提高仪表空气质量的研究与探讨

刘志刚，胡党朋，施俊峰,钟家旺

(中海石油化学股份有限公司， 海南东方 572600)

1 概述

中海石油化学股份有限公司富岛二期装置设计年产45万t合成氨、80万t尿素。富岛二期装置所用仪表空气来自工艺空气压缩机四段入口。从工艺空气压缩机四段入口引出的空气经干燥A塔(2001LLDA)或干燥B塔(2001LLDB)干燥后变为仪表空气送至各用户，仪表空气干燥器为双塔无热、吸附、再生双系列系统，当一个干燥塔干燥时，另一个干燥塔利用部分干燥气体进行再生，2个塔5 min切换1次，操作共分3步：干燥5 min，再生270 s，充压30 s。仪表空气干燥流程见图1。

图1 仪表空气干燥流程图

2 仪表空气质量差的原因分析

富岛二期装置仪表空气干燥器型号为PSD-4000W-5082A，设计出口体积流量为2 400 m3/h，仪表空气露点由仪表空气露点分析仪(MI2221)显示，仪表空气露点正常波动范围为-38～-42 ℃[1]。仪表空气露点自2017年7月开始出现缓慢上涨，到2018年2月中旬露点已涨至-17 ℃(仪表空气露点上涨趋势见图2)，并在仪表空气管网中发现了冷凝水。紧急联系仪表人员对现场重要阀门的减压阀进行排水检查，发现减压阀不同程度带水，部分气动调节阀的调节性能下降，严重影响装置的安全稳定运行，因此笔者对仪表空气质量差的原因进行分析。

图2 仪表空气露点上涨趋势图

2.1 仪表空气用户量增加

仪表空气用户量增加是仪表空气质量下降的原因之一。原始设计时，仪表空气干燥器所能提供的仪表空气只能满足富岛二期合成装置、尿素装置、公用工程装置和成品装置的使用，随着近几年的发展，甲醇一期装置、甲醇二期装置、干冰装置和甲醛装置相继建成，这些装置都从富岛二期装置中引用不同量的仪表空气。由于缺乏在线流量监控，初步估算仪表空气总体积流量已达到2 800 m3/h，远超仪表空气干燥器的设计最大处理体积流量(2 400 m3/h)。仪表空气用户量增加导致仪表空气干燥器长期超负荷运行，仪表空气干燥剂极易被穿透，造成仪表空气露点升高[2]。

2.2 仪表空气干燥剂再生气量不够

经工艺人员、装备人员和仪表人员三方共同研究分析发现，仪表空气干燥剂再生气量不够也是仪表空气质量下降的原因之一。造成仪表空气干燥剂再生气量不够的原因有：(1) 充压阀(XV2223)开关不到位及反吹放空阀(XV2222)不动作导致仪表空气再生气体积流量远远达不到设计值(460 m3/h)，仪表空气干燥剂再生气量不够；(2) 随着仪表空气用户量的增加，仪表空气出口流量远超设计值，导致仪表空气干燥剂所携带的水分更多，原设计的仪表空气干燥器再生气体积流量(460 m3/h)已远不能满足目前再生的需求[3]。

2.3 仪表空气干燥剂失去吸附活性

仪表空气干燥剂失去吸附活性是仪表空气质量下降的另一个因素。2018年2月3日联系分析人员对仪表空气干燥器进口空气和出口空气在固定时间和固定取样点进行取样分析，共分析4次，分析频率为2 h 1次，结果见表1。从表1可以看出：仪表空气干燥器进口露点温度和出口露点温度均一致，出口露点并未出现非常明显的下降，证明仪表空气干燥剂已失去吸附活性。

表1 2018年2月3日仪表空气干燥器进出口露点分析数据

3 第一次整改

为了彻底消除影响仪表空气质量的隐患，保证各装置的安全运行，必须完全隔离仪表空气干燥器后再对其进行检修，检修期间仪表空气干燥器将不能提供仪表空气给富岛二期装置。为了保证富岛二期装置的稳定运行，经与生产管理中心沟通，启动甲醇一期装置和甲醇二期装置的仪表空气压缩机，由富岛一期装置、甲醇一期装置和甲醇二期装置同时向富岛二期装置供气，这样便可保证富岛二期装置的稳定运行。仪表空气干燥器完全切除后，再更换仪表空气干燥剂、修复充压阀及反吹放空阀故障，以及增加仪表空气干燥剂再生气量。

