煤化工空分裝置優(yōu)化運(yùn)行方案

文/李文龍

煤化工空分裝置優(yōu)化運(yùn)行方案

文/李文龍

空分裝置穩(wěn)定供氣技術(shù)研究及應(yīng)用——煤化工項(xiàng)目對(duì)空分裝置供氣連續(xù)性和穩(wěn)定性有很高的要求，空分裝置故障停止供氣，將導(dǎo)致煤化工系統(tǒng)全面停止生產(chǎn)。本文介紹了一種穩(wěn)定的供氣技術(shù)路徑。

現(xiàn)代煤化工工藝技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的常壓氣化等工藝，因轉(zhuǎn)化效率、單套裝置生產(chǎn)強(qiáng)度以及環(huán)保等原因，已經(jīng)逐步退出工業(yè)領(lǐng)域。典型的煤氣化工藝如殼牌、GE、多元料漿、航天爐、魯奇爐等都對(duì)氧氣、氮?dú)獾囊蠛芨?，供氣的連續(xù)穩(wěn)定更是最基本的要求?，F(xiàn)階段配套煤化工系統(tǒng)的空分裝置普遍采用液氧泵內(nèi)壓縮流程，內(nèi)壓縮流程設(shè)備安全性、可靠性好，供氣壓力穩(wěn)定。

空分裝置故障停止供氣，將導(dǎo)致煤化工系統(tǒng)全面停止生產(chǎn)。煤化工系統(tǒng)故障停車一次將造成數(shù)百萬元的直接損失，因此煤化工項(xiàng)目對(duì)空分裝置供氣連續(xù)性和穩(wěn)定性有很高的要求。以一套60萬t合成氨、104萬t尿素的生產(chǎn)線為例，生產(chǎn)線每停車一次，不僅有百萬的開停車物料損失，每天還將影響產(chǎn)值1 000多萬元人民幣。

穩(wěn)定供氣技術(shù)路徑選擇

技術(shù)途徑的談?wù)撗芯?，最終確定在某氣體項(xiàng)目設(shè)置液體儲(chǔ)存供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定供氣技術(shù)方案。液體儲(chǔ)存供氣系統(tǒng)設(shè)置有容積1 500 m3的常壓液氧、液氮貯槽各1臺(tái)，3臺(tái)低溫液體泵。液氧、液氮貯槽貯存來自于空分裝置所產(chǎn)的高純度液氧、液氮產(chǎn)品。3臺(tái)低溫液體泵分別是：高壓液氧泵，壓力8.7 MPa,流量36 000 Nm3/h,可供一套煤化工裝置氣化爐滿負(fù)荷運(yùn)行所需氧氣量；高壓液氮泵，壓力6.5 MPa，流量32 000 Nm3/ h，可供一套煤化工裝置液氮洗滿負(fù)荷運(yùn)行所需高壓氮?dú)饬浚坏蛪阂旱?，壓?.55 MPa，流量

經(jīng)過對(duì)煤化工系統(tǒng)用氣特點(diǎn)的分析，經(jīng)過多次對(duì)供氣方案及10 000 Nm3/h，可供一套煤化工裝置低溫甲醇洗滿負(fù)荷運(yùn)行所需汽提氮?dú)饬考捌渌獨(dú)庥脩?。貯槽液體排出管連接低溫離心泵，變頻調(diào)節(jié)低溫離心泵的轉(zhuǎn)速加壓后，低溫液體通過水浴式汽化器加熱氣化至30℃～40℃，并入管網(wǎng)。液氧，液氮貯槽在裝滿液體狀態(tài)下，可以滿足一套煤化工裝置至少24h的用氣量。

低溫液體泵平時(shí)全部為冷態(tài)備用。3臺(tái)離心泵的進(jìn)出口閥門全開，回流閥全開，泵處于低速惰轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)。水浴式汽化器在水側(cè)加滿水的狀態(tài)下熱態(tài)備用。汽化器的蒸汽閥開度由水溫設(shè)定值控制，3臺(tái)泵在惰轉(zhuǎn)狀態(tài)下，既可以由操作員手動(dòng)加載至額定轉(zhuǎn)速，也可以設(shè)定出口管網(wǎng)壓力低時(shí)自動(dòng)連鎖加載。自動(dòng)加載時(shí)，從惰轉(zhuǎn)狀態(tài)到達(dá)到額定轉(zhuǎn)速所需時(shí)間為10 s左右，液體貯存低溫泵的調(diào)節(jié)有一套完整的控制方案，可根據(jù)用戶的溫度、壓力、流量的需求實(shí)現(xiàn)變工況調(diào)節(jié)。

有國外專業(yè)氣體運(yùn)營公司將穩(wěn)定供氣系統(tǒng)和流程設(shè)計(jì)相結(jié)合，把流程氧泵設(shè)置在穩(wěn)定供氣后背系統(tǒng)，流程氧泵不再從精餾上塔底部取液，改變?yōu)樵诤髠渲鞑廴∫?，其余流程設(shè)計(jì)不變。這樣設(shè)置，不僅僅在投資上減少一臺(tái)低溫液體泵，同時(shí)在空分系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，液氧泵出口閥門通過邏輯控制，可在1～2 s內(nèi)把液氧泵出口液氧切換至水浴式汽化器管線，基本實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換，大大提高了供氣的可靠性。

優(yōu)化方案評(píng)價(jià)

1．穩(wěn)定供氣技術(shù)方案可以在空分裝置或后系統(tǒng)生產(chǎn)工況波動(dòng)時(shí)快速響應(yīng)，保證全廠供氣管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，減少裝置停車帶來的損失。在煤化工項(xiàng)目正常運(yùn)行時(shí)，后續(xù)系統(tǒng)的供氣需求是兩套空分裝置所提供滿足的，但當(dāng)后續(xù)系統(tǒng)工況波動(dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)所需的氣量將可以通過液體貯存系統(tǒng)提供，保證供氣管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。

2．一套空分裝置意外停車時(shí)，液體貯存系統(tǒng)可以提供相當(dāng)于一套空分裝置所供氧氣、氮?dú)饬浚梢员ＷC煤化工裝置不因空分裝置的停車而停車，減少開停車損失。

3．氣化裝置倒?fàn)t檢修時(shí)，傳統(tǒng)的操作是將一套系統(tǒng)負(fù)荷減半，需滿足第三臺(tái)氣化爐投料所需氧氣，操作麻煩，負(fù)荷調(diào)整波動(dòng)太大。穩(wěn)定供氣技術(shù)方案實(shí)施后，利用液體貯存系統(tǒng)倒?fàn)t，煤化工系統(tǒng)負(fù)荷不需要任何大的調(diào)整和操作，系統(tǒng)基本做到“無擾動(dòng)切換”。

4．在全廠停車大檢修停車前，進(jìn)行檢修設(shè)備置換，對(duì)有毒有害氣體的吹掃清除以及觸媒充氮保護(hù)等所需氮?dú)猓伎赏ㄟ^液體貯存系統(tǒng)來提供。實(shí)施穩(wěn)定供氣技術(shù)方案的大型空分裝置至少能夠提前24 h停機(jī)，降低生產(chǎn)成本，爭取檢修時(shí)間。

作者系渭南陜鼓氣體有限公司總經(jīng)理。