刘坤，魏亚兰
（陕西长青能源化工有限公司，陕西 宝鸡721405）
［摘 要］针对某600 kt/a卡萨利四塔甲醇精馏系统近几年来运行过程中常压塔空冷器多处列管出现甲醇泄漏的问题，从工艺流程、设备结构型式及系统运行等方面进行综合分析，认为常压塔空冷器因甲醇蒸气冷凝为液态甲醇而使出口侧列管内空间呈负压及气液冲击列管内壁产生冲蚀，是列管泄漏的根本原因，而常压塔空冷器调控方式与出口管路布置存在的设计缺陷进一步加剧了列管泄漏。2023年8月—2025年8月，陆续采取了一系列优化改进措施：调整常压塔空冷器工频电机与变频电机的布置位置，新增常压塔空冷器调控模式切换功能，常压塔回流槽增设1条氮气管线通入少量氮气；在保留原风机的基础上将常压塔空冷器列管由单程6排改为两程“6+1”排布置，减少最下层列管数量并去掉外部翅片，并减小列管内径、增大壁厚。优化改进后，有效地解决了常压塔空冷器列管泄漏问题。
［关键词］甲醇精馏系统；常压塔空冷器；列管泄漏；原因分析；运行调控优化；常压塔单元工艺优化；空冷器结构优化
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）03-0041-04
0 引 言
化工装置涉及到机电仪等专业技术知识，设备运行过程中出现的各种异常状况常常需要结合工艺、设备、电仪控制等专业进行全面分析，查出症结所在，制定并实施切实有效的优化改进措施，且需对其改进效果进行跟踪，不断优化改进，保证装置的安全、稳定、优质、长周期运行，而设备泄漏往往是关键影响因素之一。
某600 kt/a煤基甲醇装置采用GE水煤浆加压气化、耐硫宽温部分变换、林德低温甲醇洗、卡萨利中压甲醇合成、卡萨利四塔（预塔、加压塔、常压塔、甲醇回收塔）精馏工艺等，于2013年5月投产，总体运行情况较好。近几年来，生产过程中甲醇精馏系统常压塔空冷器多处列管出现甲醇泄漏问题，为此，从工艺流程、设备结构型式、系统运行等方面对空冷器泄漏的原因进行分析，结合甲醇精馏工艺特点，从电仪调控、工艺路线、设备结构等方面实施多项优化改进措施，解决了常压塔空冷器列管泄漏问题。以下对有关情况作一介绍。
1 常压塔空冷器列管泄漏问题
该甲醇精馏系统运行过程中，多次发现常压塔空冷器不同部位的列管出现泄漏，主要特征如下：① 列管泄漏位置普遍靠近排液口；② 生产期间位于排液口附近的列管内普遍都有“噼里啪啦”的异响；③ 出现泄漏的主要是下部的3排列管；④ 消漏过程中，泄漏处的管道未见明显破损，只是有甲醇或多或少地从管壁上渗出；⑤ 甲醇精馏系统停车检修期间，先后多次对常压塔空冷器列管进行充水试压，只发现少数几根列管有明显泄漏现象，对泄漏列管两端进行了封堵，但系统重启后又有部分列管出现不同程度泄漏，难以有效根治。
2 原因分析
甲醇精馏系统常压塔空冷器运行期间，泄漏的列管内均出现“噼里啪啦”的异响，其泄漏很大程度上可能与列管内异响有关，如果能消除或减少列管内的异响，就能解决空冷器的泄漏问题。具体分析如下。
2.1 工艺流程方面