3.1 更换仪表空气干燥剂

为了彻底解决仪表空气干燥剂失去吸附活性的问题，仪表空气干燥器切除后，联系机修人员对仪表空气干燥器2个干燥塔内的干燥剂进行彻底更换。

3.2 修复充压阀及反吹放空阀故障

在仪表空气干燥器检修期间，联系仪表人员对充压阀及反吹放空阀进行解体检修，由仪表人员及工艺人员共同制定检修后的仪表空气干燥器模拟及试验方案。检修完毕后，仪表人员和工艺人员按照仪表空气干燥器模拟及试验方案对仪表空气干燥器程序中每一步进行全面检查，重点检查充压阀及反吹放空阀的动作情况，确保每步动作均准确无误。

3.3 增加仪表空气干燥剂再生气量

仪表空气干燥器出口仪表空气总体积流量约为2 800 m3/h，超出设计流量16%，因此只要再生气流量在原设计的基础上再增加16%就可满足再生的要求。结合仪表空气干燥器工艺流程图、现场实际流程及现有手段，采取以下措施：

(1) 将干燥A塔出口压力表(PI2221A)和干燥B塔出口压力表(PI2221B)拆除，在压力表的根部管线分别加装接头，并用胶皮管将2个接头直接相连(见图1)，这样便可额外增加再生气流量。

(2) 拆除反吹放空阀出口过滤网、限流孔板及50%消音棉，提高再生过程的压降。经估算，再生气体积流量提高至540 m3/h，超出设计值约17.3%。

采取以上措施后，仪表空气干燥器再生气体积流量可恢复至460 m3/h，通过提高再生过程的压降进一步加快了再生速率；仪表空气干燥器出口露点温度降至-80 ℃左右，仪表空气质量远比整改前高得多。但是，该改造也存在一定的局限性，即再生气量不能继续增加，如果仪表空气继续增加新用户，仪表空气的用量会继续增大，仪表空气质量又会下降。

4 第二次整改

随着中海石油化学股份有限公司的不断发展，富岛二期小颗粒尿素装置于2021年9月投产，其所需要的仪表空气体积流量为200 m3/h，仅靠现有的仪表空气干燥器无法满足需求。因此，为了解决仪表空气的问题，在2021年2月检修期间再增设1套新的仪表空气干燥器。新仪表空气干燥器与旧仪表空气干燥器并联使用(见图3)，2套仪表空气干燥器可同时提供5 480 m3/h(按设计值计算)仪表空气，可满足仪表空气用户的需求，仪表空气的质量也得到了保证。新仪表空气干燥器型号为HAR-60/10，运行方式为全自动可编程逻辑控制器(PLC)控制、连续运行，再生方式为变压吸附。新仪表空气干燥器的基本参数见表2。

图3 新、旧仪表空气干燥器现场图

表2 新仪表空气干燥器基本参数

5 效果分析

5.1 解决了旧仪表空气干燥器超负荷运行的问题

通过更换仪表空气干燥剂、修复充压阀及反吹放空阀故障、增加再生气流量等措施，彻底解决旧仪表空气干燥器超负荷运行问题。随着新仪表空气干燥器的正式投用，新、旧仪表空气干燥器并联使用，2套仪表空气干燥器可同时向仪表空气管网提供3 000 m3/h(实际值)的仪表空气，即新、旧仪表空气干燥器各承担1 500 m3/h的仪表空气。初步估算旧仪表空气干燥器负荷仅达到设计负荷的62.5%，新仪表空气干燥器负荷仅达到设计负荷的48.7%，彻底解决了旧仪表空气干燥器超负荷运行的问题[4]。

5.2 仪表空气质量得到提高

富岛二期小颗粒尿素装置投产后，通过查找集散控制系统(DCS)上的历史趋势记录，统计了2021年10月—12月的仪表空气露点数据(见图4)。从图4可以看出：仪表空气露点温度稳定在-97～-100 ℃，与2017年7月之前仪表空气露点正常波动范围(-38～-42 ℃)相比，仪表空气质量明显得到提高。

图4 2021年10月—12月仪表空气露点趋势图

6 结语

仪表空气质量差导致仪表空气管网带水，严重威胁了装置的安全稳定运行。通过更换仪表空气干燥剂、修复阀门故障、增加再生气流量，将仪表空气露点降至-97～-100 ℃，仪表空气质量明显得到提高，达到了预期效果。