精馏塔故障诊断及处理

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1、精馏塔故障诊断及处理,孙希瑾,装置中精馏系统塔设备的投资巨大，约占化工、石化项目设备总投资的30%40%，其性能直接关系到生产装置的投资、产能、质量、能耗及成本，出现故障将直接影响装置安全稳定运行。 故障处理的任务在于尽快搞清楚塔出现故障的原因，并采取有效的治理措施，使塔恢复正常操作或达到设计指标。 介绍精馏塔故障的起因、诊断步骤、常见故障原因分析、放射性技术在精馏塔故障诊断中的应用，并列举实例说明故障诊断步骤及处理措施。,概述,塔的故障通常有以下几种：塔没有达到预期的分离效率； 塔没有达到预期的气体或液体处理能力； 塔的压力降过高或过低； 塔的操作不稳定； 塔出现意想不到的腐蚀或材料问题。塔

2、故障的诊断仅靠一般分析是不能解决问题的，通常需要采用多领域的集成技术进行分析，例如：热力学基本定律；过程设计中的物料平衡和能量平衡的概念；计算机模拟的专门技术；仪表和控制的使用以及对现有仪表的了解；相关的设备知识等等。,影响塔器性能的因素,处理能力 分离效率 压力降 操作稳定性,工艺流程 物料平衡 热量平衡 工艺要求,系统 辅助设备 管路配置 控制手段,塔内件设计 选型 塔径 结构设计 汽液分布,操作,安装,塔故障诊断的首要任务是确定故障的起因,引起精馏塔故障的原因各种各样，是工艺问题还是相关的设备问题，这是两个大的判断方向。精馏塔发生故障的原因精馏塔的故障诊断和处理常常是十分紧迫的任务。人们

3、总是希望花最小的代价能尽快地解决问题，因此采用正确的思想方法和科学步骤是十分重要的。,一. 塔故障起因,陈述问题和目标 问题的评估 收集现场数据及原始设计文件 资料的排查与分析 合理科学的诊断及处理 实施结果的监测记录,二. 故障诊断步骤,陈述问题和目标这似乎是一项简单的任务，但通常因为人们对实际问题的认识不同，陈述问题的角度和深度也会不同。例如：某塔处于不合适的高流率下操作，因雾沫夹带引起的分离效率低下，如果操作者或装置工程师用提高回流比来弥补效率不足，则会导致液泛。因此故障报告可能陈述的是水力学上限问题，而实际上却是雾沫夹带引起的效率问题。纠正的目标不应是解决水力学能力问题，而是要解决雾沫

4、夹带问题。 因此，要仔细听取现场操作人员，装置工艺、设备、仪表工程师，甚至维修人员和管理人员对异常症状的描述和判断意见，不要轻易否定，逐条罗列，通过进一步深入研究逐一排查。诊断工程师获取问题陈述或现场工程师向诊断工程师陈述问题实际上是一项细致的工作。,二. 故障诊断步骤,问题的评估主要是评估问题的严重性、危险性、经济损失情况。如果塔故障导致装置存在危险性，首先应采取应急措施排除危险。在问题存在的条件下，尽量采取一些临时性措施来维持生产，至少能为故障处理收集资料创造必要条件，取得尽可能完整可靠的资料，在有计划和准备的条件下停车，这样就可以缩短维修时间。,二. 故障诊断步骤,收集现场数据及原始设计

5、文件完整的资料应包括下述几方面： 装置的工艺管路仪表流程图、平面布置图（竣工版） 设计条件和设计说明书具体包括以下内容： 设计条件下的物料平衡和热量平衡表或工艺流程模拟结果； 工艺流程设计说明书； 相关辅助设备、仪表设计说明书； 塔内件水力学计算书； 塔内件结构设计说明。 有关设备、塔内件、相关管口方位施工图（竣工版） 历史正常操作和现在异常操作的现场工艺数据记录具体包括以下内容： 实际的物料和热量平衡数据； 实际塔压力降、温度、组成分布； 异常过渡状态和开车过程记录。 操作手册 塔及塔内件安装、检验、维修记录,二. 故障诊断步骤,资料的排查与分析 排查的步骤： 检查工艺设计并对比实际情况检查

6、包括以下几项： 设计条件与操作工况对比；热力学（VLE数据检查）；物性数据；理论板计算、最小回流比和再沸器汽化量；实际情况与设计工况下，有关塔与塔周边设备的热量和物料平衡 检查设备设计并对比实际工况检查包括以下几项： 能力估算；压力降估算；效率估算；各塔内件的水力学估算分布效果；内件结构布置；换热器；泵。 检查仪表和控制方案设计及运行检查包括以下几项： 原始控制方案；所有控制系统对某个改变产生正确的响应；进出塔的物流参数测量仪表读数的准确。 检查机械完整性 塔内件（塔盘、填料、分布器集液器等）是否有损坏,二. 故障诊断步骤,合理科学的诊断及处理 这是故障诊断过程的目标。做出的诊断通常不是单一的

