王创创
河南京宝新奥新能源有限公司 河南省平顶山市 467400
摘要：最近几年，随着国家能源战略的改变，液化天然气在能源当中的占比越来越大，生产LNG的工厂如雨后春笋般迅速的占领着市场，并为企业带来了可观的经济效益。但是新型行业在生产过程中也带来了很多的问题，本文主要是针对焦炉煤气制液化天然气过程中冷箱的堵塞与泄漏问题进行分析研究，并讨论预防方法。
关键词：液化天然气、堵塞、冷箱、泄露
我国天然气资源相对短缺，利用焦炉煤气甲烷化合成天然气工艺不仅能带动焦化和能源产业的进步，还能解决焦炉煤气排放造成的环境污染和资源浪费问题。并带来了可观的经济效益。但是新型的行业，在设计时难免会存在一些缺失，造成在生产过程中存在问题，这些问题严重的会影响企业的正常运行，带来很大的经济损失。本文主要是针对焦炉煤气制液化天然气过程中冷箱的堵塞、泄露问题进行分析研究，希望为同行业在运营管理过程中起到一定的借鉴。
一、天然气液化的方法
天然气的主要成分是甲烷，甲烷的常压沸点是 -161 ℃ ，临界温度为 -84 ℃ ，临界压力为 4.1MPa 。 LNG 是液化天然气的简称， 焦炉煤气制液化天然气在液化工段主要成分是甲烷，同时含有部分的氮气和氢气，这部分的氮气和氢气需要经过精馏塔后分离出去，天然气的液化所需要的冷源主要是制冷剂提供的。在天然气的液化过程中，我们现在采用的大部分制冷方法都是复叠式制冷循环，混合制冷剂制冷。
自行复叠制冷循环是20世纪60年代末期由复叠循环演化而成的，它采用一种多组分混合物作为制冷剂，代替复叠循环中的多种纯组分制冷剂，即混合制冷剂（Mixed-RefrigerantCycle，MRC）制冷循环。在这种循环中，混合制冷剂（MRC）是以C1至C5的碳氢化合物和氮气等五种以上的组分组成的混合物质，其组成根据被液化的原料气的组成和压力而定。在工作时多组分混合物中的重组分先冷凝，轻组分后冷凝，它们依次冷凝、节流、蒸发，得到不同温度级的冷量，使液化气（如天然气）中对应的组分冷凝并最终全部液化。MRC既达到类似级联式液化流程的目的，又克服了其系统复杂的缺点。
二、冷箱堵塞
2.1冷箱堵塞表现
甲烷的液化需要很低的温度，在常压下就需要在-161℃才能够液化，同时冷箱内部的液化其实就是一个换热过程，换热器属于板翅式换热器，我们知道板翅式换热器内部的流道是很狭窄的，任何一个稍大点的物质进入都会堵塞流道，同时内部这么低的温度，凝固点稍高点的物质进入都会立即凝固造成流道堵塞，流道堵塞会严重影响生产，甚至造成停产。冷箱堵塞主要表现在以下几点：
1、冷箱内部流道进出口的压差增大
由于流道堵塞，气体在换热器内部流通不畅，如果发生在原料气系统，则会出现原料气进出冷箱之间的局部压差增大，进入冷箱内部的合成气体减少；如果发生在循环氮气系统，严重则出现氮压机出口超压，入口压力过低，同时冷箱内部高低压塔顶部温度高，回流效果差；如果发生在制冷剂系统，则进入冷箱内部的制冷剂减少，产生的冷量也会减少。
2、冷箱内部温度分布异常
冷箱堵塞不仅会出现压差增大，同时也会出现温度分布异常，这里的异常有两方面，一是由于流道堵塞，造成进入冷箱内部的各成分量减少，如果是原料气流道堵塞则会出现进入冷箱的原料气负荷减少，系统加不上量，这样冷箱内部制冷剂如果不及时的调整，会造成过冷量太大，严重时会造成冷箱内部制冷剂冻堵（可查制冷剂凝固温度）。如果是制冷剂管道堵塞，则进入冷箱的制冷剂量减少，同样制冷量减少，会出现制冷剂侧温度较高，时间长原料气侧温度也会逐渐升高，产生的LNG量也会夹带太多的氮气，纯度减少，温度的升高，也会造成压力的升高，尤其是制冷剂侧会出现超压现象。如果堵塞在循环氮气管道，和其它的一样，进入的氮气量少，这样在高低压塔顶部作为冷源的量就少，随着生产的进行，高低压塔顶部液位会逐渐减少，同时回流量也会减少，精馏塔分离出来的气体中夹带的甲烷含量也会越来越多，顶部的温度也是逐渐的升高。
2.2造成冷箱堵塞的原因
