中国石油化工股份有限公司九江分公司煤制氢运行部 江西 九江 332000
摘要：介绍了九江石化煤制氢装置在开工过程中针对吹扫气量少、管线长且弯头多、吹扫处理时间短的问题，提出新的吹扫方法。该方法不仅解决了吹扫气量少、处理时间短的问题，而且节省了开工费用100多万元。
关键字：吹扫；蓄压；爆破
1问题的提出
煤制氢装置在开工吹扫阶段能够利用的吹扫气源气量较少，只有2000Nm3/h的工厂风。利用“爆破吹扫”的方法对合成气管线吹扫过程中发现，经过多次吹扫后打靶检验不合格，管道内仍存在有大量的杂物。
煤制氢装置管径大、管线长、弯头多、管线连接法兰少的管道很多，此类管线的爆破吹扫效果差成为开工吹扫过程中亟须解决的问题。
2解决的思路
理论上吹扫气量越多，压力越大，爆破的瞬间气体的流速越大，管线内的杂物越容易被带出。利用管道连接中的压力容器设备来贮存压缩气体，然后快速开启阀门卸掉压缩气体，带出管线内的杂物。称之为“蓄压爆破吹扫”。此方法理论上可以解决煤制氢装置吹扫过程中存在的诸多难题。
3蓄压爆破吹扫法
蓄压吹扫法就是利用容器设备的容积，存储大量的压缩气体，当容器设备、管线压力达到设定压力时，快速打开管线末端的切断阀，使压缩气体以最大流速从管线内部喷出，并将其中的杂物排出的方法。在这个过程中，蓄压容积越大，吹扫效果越好。为保证吹扫的效果，尽可能的利用容器设备，容器设备通过流程进行串联或并联，以提高压缩气体的容积量。
3.1理论分析
根据热力学原理，理想气体由绝对压力为P时进行绝热膨胀至大气压力所作之功为：
（空气的绝热指数为1.4）
U=(PV/(K-1))*(1-(0.1013/P）（K-1）/K)*106
=2.5PV（1-（0.1013/P）0.2857）*106
式中：U-气体膨胀所做之功单位J
P-气体绝对压力（表压）单位MPa
V-气体容积单位m3
K-空气的绝热指数
合成气管线连接容器（变换气分离罐）体积为：40m3，合成气管线容积为：56m3，合成气管线冲压为0.45Mpa，瞬间降压至大气压力时释放的能量：
U=2.5*0.45*（40+56）*【1-（0.1013/0.45）0.2857】*106
=37465181J
如果该能量全部转化为动能，则可利用势能转化为动能的计算公式：EP=1/2*mv2，计算出气体瞬间的速度约为：362m/s
计算结果表明，在蓄压吹扫的一瞬间，气体的流速高达362m/s，远高于气体吹扫要求的20m/s的吹扫速度。上述计算表明蓄压吹扫法理论上是可行的。
通过分析计算公式，当气体的绝对压力P值越高，U值越大，则气体的瞬间速度越大；当气体的容积V值越大，则U值越大，气体的瞬间速度越高。
3.2实际应用
为检验该方法在实际中的吹扫效果，利用变换分离罐贮存压缩空气，吹扫合成气管线。具体方法：
如图1所示。
检测方法：通过使用铝片制作的光亮靶片进行打靶试验。
工艺流程简图如下：
图1气化至变换合成气管线简图
2015年4月21日，根据上述实施方式对该合成气管线进行了第一次蓄压吹扫，通过观察现场排放口，发现有大量的黄烟及杂物喷出；四次吹扫后，排放口无黄烟喷出，根据方案检测要求进行打靶试验，结果不合格，靶片虽光亮但还有部分撞击点；经过六次吹扫后，再次进行打靶试验，结果合格，靶片光亮无任何撞击点。
通过合成气管线吹扫实施结果表明，蓄压吹扫是一种适合大管径、长管线的吹扫方式。特别是针对管线弯径多，无法进行分段爆破吹扫的管线，该方法更具有操作性。
将此吹扫方法应用到后续的管线处理中，不仅保证了吹扫的效果，而且提前7天完成管线吹扫工作。
3.3吹扫的特点
（1）吹扫介质用量较小。由于是蓄压吹扫，针对吹扫介质的流量要求不高，只介质需要满足一定的吹扫压力。对于缺少大型压缩机或暂时缺少大风量的装置，通过蓄压吹扫，能解决大管径吹扫的难题；
（2）蓄压后介质流速高，携带能力强，能吹出管内残留的泥沙、焊渣等杂物；
（3）可串联/并联蓄压，蓄压能量通过容器的串联/并联，越蓄越高，同时流程前段的管线通过串联经过多次吹扫后，洁净度越来越高；后管段由于蓄压能量高，吹扫质量能得到保障；
（4）通过容器蓄压，吹扫过程中，能量释放时间长，相对于爆破吹扫的能量释放，能量释放的时间更长。
（5）由于容器内的气体时间较长，适用于管线长，弯道多的管线吹扫；
（6）管线死角的杂物会由于蓄压能量释放时产生的震动，被急速膨胀的气流带出。吹扫质量较高；
4经济效益
一般情况下采用空气吹扫需要有足够的气量，使吹扫气体的流动速度大于正常操作气体流速，一般最低不小于20m/S,以使其有足够的能量，吹扫处管道和设备中的残余附着物，一般而言该过程消耗量非常大，并且要一定的吹扫时间，因此，空气吹扫通常使用装置中大型的空气压缩机进行提供。即使是为保证吹扫质量进行分段吹扫，消耗的气量也是非常巨大。
煤制氢装置适合使用“蓄压吹扫”法的管线共计有9000多米。若按分段爆破吹扫的方法计算，消耗工厂风2.15*107Nm3，工厂风价格为0.123元/Nm3，产生费用265万元。采用“蓄压吹扫”法，消耗工厂风1.02*107Nm3，产生费用126万元，将节约开工费用139万元。若增加施工配合产生的费用，将节约开工费用201万元左右。
5小结
在“爆破吹扫”基础上改进的“蓄压吹扫”，不仅能减少开工过程中的工作量，而且节约费用，产生经济效益。能够在新装置开工管线处理中，得到更大的应用。
参考文献
[1]王冠勇，陈杰.爆破吹扫技术在管道清理过程的应用[J].大庆石化公司炼油厂,2008,25(4):3-4.
[2]李智.大口径管道爆破吹扫技术[J].新疆乌鲁木齐石化设备安装公司,2004,26(2):2-4.
论文作者:谢运旺
论文发表刊物:《科技中国》2016年5期
论文发表时间:2016/7/26
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