低温甲醇洗废水换热器运行问题分析及处理措施

1、运行存在的问题

化工分公司 360 万 Δt/a 煤制甲醇装置低温甲醇洗单元采用德国林德公司的技术。上游气化装置生产的粗煤气经过变换单元反应后，通过气液分离器分离出部分固体颗粒物质，但仍有颗粒杂质随工艺气进入低温甲醇洗单元循环甲醇中，只能通过系统设置的精甲醇过滤器或者废水排出。低温甲醇洗流程原设计有 2 组精过滤器，冷区是粗甲醇过滤器和热区是精甲醇过滤器，由于过滤精度等原因，只能过滤少量杂质，大部分杂质需通过废水排出，即导致甲醇水分离塔中长期积累杂质，进而出现外排废水换热器换热效率下降，频繁堵塞泄漏，影响甲醇水分离塔的稳定运行。

原设计中，该废水换热器为板式换热器，换热面积为 34.5m2 ，由 117 片换热翅片组成，采用三元乙丙橡胶密封垫片。由于流道结构原因，大量的大颗粒杂质因流速慢而在板式换热器内部积累[1]，长时间运行后出现结垢堵塞现象，换热效率下降，且局部憋压后出现密封处外漏问题，即需拆除换热翅片进行清洗。经统计，该单元废水换热器满负荷下最长运行时间为 45 天，检修费时、费 工，且时拆洗胶垫损坏、板片变形，均需更换，导致检维修成本较高。

2、原因分析

该废水换热器 E20 的流程简图如下图；其热侧介质为 130^∘C 的外排废水，冷侧介质为 20℃的尾气洗涤水。

通过对装置开车后，该废水换热器冷热介质的运行参数、介质组分、换热器密封垫材质等进行分析，得出导致其运行周期短的原因主要有：外排废水中颗粒物杂质多，外排废水 pH 值偏低，冷侧物料换热后易有气体析出、换热器投用过程中操作不当。

2.1 外排废水中颗粒物杂质多

通过定期清洗该废水换热器前端的管道过滤器，观察过滤器堵塞情况，发现过滤器较脏，堆积煤渣等颗粒；拆解废水换热器后，发现换热器翅片结垢严重，且翅片表面附着有焦油状物质；对管线进行检查，发现管线内杂质较多。因此，外排废水中杂质多导致该换热器换热效率下降，结垢后介质流道变窄，换热器内部憋压导致垫片处泄漏。

2.2 外排废水 pH 值偏低

因煤质中含有 CN-离子，上游装置反应出的工艺气，经过低温甲醇洗冷区洗涤、热区浓缩后，富集在甲醇水分离塔中，导致该塔中废水呈弱酸性，导致一些物质在酸性环境下发生聚合反应生成聚合物[2]。原设计中，甲醇水分离设置有加 NaOH 调节 pH流程；因此，通过改变 NaOH 加药泵冲程，控制外排废水 pH 值，记录不同 pH 值下废水换热器的热测进出口压差和换热温差，来判断换热器运行效率。

经过调整比对，发现在 pH 值小于 8 时，该换热器压差上涨明显，换热器翅片结垢严重，换热效率下降；在 pH 值大于 9 时，换热器压差低，换热器结垢情况好转，换热效率好。

2.3 冷侧物料换热后易有气体析出，发生气阻

该换热器的冷侧物料为洗涤尾气后的含醇水，通过泵加压送至废水换热器作为冷侧物料对外排废水进行换热降温。在现场操作中，打开冷侧排气阀后，先是气排出，然后有水排出，排完气后中控操作台观察发现冷物料出口温度约上涨约 5℃，热物料出口温度下降约 6℃，说明换热效率明显好转。

经分析，因洗涤尾气的含醇水中的甲醇溶解了少量的 CO2 气体，在换热器加热过程中溶解于甲醇中的气体析出，换热器发生气阻，影响换热器的换热效果，长时间导致局部憋压泄漏。