7、，而是多元的，我们不仅对那些显而易见的原因进行诊断，对任何可能引发的原因诊断也绝不能轻易放过。解决方案通常也是多元的：紧急方案、临时方案及永久性的方案。 永久性方案只能在下次停车时实施，这种方案需要足够充分的准备时间，要按故障处理的目标分步骤实施，而且还要充分考虑到实施的方案可能引发的相关的或新的问题。 实施结果的监测记录追踪故障处理方案的实施结果是十分重要的。如果方案实施成功，方案中合理的理念能在新的设计规范和其他相关设计中得到应用，使业内装置取得更大效益。,二. 故障诊断步骤,分离效率低； 水力学能力不足； 塔操作不稳定； 辅助的设备有问题； 腐蚀故障。,三. 操作中常见故障原因分析,分离

8、效率低 分离效率达不到预计值，可能从以下几方面出现了问题来进行解释。 气液相平衡数据（VLE）偏差 理论板、最小回流比、再沸器汽化量计算偏差 物料平衡偏差 传质效率预测偏差 塔内件设计、安装问题检查板式塔上可能出现的液体分布不良检查液体分布器的设计和性能检查塔盘、集液器、分布器上的雾沫夹带检查塔盘、集液器、分布器上的泄漏和渗漏检查气体分布性能,三. 操作中常见故障原因分析,水力学能力不足 气液处理能力不足导致的液泛塔的设计总是针对一定的气量和液量。通常的做法是按照气体能力估算塔径，然后核算液体处理能力。 当塔的能力不足时，可能是下列一种或多种情况引起： 关联式使用不正确或偏差； 塔操作中产生了

9、没有预见到的起泡物质； 塔内件设计、制造、安装失误； 模拟计算结果不准确。 可以通过检查以下位置排查： 检查能力关联式适用的范围及准确度检查装置的实际热量和物料平衡数据是否和设计值有偏差检查物系起泡性能检查塔内件设计、制造、安装资料，查找气液流动收缩点检查塔盘和内件是否移位检查结垢堵塔的可能性,三. 操作中常见故障原因分析,过高的压力降 过高的压力降可以由下列问题引起： 气液流动有收缩/阻塞点； 预测模型偏差； 塔内件设计、制造、安装失误； 流动速率改变； 过高的雾沫夹带。 可以通过检查以下位置排查：检查塔盘、分布器、支撑板上的气液流动收缩点检查压降关联式的可靠性检查传质元件以外的其它塔内件的

10、压力降设计 检查装置仪表的准确性以及物料平衡数据是否和设计值有偏差,三. 操作中常见故障原因分析,塔操作不稳定塔的不稳定性包括不稳定的流量、温度、压力、组成或这些参数的组合。 可以检查下面一些问题：检查一般的控制问题检查压力控制问题检查烃系统中是否带水 检查系统起泡性 检查进料条件的稳定性注意再沸器的波动和稳定性，注意冷凝器放空和压力平衡是否合适,三. 操作中常见故障原因分析,辅助的设备有问题 典型的精馏塔系是除精馏塔外，还有塔顶冷凝器、塔釜再沸器、进/出料泵等设备。再沸器、冷凝器和塔外部的换热器出现以下问题可能造成塔故障：再沸器蒸汽释放空间不足再沸器残渣的堆积和结垢再沸器液位控制和分布再沸器

11、不适当的抑制汽化再沸器循环不足冷凝器结垢冷却剂侧结垢出现低冷却剂流动惰性气阻滞作用放空系统过载冷凝液液泛换热器泄漏,三. 操作中常见故障原因分析,用于塔故障诊断的放射技术有以下四种： 可以检测塔内温度分布的红外线扫描技术； 可以检测塔内密度分布的射线扫描技术； 可以检测塔内氢浓度（密度）分布的中子反向散射扫描技术； 可以检测塔内物料沿流动方向停留时间分布的示踪技术。故障诊断工程师最常用的是射线扫描技术。以塔内介质密度分布图的形式提供描结果。尽管射线扫描只是测量相对密度，读数还是要受到内部管道、人孔、接管、盲板法兰、加强筋和支撑圈等的影响。必须有一张非常准确的塔总装配图，才能准确解释这些扫描结果

12、。对故障状况下塔器扫描结果进行正确解释很重要，尤其是在没有正常工况下的基准扫描结果做对比时。对扫描结果准确的解释需要多方共同努力，包括现场操作人员、扫描仪供货商和塔内件专家。应用射线扫描技术进行塔的水力学定量研究，是该技术发展的重要方向。,四. 放射技术在故障处理中的应用,对某故障塔进行射线扫描,塔故障的正确结论,扫描图上各峰值与塔板位置一一对应，这说明塔内所有塔板均完好，没有塌落现象。射线扫描图显示塔板22至41的峰值明显不同于其他塔板，这就定性地告诉我们局部堵塞可能发生第二个人孔或第三个人孔处。,扫描商的图谱分析,塔顶液泛，第3层塔盘上方积1.5米左右； 第4层塔盘上存在严重雾沫夹带； 第

