引用格式
张进. 低温甲醇洗装置的深度清洗及拆除的优化措施[J]. 大氮肥，2025，48（2）：88-92，111.
低温甲醇洗装置的深度清洗及拆除的优化措施
作者 张进
作者简介
张进，男，1986年3月出生，本科学历，工程师，2009年毕业于湖北工业大学化学工程与工艺专业，现在中国石化长城能源化工（贵州）有限公司实习培训部从事培训管理工作。
摘要
根据煤化工中低温甲醇洗装置的工艺流程和设备结构特点，针对低温甲醇洗装置在拆除前的深度清洗处理过程和拆除过程中的实施难点、环保管控重点等进行分析，通过一系列优化措施和方法，完成了对全装置的深度清洗和拆除工作。
关键词
低温甲醇洗装置，深度清洗，水循环，拆除，优化措施
1 概述
某公司是以煤为原料，采用Shell粉煤气化技术生产无水液氨和乙二醇的煤化工企业，包括耐硫变换、低温甲醇洗、硫回收等配套装置。2021年企业实施转型发展，同年11月全厂装置停工，拟对原生产装置进行报废拆除处理。为确保装置拆除工作安全和绿色环保，2022年5月组织对全系统实施深度清洗处理。
低温甲醇洗装置涉及甲醇、一氧化碳、硫化氢、硫化亚铁、氢气等较多易燃易爆的危险介质，同时残留甲醇存在较大安全环保风险。拆除前需对装置进行深度清洗处理及污染物无害化处理。但是全厂性停工已有较长一段时间，装置又位于非化工园区，造成清洗所需的公用工程条件难以保证，装置深度清洗处理难以按常规的工作流程进行；此外，低温甲醇洗装置具有高塔较多，框架层数多等特点，其拆除工作也具有一定施工难度。针对低温甲醇洗装置在拆除前的深度清洗处理和拆除中的实施难点、环保管控重点，进行了一系列优化和攻关，完成了对全装置的深度清洗和拆除工作，对其他装置的拆除工作有一定的借鉴意义。
2 低温甲醇洗装置流程简介
拟拆除的低温甲醇洗装置采用德国LURGI公司的专利技术，装置主要是对来自一氧化碳变换的变换气和未变换气中含有的CO2、H2S、COS等成分，采用低温甲醇洗涤法脱除，净化后的气体分别送往合成氨和乙二醇装置。低温甲醇装置主要设备包括：硫化氢吸收塔、二氧化碳吸收塔、中压闪蒸塔、二氧化碳再吸收塔、热再生塔、甲醇水精馏塔以及部分换热器、机泵等。
2.1 未变换气、变换气流程
Shell煤气化未变换气经冷却后进入未变换气水洗塔，洗涤、冷却后进入未变换气吸收塔，经低温甲醇吸收脱硫和脱碳送至下游工序。来自变换单元压力（表压，下同）3.3MPa、温度40℃的变换气经冷却分离冷凝水后，送硫化氢吸收塔下部，工艺气中H2S、COS等被硫化氢吸收塔中富含CO2的甲醇溶液吸收，然后送入二氧化碳吸收塔下部。工艺气体中CO2被甲醇溶液洗涤吸收回收冷量后，为乙二醇装置和合成氨装置提供净化气。
2.2 甲醇液的循环再生流程
在硫化氢吸收塔和二氧化碳吸收塔吸收了变换气中H2S、COS、CO2的富甲醇，利用系统压力送至下一流程，经中压闪蒸、常压闪蒸和氮气汽提，脱除吸收的CO2、部分H2S和溶解的CO、H2等，再经回收冷量后进入热再生塔进行热汽提，脱除吸收的H2S，得到贫甲醇，经升压降温后进入前段工序作为吸收溶液。系统外部的冷量主要由1台氨制冷压缩机提供，热再生塔热量由外供的0.7MPa低压蒸汽提供。 低温甲醇洗装置甲醇流程如图1所示。
图1 低温甲醇洗装置甲醇流程
3 低温甲醇洗装置的深度清洗处理
为便于污水处理装置对污水的处理，防止对设备和管道进一步腐蚀，低温甲醇洗装置水循环采用脱盐水作为循环液，利用正常运行流程进行上水、补水和排水。水循环过程中，通过分析各塔排放污水中化学需氧量（COD）浓度的变化来判断水循环的效果。为保证每一次水循环达到预期效果，采取上水—循环—排水为1个周期，每个周期约6d。为使低温甲醇洗装置残留溶液中COD浓度达到合格排放标准（80mg／L），历时43d、6轮水洗（表1）。低温甲醇洗装置残存污水中COD由1×105mg／L左右降至75mg／L，低于当地的污水排放标准，至此低温甲醇洗装置的深度清洗处理结束。
