煤制乙二醇產品塔真空度波動原因分析及處理

劉志丹，王永勝

(哈密廣匯環保科技有限公司，新疆哈密 839303)

煤制乙二醇工藝路線中，在草酸二甲酯加氫生成乙二醇的同時，也產生了品類繁多的醛、羧酸、單醇、多醇、醇酯類等雜質。由于其部分雜質沸點接近，易形成共沸物，造成分離困難，且高溫下乙二醇易聚合，因此煤制乙二醇精餾分離系統普遍采用真空精餾方式。此方法既降低了被分離物系的沸點，改善了混合物系的分離效果，又大大降低了能耗，增加了企業的經濟效益[1]。

某煤制乙二醇企業在生產過程中，乙二醇產品塔真空度經常發生不規律性波動，造成塔頂和塔底的壓力、溫度變化，從而破壞了精餾平衡，影響了精餾塔的分離效果，進而導致采出乙二醇產品的純度及UV值不合格。筆者分析了影響乙二醇產品塔真空度波動的原因并進行相應改進。

1 設備及工藝流程

1.1 蒸汽噴射泵

抽真空設備可選用液環真空泵或蒸汽噴射泵。與液環真空泵相比，蒸汽噴射泵為靜設備(沒有轉動部件)，維護量小，一般不考慮設置備用，特別適用于蒸汽富裕的化工廠。

某煤制乙二醇企業乙二醇精餾分離單元采用真空精餾方式，抽真空設備均選用蒸汽噴射泵。單級蒸汽噴射泵工作原理為：當工作蒸汽進入噴射泵噴嘴后，絕熱膨脹，以1 000～1 400 m/s的速度高速噴出；在噴嘴口形成低壓，被抽氣體由吸入口吸入，吸入的氣體與工作蒸汽一起進入擴壓室混合段；然后流經擴壓室喉管，在擴壓室喉管內混合流體的流速降低，壓力增大，實現動能向壓力能的轉化，最后至排出口排出[2]。由于單級蒸汽噴射泵所能達到的壓縮比具有一定的操作限度，為了獲得更高的真空度，可采用兩級或多級噴射泵串聯操作，中間設有冷凝器，組成蒸汽噴射真空泵系統。單級蒸汽噴射泵結構[3]見圖1。

1—噴嘴；2—吸入室；3—擴壓室混合段；4—擴壓室喉管；5—擴壓室擴壓段。

1.2 工藝流程

乙二醇產品塔蒸汽噴射真空泵系統采用三級噴射器串聯的方式保持真空。塔頂不凝氣經過低溫冷凍水冷卻，分離回收有用組分后被蒸汽噴射泵抽走，以維持塔內真空度。該蒸汽噴射泵采用0.6 MPa蒸汽作為動力蒸汽，級間冷凝器采用循環冷卻水冷卻，各級冷凝液靠重力進入水封槽，經水封槽收集后用廢水輸送泵送至污水處理,不凝氣排放到尾氣回收裝置。乙二醇產品塔為真空操作，壓力控制通過調節蒸汽噴射泵入口氮氣補入量來實現。工藝流程見圖2。

圖2 乙二醇產品塔真空系統工藝流程簡圖

在生產運行過程中，該乙二醇產品塔真空度經常發生不規律性波動，塔內真空度上下波動達10 kPa左右，塔頂溫度、回流量不穩，直接影響了精餾塔的分離效果，進而導致采出乙二醇產品的純度及UV值不合格。

2 原因分析

2.1 蒸汽噴射泵噴嘴沖刷磨損

工作噴嘴和擴壓室構成了蒸汽噴射泵的特殊氣流管道，蒸汽流經噴嘴的出口到擴壓室入口時，可將壓力轉化為動能，并被抽氣體吸進混合室。但是蒸汽噴射泵在使用過程中，由于噴嘴長期受到蒸汽高速流動的沖刷，會導致噴嘴磨損，一定程度上降低了蒸汽噴射泵的工作效率[2]，影響了精餾系統真空度的穩定性。

2.2 系統存在泄漏點

由于系統為真空操作，系統泄漏點主要分為兩種情況：一是設備本體人孔及相連氣相管道法蘭墊片、法蘭面損壞以及螺栓未擰緊，造成壓力表、溫度表等接頭處存在漏點；二是與乙二醇產品塔及回流罐相連的氮氣管線閥門存在內漏。一旦泄漏量太大，系統內真空泵超負荷運行，勢必導致真空度波動。

