MDEA脱碳系统再生塔底重沸器平稳运行方法和措施

成应杰

摘要：MDEA脱碳系统再生塔底重沸器为管壳式换热器，高压蒸汽经过管程给壳程胺液加热，放热冷凝后流入凝结水分离器。由于设计缺陷，重沸器与凝结水分离器高度差不足，凝结水不能顺畅流动，需手动控制进出口压差来控制凝结水流动，造成蒸汽压力和流量波动较大，无法稳定加热MDEA溶液，影响脱碳系统运行。为了解决上述问题，需要优化操作流程，并对工艺流程进行适当改造，确保蒸汽压力、流量稳定，从而使脱碳系统能够平稳运行。

关键词：MDEA   脱碳系统   蒸汽   波动   稳定

中图分类号： U664.141     文献标识码：A

Abstract The reboiler at the bottom of the regeneration tower of the MDEA decarburization system is a shell-and-tube heat exchanger. The high-pressure steam passes through the tube side to heat the shell side amine liquid， and flows into the condensate separator after exothermic condensation. Due to design defects， the height difference between the reboiler and the condensate separator is insufficient， and the condensate cannot flow smoothly. It is necessary to manually control the inlet and outlet pressure difference to control the flow of condensed water， which causes large fluctuations in steam pressure and flow rate， and cannot stably heat the MDEA solution， which affects the operation of the decarburization system. In order to solve the above-mentioned problems， it is necessary to optimize the operation process and make appropriate modifications to the process flow to ensure stable steam pressure and flow， so that the decarburization system can operate smoothly.

Key Words： MDEA; Decarbonization system; Steam; Fluctuation; Stability

某天然氣陆岸终端设有一套MDEA脱碳系统，上游预分离单元来气首先通过气气换热器换热后进入吸收塔下部，自下而上逆流与MDEA贫液接触，MDEA溶液吸收原料气中的CO2。脱除CO2后的天然气经过净化气分离器脱除游离水后去脱水单元。从吸收塔底部流出的富胺液经透平泵水力透平回收能量后进入闪蒸塔，闪蒸出部分溶解的烃类气体经冷却后作为燃料气进入燃料气单元。

从闪蒸塔底部流出的富胺液经节流后进入再生塔上段进行闪蒸，进一步脱除夹带气体后去溶液换热器与再生塔塔底贫液换热升温，再进入再生塔自上而下流动与塔内上升的蒸气逆流接触，汽提出富液中的CO2气体。再生所需热量由再生塔底重沸器提供。热贫胺液自塔底引出，经溶液换热器回收热量、贫液提升泵增压、贫液冷却器冷却后，再经贫液泵增压送至吸收塔上部循环使用。

再生塔顶的CO2气体经再生塔顶冷却器冷却后进入CO2分液罐，分离出的气相去CO2回收利用装置生产食品级CO2产品，液相由再生塔顶回流泵送至再生塔顶部作为回流。

1 MDEA脱碳系统存在的问题

再生塔底重沸器蒸汽流量调节阀投入自动使用时，蒸汽流量、重沸器温度、凝结水回水温度大幅度波动，系统运行不稳定，只能将流量调节阀设为手动调节，在该状态下，蒸汽流量缓慢降低（<19 t/h），再生塔底重沸器温度逐渐降低至95 ℃以下[1];当蒸汽流量调节阀手动开大，蒸汽流量骤增，现场可明显听见蒸汽流动声音，且管线振动剧烈，当减小蒸汽流量调节阀开度，蒸汽流量减小，但通过量仍大于正常工况，再生塔底重沸器温度始终处于偏高的状态，从而造成重沸器、凝结水分离器出口冷凝水温度异常超高，导致凝结水箱超温、超压，同时锅炉系统除氧器压力超高，可能导致安全阀起跳[2]。重沸器流程如图1所示。

2  原因分析

蒸汽锅炉、余热锅炉同时投用情况下，蒸汽锅炉设定值680 kPa·G，余热锅炉设定值690kPa·G，蒸汽供给情况如表1所示。

在现在的气量条件下，MDEA循环量520～560 m³/h，蒸汽供给量远远富余。据观察现场运行情况进行分析，产生上述现象的原因是由于蒸汽在重沸器管程流量变化引起的，而流量由流通面积、蒸汽供给压力与凝结水分离器的压力差决定[3]。