表1 每轮排放污水COD
3.1 低温甲醇洗装置水循环存在的问题
1）水循环前低温甲醇洗装置“U”型弯管道中的残存液体（主要是甲醇溶液）无法排尽。在装置现场的管廊和管道上升段，存在大量“U”型弯管道且没有设计排放导淋，会使水循环过程中产生大量高COD浓度的污水，而污水处理装置又无法短时间处理。为减少污水产生量，对低温甲醇洗装置287条涉甲醇管道梳理，排查发现有12条管道存在“U”型弯管残存甲醇，结合管道内径和“U”型弯管的高度，测算管道残留甲醇约14t。
2）外供氮气压力不足无法维持系统全流程连续运行。由于空分装置停运，无蒸汽加热液氮，通过水浴和电加热蒸发外购液氮，只能提供0.5~0.6MPa低压氮气。水循环系统运行压力不足，中压闪蒸塔中部的清洗水无法送至再吸收塔顶部（74350mm），从而导致清洗水循环流程出现断程，无法对再吸收塔及后续设备和管道进行水洗。
3）无法为循环系统的运行机泵提供冷却循环水。由于全厂装置长期停运，循环水凉水塔系统已进行排水处理，无法为水循环清洗的机泵供应运行期间的循环冷却水，若再次投用凉水塔，单独启动循环水系统用于机泵的冷却，则需冷水塔系统大量进水，循环水泵运行，总体运行成本太高，不具备可操作性。
4）系统长期停运导致设备内部腐蚀严重，装置内部存在大量固体杂质[1]。甲醇洗装置由于停工时间较长，系统密封性不够，空气进入系统对碳钢材质的塔器和管道造成了腐蚀，生成大量的铁锈。另外在装置运行期间，上游带入的固体颗粒、粉尘和残留的锈渣在系统中也有累积，导致装置内部存在大量固体杂质[2]。启动水循环时，设备、管道底部沉积的大量固体杂质在水循环中随水洗水在系统中循环，会导致循环系统中的二氧化碳给料泵、热再生塔给料泵、硫化氢吸收塔给料泵和再吸收塔循环泵等循环机泵入口过滤网频繁堵塞，影响水循环的连续性和稳定性。
5）大量高浓度污水无法及时处理，影响水循环进程。第一轮水循环完成后，暂存的含甲醇污水约320t，COD高达108000mg／L，无法直接送往下游污水处理装置，影响了下一轮水循环的进行。
3.2 低温甲醇洗装置水循环问题的解决措施
1）在低温甲醇洗装置“U”型弯管道的低点处在线开孔排液，以减少系统残余甲醇，如表2所示。
表2 “U”型弯管段残留量
具体做法如下：①根据“U”型弯管道的管径估算各管内残余的甲醇量和排放时间，以及施工便捷性，确定在9条管径较大的管道低点各开1个DN15mm的孔，其余3条管道管径较小残存量较小，施工难度较大不做开孔排液处理；②拆除管道保温、保冷材料，测量管道外径，根据管道运行压力，制作金属管卡；在卡具上开DN15mm孔后，焊接DN25mm的短接和法兰，并将1个DN25mm的法兰连接闸阀（图2）；③卡具安装至管道后通过连接闸阀打压至0.5MPa，进行气密性试压及焊缝检查；④确认无泄漏后，现场对相关开孔管道进行氮气充压至微正压；⑤确认系统微正压后办理相关票证，开始开孔作业；为防止开孔过程中产生静电集聚和温度急剧升高，在开孔管道做好静电引出，并采用手动开孔工具进行作业；⑥完成开孔后在法兰阀上连接排放短管，利用管道高度差和微正压将管道内残余甲醇引入低温甲醇装置地下甲醇储槽，作为次品甲醇液进行销售。
图2 甲醇排放管道卡具示意