2.3 水封槽液位過低

蒸汽噴射泵真空裝置一級、二級、三級冷凝器冷凝下來的混合凝液，依靠重力自流入地面水封槽，且各凝液管在水封槽內部有一定內伸量，水封槽為常壓操作，依靠水封槽液位保證液封。操作過程中，有可能因為水封槽液位控制不穩，導致液位過低破壞液封，進而影響真空度波動。

2.4 冷凝器冷卻水量不足

乙二醇產品塔采用三級抽真空的方式，在真空系統中設置有冷凝器，可將混合物中的可凝性蒸汽部分凝結排除，以減少下級噴射器的負荷。同時，可凝性蒸汽中含有抽凝下來的有機物，需要對其回收處理,為了便于回收凝液，其安裝位置較高。若冷凝器的循環冷卻水量供應不足，導致凝液溫度升高，加之擴壓室混合段的低壓環境大大降低了凝液沸點，凝液溫度一旦超出該壓力對應下的沸點，凝液就會沸騰揮發，導致真空泵抽氣能力下降。

2.5 動力蒸汽品質原因

0.6 MPa蒸汽是蒸汽噴射泵的動力來源，蒸汽品質的好壞，對抽真空能力和真空穩定性影響很大。蒸汽質量包括蒸汽壓力和蒸汽干濕度。蒸汽壓力低于設計值時，噴射泵做功能力和抽氣能力降低；蒸汽壓力高于設計值時，蒸汽消耗增多，增加冷凝器負荷的同時，也增加了下一級真空泵的負荷，進而影響其正常工況。蒸汽干濕度對噴射泵性能影響很大。若蒸汽飽和度過大，泵腔處于高真空狀態下，微小水珠會迅速膨脹至原有體積的幾十倍乃至幾百倍，此時膨脹的水蒸氣占據泵腔的空間，使抽吸氣體的能力大大下降[4]，進而影響精餾系統的真空度。

3 改進措施

針對可能引起乙二醇產品塔真空度波動的原因，對裝置進行了相應調整及處理。操作上穩定水封槽液位，保證凝液管液封；提高循環冷卻水壓力，開大進出口閥門，保證循環冷卻水的流量；穩定動力蒸汽壓力，將其控制在指標范圍內。利用停車檢修間隙，對乙二醇產品塔及相關設備管線進行氣密試驗并處理漏點，同時檢查3個蒸汽噴射泵的流道及噴嘴，以排除設備問題。

裝置開車后，乙二醇產品塔真空度仍出現波動，問題沒有得到根本解決。經過原因排除，焦點集中到了動力蒸汽干濕度上。0.6 MPa蒸汽主要來源于汽輪機背壓，管線至精餾系統線路較長，由于設計原因，乙二醇產品塔動力蒸汽引出管線位置處于0.6 MPa蒸汽主管線的最末端，后面沒有低壓蒸汽用戶，加之蒸汽噴射泵蒸汽用量少(設計蒸汽耗量為0.27 t/h)、蒸汽流動量小，極易在此位置達到過飽和狀態。對此采取如下措施：

(1)減少汽輪機背壓0.6 MPa蒸汽的減溫水量，在指標范圍內，適當提高其過熱度。

(2)在0.6 MPa蒸汽主管線末端引一股蒸汽至污水改造裝置，增大蒸汽流動量，避免蒸汽在此位置停留時間過長達到過飽和狀態。

(3)對0.6 MPa蒸汽主管線及乙二醇產品塔蒸汽噴射泵動力蒸汽管線全面保溫，防止蒸汽在管路上被冷凝，導致噴射蒸汽帶水。

(4)在乙二醇產品塔蒸汽噴射泵動力蒸汽管線上設置水汽分離器，并在蒸汽冷凝液排放管線上安裝疏水閥，以防蒸汽漏走而冷凝水滯留。

經過上述措施處理后，消除了乙二醇產品塔真空度不規律性波動的現象，且蒸汽噴射泵級間冷凝器循環冷卻水和噴射泵蒸汽耗量減少，做功效率提高，乙二醇產品塔真空度穩定，采出乙二醇產品質量良好。

4 結語

對影響到乙二醇產品塔真空度的原因進行分析，進而采取有效手段進行排查處理，從中可以發現：在實際生產過程中，專業技術人員要熟悉工藝原理及流程，發現異常時能準確判斷、及時處理，從而消除隱患，實現精益化操作，確保裝置安全、穩定、高效運行。