预（精馏）塔内主要脱除原料粗甲醇中醚、酮、胺及羰基化合物等沸点较低的杂质，排出溶解在粗甲醇中的不凝气，同时会向预塔内加入一定浓度的氢氧化钠溶液，中和其中的酸性杂质，确保预塔处理后的甲醇溶液为碱性环境，防止设备腐蚀。预精馏后的甲醇溶液先后进入加压塔和常压塔，分离提纯后分别在加压塔塔顶和常压塔塔顶得到纯度较高的精甲醇蒸气，分别经其塔顶冷凝器冷凝为液态甲醇后进入回流槽，回流槽的甲醇经回流泵升压后部分作为回流液返回精馏塔内，部分作为产品送至精甲醇贮槽外售。常压塔塔釜的含醇废水进入甲醇回收塔，进一步回收其中的甲醇后送至GE水煤浆气化系统制浆单元回收利用。
常压塔设计采用空冷器作为塔顶冷凝器，将甲醇蒸气冷凝为液态甲醇。由于甲醇精馏是一种物理分离过程，被分离的物质在常压塔内不会发生化学反应，且进入常压塔的甲醇溶液和常压塔空冷器出口甲醇分析化验结果均显示为碱性，故可以排除酸性物质对常压塔空冷器列管腐蚀导致其泄漏的可能性。
2.2 设备结构型式方面
常压塔空冷器设计为风机引风式，利用空气冷却甲醇蒸气；其列管设计为单程，采用6排列管自上而下布置，列管外部包裹铝制翅片，以确保空气均匀分布并延长空气与列管的接触时间，提升换热效率。甲醇蒸气自一端进入列管，冷凝为液态后从列管的另一端流出，液态甲醇汇合后进入空冷器下部的回流槽；风机位于列管上部，运行时抽引冷空气自下而上与列管内的甲醇蒸气换热。常压塔空冷器共有20台，每2台串联为1组，10组空冷器并联安装；每组空冷器进口风机采用变频电机驱动，出口风机采用工频电机驱动。
据常压塔空冷器的结构型式（如图1），其下部3排列管的温度普遍低于上部3排列管的温度，而空冷器出口侧风机因采用工频电机驱动可能导致出口甲醇温度偏低，产生异响的列管普遍集中在温度较低的区域，换言之，常压塔空冷器局部列管出现异响可能与甲醇蒸气/液态甲醇过度冷却有关。当上层第1排和最下层2排列管出现漏点时，可以采用包扎的方法进行消漏；如果自下而上第3～5排列管出现泄漏时，由于列管排列密集，即使清理掉列管外部包裹的翅片也无法触及，这就造成常压塔空冷器部分中部列管泄漏后无法排查处理。
2.3 系统运行方面
该甲醇精馏系统中预塔和常压塔塔顶冷凝器均采用的是空冷器，其设备型式、现场布置与电机类型完全一致，而且正常生产期间预塔与常压塔塔顶工作压力均接近常压，不同的是常压塔空冷器冷却的是甲醇蒸气，而预塔空冷器冷却的是含有一定量水和不凝气的粗甲醇蒸气，但系统运行期间预塔空冷器列管内没有任何异响，个别列管因腐蚀有几处漏点。经对比分析，可得出如下结论。
1）常压塔空冷器出口侧列管内的大部分甲醇蒸气会冷凝为液态，其体积的大幅缩减会使空冷器出口侧列管内的气相空间形成负压环境，且因下部3排列管冷凝效果最好，故其较上层列管内的压力更低；据现场设备布局可知，空冷器设置在上层框架，回流槽在其下部，冷凝后的甲醇液体在重力作用下加速流进回流槽，如此会进一步加剧空冷器出口侧列管的负压程度。而甲醇属于易挥发的液体，位于下层列管内的甲醇会因减压出现部分闪蒸，同时在冷空气作用下闪蒸的甲醇蒸气又再次冷凝为液态，如此反复，使得常压塔空冷器出口侧列管内不断产生气液冲击，发出异响，对列管内壁产生冲蚀，最终造成泄漏。而预塔空冷器出口侧列管的气相空间充满的是不凝气，会充满列管内部气相空间，缓解因甲醇蒸气冷凝产生的压力降，同时冷凝后的甲醇中含有一定量的水，由于甲醇极易溶于水，可以有效地避免甲醇闪蒸，便出现了与常压塔空冷器截然不同的运行状况。
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