2）增设水洗跨线。利用硫化氢吸收塔给料泵0.7MPa压头（绝压）对清洗水进行增压送往吸收塔顶部，解决低压氮气压力偏低，清洗水无法被送至再吸收塔顶部的问题。根据装置的现场布置，具体做法是：在硫化氢吸收塔给料泵出口至硫化氢吸收塔上段管道上（管径为250mm）的甲醇流量调节阀组截止阀前，增设1条管径为200mm的跨线，将该跨线连接到中压闪蒸塔中部至再吸收塔上部管道的富甲醇流量调节阀后（图3虚线），即可利用硫化氢吸收塔给料泵给清洗水增压，将部分清洗水通过新增的跨线送至再吸收塔顶部，对再吸收塔及后续设备和管道进行水洗。
图3 增设的水洗跨线流程示意
3）用生活水替代循环水作为机泵冷却水。针对启用凉水塔系统作为甲醇泵冷却水成本过高的问题，采用生活水作为机泵的冷却水，可以满足机泵短期运行条件。在循环水进水总管上连接生活水管道，作为冷却水进水。机泵冷却后的生活水，通过引流管道和地沟进入低温甲醇洗装置污水收集池，收集的水可以作为清洗过程中的高浓度COD污水稀释水，降低污水浓度，避免对污水处理装置的冲击。
4）加大循环系统中所有机泵入口过滤网的清洗频次，减少水洗循环系统频繁中断的风险。在第一轮水循环启动后，加强现场监控，在机泵出口压力出现下降迹象时，迅速进行倒泵操作，机泵排液和现场机泵入口过滤网清洗。在完成一轮水洗后，对机泵过滤网进行全面清洗，便于下一轮水循环的进行。
5）在完成装置停运后的甲醇外销后，对甲醇罐进行清洗，利用甲醇罐（最大储存量600t）作为高浓度污水的中转站和稀释罐，对第一轮水洗高浓污水进行临时储存和部分稀释，并与当地市政污水处理厂协调，将320t高浓度COD污水作为污水处理厂的菌种碳源，实现双赢，有效缓解了高浓度污水的库存。
通过上述一系列的处理措施，排出“U”型管道中的残余甲醇量约14.5 t，减少污水处理量的同时，也保证了低温甲醇洗装置清洗水循环的稳定运行。
4 低温甲醇洗装置的设备拆除
低温甲醇装置有9座高度超过16m的高塔（表3），2座高度为21m左右的4层钢筋混凝土框架，以及部分地面卧式设备和机泵。结合拆除难度和拆除存在的风险大小，以高塔放倒和构筑物拆除为典型案例进行分析和探索。以其中硫化氢吸收塔和1个4层框架为拆除对象进行分析。
表3 低温甲醇装置高塔清单
4.1 高塔的拆除方案
低温甲醇洗硫化氢吸收塔规格型号为2800mm×46350mm×46mm、材质SA-516Gr.55、质量153020kg，地脚螺栓规格型号M56mm、数量20根，均匀分布。塔内介质为硫化氢、二氧化碳、氢气、甲醇。
4.1.1 现场准备
拆除作业前根据施工技术方案将倾倒方向场地清理完成，为塔器定向倾倒提供充足的场地空间，封闭整个装置作业区域，全程视频监控，指挥人员及气割操作人员配备对讲机及时做到对讲沟通，并安排专职人员在各个路口看守，无关人员严禁入内。现场指派洒水车待命，做好洒水降尘及应急工作。
在硫化氢吸收塔拆除倾倒方向设置3道减振堤。减振堤设置要求如下：①为减小塔器定向倾倒的振动效应，设置减振堤时采取依次增高的堆积方式；②减振堤采用拆除的建筑垃圾和沙袋进行堆设；③在塔器倾倒方向距塔器中心底部0.6H，0.8H，1.0H（H为塔器高度）的距离位置设置3道减振堤，以改变塔器触地状况，降低塔器触地时的振动强度，减振堤设置示意如图4所示。
图4 减振堤设置示意
4.1.2 拆除方法
塔器拆除时清理周边障碍物，为塔器放倒清理场地和拆除作业人员的撤离畅通生命通道。采用长臂液压剪先将与塔连接的管道、平台断开拆除；连接管道需要逐根断开，断开后立即使用防火布和胶带缠住将管口封堵或用堵漏材料进行封堵，较高点利用登高车进行作业封堵，防止塔内可能残留的FeS遇大量空气而产生自燃而又无法及时灭火，发生火灾事故。在切割施工前先在塔器底部需要切割的位置进行划线作标识。切割顺序为：第一切割线—第二切割线—第三切割线—第四切割线—第五切割线。如图5所示。
图5 硫化氢吸收塔切割线示意