由于重沸器与凝结水分离器安装的相对高差不够，蒸汽冷凝水不能顺利排出，平稳运行一段时间后，重沸器管程下部会聚集冷凝水，导致管程的横截面积减小，蒸汽的流通面积减小。压差不变的情况下，蒸汽流量降低，携带的热负荷降低，加上冷凝水聚集，管程的有效换热面积减小，导致重沸器温度降低。

出现上述情况时，通常增大重沸器蒸汽进出口的压力差，当压差增大，流速增加，重沸器管程通过蒸汽量也相应增大，携带足够多的热量足以加热重沸器内介质，重沸器温度恢复正常。

若调整过度压差太大，一方面，蒸汽流速增加达到紊流状态时，携带能力较层流状态下增加[4];另一方面，压差增大冷凝水推动力增加。两个条件同时作用，重沸器管程底部聚集的冷凝水顺利排出，蒸汽流通面积增加，压差不变的情况下，蒸汽量骤然增加，蒸汽供给热负荷足够多，重沸器壳程介质充分受热，温度偏高，过量蒸汽，热量不能充分释放，未冷凝蒸汽进入凝结水，发生蒸汽气窜，导致重沸器管程出口、凝结水分离器液相出口温度异常超高，凝结水回水温度超高，进而造成蒸汽冷凝水回收系统设备超温、超压。

3解决方法和操作技巧

可以通过适度调节凝结水分离器顶部补气闸阀开度缓解所述现象。

（1）重沸器管程蒸汽量不足时，此时可适当关闭或关小补气闸阀，减少进入凝结水分离器的蒸汽量，从而降低凝结水分离器压力，增大压差，使得通过重沸器管程蒸汽量增大[5]。

（2）重沸器温度偏高时，回水温度偏高，说明通过重沸器管程蒸汽量过剩，加热壳程介质后，热负荷仍有冗余，从而导致回水温度高。遇到此种情况增加补气闸阀开度已经不足以降低压力差。此时需要大开度并且迅速打开补气闸阀，迅速减小蒸汽压差，降低蒸汽流速，减小蒸汽流量的同时增加蒸汽在重沸器管程内停留时间，热量充分释放，完全冷凝下来，从而降低回水温度。

（3）出现重沸器温度偏低时，通过减小补气闸阀开度来增加压差的调节方式可能会导致压差过大，蒸汽量骤增，重沸器、凝结水异常高。此时可采用其他方法将重沸器管程底部聚集的凝结水排出。

4建议措施

为解决以上问题，最根本的方法是改造重沸器与凝结水分离器的安装高度差，但是由于现场条件限制，要改变相对高差涉及到的设备基座、管线改造工程量浩大，只能通过其他方法迫使凝结水流动。

4.1调整压力差

通过调整补气闸阀开度调整蒸汽进出重沸器管程压差，保证蒸汽量恒定，进而控制重沸器温度，凝结水回水温度[6]。根据现场经验，当管程压力差介于0.2～0.4 bar时，冷凝水可较顺畅地排出，且蒸汽量能维持在正常值附近，重沸器温度、凝结水回水温度也正常。建议将补气闸阀更换为差压调节阀，取管程进出口压力差作为信号源，这样可实现自动控制，改造流程图如图2所示。

4.2将聚集的凝结水排放

通过手动开大凝结水分离器下游的液位调节阀开度，在惯性流动的带动以及压差推动下，排出聚集在重沸器管程凝结水，从而恢复蒸汽流量，提高重沸器温度的方法在现场试验中也取得成功[7]。但是，快速增加液位调节阀开度，会导致蒸汽流量在短时间内骤增（由19 t/h增加到40 t/h以上），造成管线冲击异常剧烈，且排放后关闭液位调节阀时，很难把握稳定蒸汽量的点。建议在重沸器管程出口至凝结水分离器之间U型段最低点开孔，增加一条专用于排放聚集凝结水的定期排放管线[8]。定期排放1次，及时排放出聚集在重沸器管程底部的凝结水，保证蒸汽流量，改造流程图如图3所示。

5结语

管壳式换热器换热效果除了与内部换热面积、换热系数有关，还与内部流体介质的流量、进出口压差有关。因此，为了获得良好的换热效果，需要确保管壳程介质流动稳定。再生塔底重沸器换热效果差归根结底是蒸汽流程中的凝结水无法及时排除，造成内部液相聚集，因此我们在现场安装重沸器时，务必确保重沸器与出口凝结水分离器保持一定高度，确保凝结水可以顺利依靠重力自流至凝结水分离器，从而使换热器获得良好的换热效果。

参考文献

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