3、处理措施

3.1 提高该换热器前段过滤器的效果

通过将废水换热器前的管道过滤器目数，依次从 20 目、60 目、80 目、140 目到200 目，观察不同目数下，换热器的进出口压差上升速率。最终确定废水换热器前过滤器目数为 200 目最合适。经过运行观察，进入废水换热器在 200 目时，可将大部分杂质过滤出，无明显可见悬浮物，从而减少废水换热器结垢情况，换热效率提高。

同时，实施技改，在废水换热器前增加精密过滤器（过滤精度 50um）后，定期清洗滤芯，去除外排废水中的杂质颗粒，使进入换热器前物料更加清洁，换热器结垢堵塞情况得到进一步改善。

3.2 提高外排废水 pH 值

在确定外排废水 pH 较低后，装置将 NaOH 溶液配药浓度由之前的 2% 提高为 8% ，并且将 NaOH 加药泵冲程由 50% 逐步提高至 80% ，控制外排废水 pH 值在 9-11.5。通过 15 天的运行观察，外排废水 pH 值控制在 9-11.5，废水换热器进出口压差平稳，说明换热器结垢现象减轻，换热效率好。

原设计中，一台 NaOH 加药泵对应 4 个系列的甲醇水分离塔，管线距离长，阻力降大，存在偏流问题；通过实施技改，增加加药泵，实现单泵对单系列加药，保证加药量，稳定介质流动性，进而保证废水换热器的稳定运行。

3.3 及时排出换热器中不凝气体

因不凝气体是由冷侧物料含醇水中析出，故将换热器冷侧排气阀与冷物料出口管线调节阀后导淋连接，在密闭排放同时实现冷侧排气阀常开，确保冷物料中析出的 CO2气体能够及时排出，不发生气阻。

3.4 优化换热器操作步骤

优化板式换热器的操作。设备运行前，确保冷、热侧介质进口阀关闭，出口阀开启；启动后，缓慢打开换热器前入口阀，使两侧的温度和压力缓慢上升；且先投运冷介质，再投运热介质。更换密封胶垫后，初次投运确保升温缓慢。设备停运时，先关闭热介质进口阀，再关闭冷介质进口阀，最后关闭冷、热介质出口阀。

同时，根据换热器进出口压差情况，定期使用冷侧介质水，通过换热器的跨线，对热侧介质的流道进行反冲洗[3]，及时清除杂质，延长运行周期。

4、改造效果

4.1 运行情况对比

通过实施以上措施，低温甲醇洗装置中的外排废水换热器连续运行时间由原来的45 天延长至6 个月，基本满足了长周期运行的要求，降低了检维修频次，解决了装置运行瓶颈。

4.2 效益分析

实施以上措施后，极大降低了废水换热器检修次数，延长了废水换热器的使用时间，按年运行 333 天计，实施措施前废水换热器年拆洗 7.4 次，措施实施后废水换热器年拆洗只需 2 次。每次检修人工费、材料费约合 3.2 万元,以上每年产生的直接经济效益共计为 5.4^*3.2=17.28 万元。

5、结束语

林德公司的低温甲醇洗工艺虽然技术成熟，但对工艺条件的要求相对苛刻，工艺指标不达标后对下游装置的运行造成很大影响。本文通过对甲醇水分离塔外排废水的板式换热器相关工艺参数、操作等改造，解决了设备运行瓶颈问题，保证了甲醇水分离塔的稳定运行。下一步，将继续结合其它换热器选型进行探究，如全焊接式换热器在此处工况的应用，提高设备运行效率，保证工艺参数稳定，实现节能降耗、降本减费的目的。

参考文献：

[1]孙海生，常春梅，宽流道全焊接板式换热器开发与应用[A].化工设备与管道，2016，53（6）：40-42.

[3]王希奋，崔富忠，牛宝玉，林庆园，煤制天然气装置低温甲醇洗废水中甲醇超标的原因分析及应对措施[B].中氮肥，2018（4）：64-67.

[3]张君，刘画，延长甲醇脱水塔运行周期的措施[B].小氮肥，2017，45（3）：14-15.

作者简介：杨仲凯（198909-），男，汉，山西运城，本科，学士，工程师，煤化工工艺技术管理。