业主也知道，滤芯与丝网一样，都是通过纤维构建的孔格来完成对液滴液沫和固体物质的拦截，只是滤芯元件规整度更好一些，分离精度也会好一些，但运行中的首要问题是堵塞以及由此产生的二级问题即运行压降飙升和分离效率下降。首要问题是堵塞。滤芯在应对液体和固体石蜡附着堵塞方面会比丝网更好吗？不会，只会更严重。拒绝设计院的方案吧，设计院就有了搪塞借口“提出了整改方案是，业主不同意的”，业主只好走一步看一步，采取了滤芯替代丝网的方案。

换上了5微米精度的滤芯取代丝网，勉强运行了两周，堵得更厉害，运行压降飙升得比丝网更甚，被迫停产进行维护更换，如此反复又折腾日复一日，月复一月，运行维护频度、工作强度以及运维成本不仅没有降低下来反而上升不少。可不是？原来的丝网内件还可以挺一个月进行更换，滤芯一个月都挺不下来，而更换滤芯的成本远高于丝网。设计院反倒说话了，装置上闹着要整改，现在看到了吧，知道原来的丝网好吧？

业主装置人员有苦难言，索性不找设计院了，自己想办法。原来的丝网支撑固定系统全换成滤芯支撑结构了，丝网内件是无法再恢复回去了。业主自己在滤芯外表缠上一层孔眼大一些的滤布，让滤布先把大部分石蜡挡下来，漏网的重相携带质再通过滤芯进一步拦截。装置人员的这个方法，确实把分离器维护周期又延长到一个月维护一次，每次更换新的滤布并简单清理滤芯表面集蜡，使分离器的维护频率、劳动强度和运维成本基本上又恢复到了原来丝网式分离器的水平。

业主装置操作人员吃一堑，长一智。他们也知道这样一月一维护也不是办法，可否借鉴其它行业其他分离技术技术升级改造？于是，通过各种渠道收集寻找专业分离技术公司请求帮助。针对石蜡加氢精制装置循环氢分离器存在的普遍性问题，我方在入口管线上新增一开一备两台诺卫公司G54型旋流分离器或诺卫公司G50/P4型羽叶分离器。

G54型旋流分离器和G50/P4型羽叶分离器，都属于精准动力学分离器。其不同于传统丝网、滤芯、滤网、填料式阻挡拦截分离器之处在于：1-G54型旋流分离器和G50/P4型羽叶分离器是根据复杂多变工况而将动量动能转换、重相质自聚结生长、矢量分离和液沫表面自由能捕集等多种动力学分离方式协同组合应用，而不是如传统丝网、滤芯、滤网、填料式分离器仅靠纤维构架的微小孔格阻挡截留，分离方式本质不同，尤其对于气流携带的液滴液沫这类重相分散质在其穿过分离内件时会发生当量尺寸收缩形变的气液分离场合，不宜选用传统丝网、滤芯、滤网、填料式分离器；2-G54型旋流分离器和G50/P4型羽叶分离器，对气流携带的石蜡、凝胶质和颗粒物抗堵塞运行性能，相对于传统丝网、滤芯、滤网、填料式分离器十分优越，运行维护周期**延长，运行维护成本大幅下降；3-由于本工况运行压力1.0MPaG属于中低压工况，采用G50/P4型羽叶分离器相对于G54型旋流分离器在投资成本和运行操作弹性方面更有优势；4-投用G54型旋流分离器和G50/P4型羽叶分离器后，原有的滤芯式过滤器可以退出停用。

      需要提醒，由于原始循环氢气携带石蜡液滴液沫和固体石蜡，虽然G54型旋流分离器和G50/P4型羽叶分离器对气流携带的石蜡、凝胶质和颗粒物抗堵塞运行性能相对于传统丝网、滤芯、滤网、填料式分离器优越得多，但仍然需要针对石蜡在特殊意外工况分离过程产生的运行压降，尤其需要防犯因分离内件在特殊意外工况下高压降引起的“虹吸短路”现象使分离下来的液体瞬间被吸入分离内件组后端的气流形成大量带液，进而使后续输气管线积液以及对核心运行设备如压缩机造成致命危害甚至灾难。即，无论哪种分离器，都需要着重考虑采用特殊内件设计以防范高压降引起的“虹吸短路”现象。