1、固体杂质
固体杂质进入冷箱内部会造成冷箱的堵塞。冷箱内部的板翅式换热器流道是很狭窄的，大约在1mm—4.2mm之间，所以进入冷箱内部的气体中不能有固体杂质，如机械杂质、分子筛、铁锈、珠光砂等。
2、水、氨、二氧化碳、油等
由以上的表格我们可以看到，水、氨、二氧化碳进入冷箱后都会结冰，造成流道堵塞；而油的粘度较大，附着在管道的内壁不容易流动，油并没有明确的凝固温度，所谓"凝固"只是作为整体来看失去了流动性，并不是所有的组分都变成了固体，当油进入冷箱时，由于流动性太差，也会造成流道的堵塞；
2.3预防方法
我们知道了冷箱堵塞的原因，针对原因，我们有以下几个办法预防堵塞。
1、所有进入冷箱内部的管道都要进行吹扫，吹扫的标准要到达目视气体洁净，无异物，同时出口用的靶板五分钟内无铁锈，尘土，水分以及其他脏物和麻点。
2、所有进入冷箱的管道要加装过滤器，滤网要在30目以上，当然我们也要考虑过滤器阻力的问题。
3、进入冷箱的气体要严格的脱水，脱二氧化碳，脱氨。水的露点要在-65℃以下，氨的含量要在1ppm以下，二氧化碳含量要求50ppm以下。脱水，脱氨和脱二氧化碳可以采用3A和13X分子筛，这两种分子筛可以有效的脱除以上几种物质。
三、冷箱泄露
3.1 冷箱泄露的现象
冷箱泄漏分为外漏和内漏，外漏主要是冷箱内部的低温气体或液体进入冷箱夹层，由于泄露的物质为低温，这时我们就会发现自冷箱的箱体外面会出现结霜或结冰的现象，严重时在冷箱内部会大量集聚低温液体，同时我们可以看到夹层气体压力会升高，分析夹层气体我们也可以看到气体成分异常（如果泄露的是循环氮气分析是看不出异常的）；
如果是内漏我们在外面是看不出来的，但是我们可以从温度和气体分析上看到，当出现内漏时，高压气体进入低压系统，冷箱的整个温度分布将会异常，循环氮气中可能出现制冷剂，也可能出现原料气，而制冷剂成分也可能出现异常，无论哪一种内漏，最终都会使冷箱内部的温度分布出现异常。
当然泄露时我们对制冷剂或者循环氮气的补充也会增大。如果是原料气我们会看到进出冷箱的物料是不守恒的。
3.2原因以及预防方法
1、泄露的原因
冷箱的泄露一是由于流道内部进入固体杂质，由于流速快，在流道内部流动时把流道划破造成泄露。我们知道板翅式换热器的材质是铝合金（3003，5083），这种材质很容易被切割。另一方面泄露主要是焊缝出现问题，板翅式换热器通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心，配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。当在钎焊的过程中如果焊接质量不过关也会造成焊口开裂；最后泄露也可能是管道材质不过关，这样在使用过程中没有达到使用年限就会出现泄漏。
2、预防方法
针对泄露的原因，如果是杂质进入造成的，我们只有像前面说的一样进冷箱前把杂质过滤干净，但是如果是材质和焊接问题，我们只有在购进时严把质量关，做好验收的每一个环节，这样才能避免我们在今后使用过程中造成的不必要的损失。
四、结语
冷箱在使用的过程中可能会遇到各种各样的问题，我们在操作使用时一定要严格按照冷箱的设计要求去操作，首先严禁超压，超负荷，以上我们分析的冷箱问题中没有说明这一点就是因为在所有的工厂中超指标都是被禁止的。冷箱在遇到堵塞或泄露时我们也只有停产进行处理，停车时间的长短与冷箱问题的严重程度是有很大关系的，但是无论时间长短，停产就意味着我们的效益将会受到损害，因此我们在日常操作时一定要认真，严格的要求自己，保证冷箱的使用正常，为企业的安全稳定运行提供保障。
参考文献:
[1]《低温原理与制冷技术》
论文作者:王创创
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/30
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