13、525层存在中等程度的雾沫夹带；,结 论,塔顶液泛，34层塔盘或降液管处可能存在局部堵塞； 上部分存在一定程度的雾沫夹带，塔中正常，塔中偏下存在轻度雾沫夹带，塔下部分正常 塔盘位置正常，无冲翻现象,实例一： 某乙烯装置中的碱洗塔改扩建后，在高负荷运行中，出现塔压差上升，弱碱段塔釜液位下降，弱碱浓度下降，塔顶水洗段pH值超标，塔釜温度下降，弱碱段黄油量增多且排出不畅，严重影响裂解气压缩机系统的稳定运行及整个装置的生产。这是典型的塔内出现了异常的乳化物或黄油造成的堵塔现象。,五. 故障处理实例,（一）预测起因 操作条件变化，进料温度或组成有变化； 辅助设备操作异常引起； 塔内件设计不足； 塔板效率

14、不足。 （二）收集资料列出的清单收集数据。 （三）故障诊断 诊断结果： 装置在长周期高负荷工况下运行，水力学负荷超载，塔能力不足； 碱洗塔进料冷却器结焦严重，使过多重烃进入塔内，引起堵塞； 碱洗塔再沸器中，再沸急冷水调节阀全开，釜温仍低，造成过多的黄油生成。,五. 故障处理实例,（四）故障处理措施 该装置不能停车。针对以上起因，先制定临时消除堵塞的以下几项措施，稳定生产。 （1）临时措施采用多种方法冲洗塔内堵塞处。 提高黄油抑制剂用量，减少黄油生成。 （2）进一步措施 在线增加一台进料冷却器，减少重烃带入塔内。 在线增加一台再沸器，提高塔釜温度，减少黄油生成。 在强碱循环泵入口带压接一4in液

15、位控制调节阀至弱碱循环泵出口，由强碱液位控制其开度，当塔堵塞严重时，强碱也无法流下，造成强碱段液位满，弱碱段液位空时，开此阀以补充碱液至弱碱段。 （3）目标措施装置大修期间，进行彻底治理的措施。具体措施是拆除原塔盘，更换高效塔盘及改造强碱、弱碱段黄油抽出口结构。装置大修投料开车后，碱洗塔各项指标达到并优于设计要求，同时提高了碱液利用率，大大减少了废碱排放量，减少环境污染，并已稳定运行三年。,五. 故障处理实例,装置大修投料开车后，碱洗塔各项指标达到并优于设计要求，同时提高了碱液利用率，大大减少了废碱排放量，减少环境污染，并已稳定运行五年。该例子的故障诊断及处理，让我们认识到塔故障的原因往往是多

16、方面的，而不是单一的，故障的分析必须和该塔的工艺特性以及整个单元的工艺流程结合起来考虑和处理。,五. 故障处理实例,实例二： ： 某新建乙烯装置，前脱丙烷工艺流程，在投产初期，分离单元如果保证产品乙烯、丙烯质量合格，高压脱丙烷塔、脱丁烷塔、脱戊烷塔均操作不稳定，高压脱丙烷塔釜碳三含量偏高，操作温度偏高，再沸器堵塞严重，脱戊烷塔的塔压降增高，有液泛征兆，质量达不到要求。这些问题严重影响了装置的稳定运行，产品收率也受影响。,五. 故障处理实例,（一）收集资料 首先要判断故障出在那个塔上，起因又是什么？列出的清单收集详细的资料 （二）故障诊断设计数据并与现场操作数据对比，逐项排查，寻找故障点。 对有

17、问题的三塔进行水力学核算水力学核算结果表明：按原设计数据核算三塔的水力学均没有问题，且脱丁烷塔、脱戊烷塔均有很大的余量；操作物料平衡数据和设计数据偏移较大，尤其是高压脱丙烷塔进料量偏移 沿流程向前查压缩机出口、分离罐、冷却器操作状况检查结果：压缩机出口压力比原设计低了0.1MPa，冷却器冷侧温度低于设计温度。 按现场操作条件进行工艺流程模拟计算主要模拟结果为：高压脱丙烷塔由于塔顶压力降低，顶温下降2；而这股料又去冷却前面分离罐出来的气相作为高压脱丙烷塔进料，导致高压脱丙烷塔进料量增加4吨/小时，且变为高含气率的两相流进料。 用操作物料平衡数据核算三塔水力学用操作物料平衡重新核算三个塔的水力学状况。核算结果表明：脱丁烷塔、脱戊烷塔均没问题，高压脱丙烷塔进料分布管及塔板不能满足水力学要求。,