第一切割线由1名气割工先进行切断，然后由2名气割工再按照标注线将第二切割线同时向两侧进行切割（按照箭头方向切割），切割后再同时将第三切割线按照标注线进行切割；然后再同时将第四切割线按照标注线进行切割；最后由1名气割人员使用加长枪将第五切割线切断，使塔器整体向预定方向倾倒落地。如图6所示。
图6 塔的倾倒示意
采用火焰切割在塔器底部形成切割口，确定好开口高度及位置在塔器底部划线，划线后进行切割，以切割中心位置一侧裙座底部位置把螺栓一块切割，切空一定高度（1300mm），弧长至过两侧中心线位置100mm的孔洞，塔体两侧中心线100mm位置靠反方向各预留150mm不切割，采用2套气割枪从背面两侧切割起点位置，同时向背面中心线位置切割塔体，切割至背面中心线位置时预留200mm不切割，检查已切割部分是否完全割开，再使用加长杆割枪切割背面预留的200mm，塔体由于自身重力向下偏移，向所预定的方向倾倒。
4.2 构筑物的拆除方案
低温甲醇洗装置4层框架的长度为12000mm （南北向）、宽9600mm（东西向）、高22000mm；有6根框架柱，柱尺寸为600mm×500mm（图7）。由于框架西侧为主干道，采取向西倾倒方案。
图7 框架俯视图
4.2.1 拆除前准备
拆除作业前对进出框架管道进行确认，并利用长臂机械断开，对装置区域内需要拆除管道及设备进行有毒有害易燃易爆气体分析，气体分析点选取在管道及设备放净口或放空口，将管道、设备最低点放净口打开检查管道及设备内是否留有残液，如有对设备及管道内残留液体使用吨桶进行收集，确认安全并检测合格后方可拆除作业。由于该框架上有硫化氢气体换热、浓缩等相关设备，装置区管道及设备内有毒有害介质较多，断管段界面的施工人员在作业时佩戴防毒面具，防止发生中毒事故。
4.2.2 拆除方法
施工前清空框架倾倒方向场地上的无关物体和人员，为施工人员和机械清理出紧急撤离通道。施工前对长臂液压剪的站位地面进行加固或垫加厚钢板，防止机械施工过程中地面塌陷。外部连接管道拆除后，使用短臂液压剪先将一层管道及设备拆除清空，拆除机泵过程先将内部润滑油用容器及吨桶收集，收集过程中地面铺设吸油毡，防止对环境及地面造成二次污染。将第2层、第3层、第4层及顶部管道和设备固定，在放倒框架前不进行拆除，随框架一并倾倒后，在地面进行分解。
在确认框架整体倾倒方向后，使用破碎锤进行施工。框架破碎顺序为东侧1#—2#—3#，西侧框架柱不动。破碎锤站位在框架东南侧破碎1#柱，破碎高度为地面上1m至1层平台下方处，将混凝土全部破碎，钢筋保留，机械作业半径为20m。1#柱拆除后使用破碎锤（长臂或短臂）站位在框架南侧破碎2#柱，破碎高度为地面上1m至1层平台处，将混凝土全部破碎，钢筋保留，作业半径为15m。2#柱拆除后破碎锤在框架西侧绕行到北侧破碎3#柱，3#柱为倾倒柱，在中间位置开始破碎，破碎过程中随时观察框架的倾倒情况，破碎直至框架倾倒为止，机械作业半径15m。
5 结束语
低温甲醇洗装置历时1个月完成了整体拆除工作。在装置进行拆除施工前，一般是全厂或局部停工的工况，公用工程的保障性较差，低温甲醇洗装置难以按照常规流程和方法进行水循环清洗，只有对装置现有流程以及水循环深度清洗过程中存在的问题进行分析，并利用好有限的公用工程条件，才能保证装置的深度清洗处理达到预期效果，为装置的拆除工作提供安全保证。在装置拆除过程中，应按装置运行介质的特点，做好风险区域的隔离和防护，严格执行拆除方案，保证拆除过程中安全、环保可控。
参考文献
[1] 刘霞，何鹏. 低温甲醇洗装置腐蚀分析与处理[J]. 山东化工，2021，50（1）：125-126，129.
[2] 张明成，蒋保林，马少红. 煤制甲醇低温甲醇洗装置腐蚀堵塞的分析[J]. 广东化工，2012，39（7）：165.
本篇文章发表于《大氮肥》2025年第2期