空分裝置停車時(shí)用后備氧系統(tǒng)供氣化爐投料的運(yùn)行總結(jié)

李樂倫，李 娜

（1.兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830011；2.新疆大學(xué)，新疆烏魯木齊 830046）

兗礦新疆煤化工有限公司600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目包括300 kt／a甲醇裝置、300 kt／a合成氨裝置、520 kt／a CO2汽提法尿素裝置，是兗礦集團(tuán)在新疆煤電化基地布局的第一個(gè)工程，利用新疆本地豐富的煤炭資源（就地轉(zhuǎn)化），采用兗礦集團(tuán)與華東理工大學(xué)共同研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣，作為尿素和甲醇生產(chǎn)裝置的原料氣，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

項(xiàng)目配備3臺(tái)氣化爐，運(yùn)行方式為兩開一備，單爐日處理原煤量約1 500 t。裝置于2010年5月開工建設(shè)，2012年9月正式投料生產(chǎn)，目前已實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷運(yùn)行。項(xiàng)目配套了1套80 000m3／h空分裝置，采用林德公司的雙內(nèi)壓縮全低壓流程；同時(shí)還配備了1套液氧后備汽化系統(tǒng)（簡稱后備氧系統(tǒng)），由1臺(tái)1 500 m3低壓液氧貯槽、3臺(tái)內(nèi)壓縮液氧泵、1臺(tái)水浴式汽化器及其附件組成，液氧汽化輸送能力為8 000 m3／h，設(shè)計(jì)上作為空分裝置跳車時(shí)備用。

1 空分裝置及后備氧系統(tǒng)流程簡述

利用熱電車間提供的9.8 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)壓縮經(jīng)空氣過濾器除去灰塵及機(jī)械雜質(zhì)后的空氣，再經(jīng)預(yù)冷和純化等一系列流程將空氣變成液態(tài)，液空進(jìn)入精餾塔，采用低溫精餾的方法從液空中逐步分離出液氧、液氮、液氬等低溫液體產(chǎn)品，為后系統(tǒng)提供純度為99.6%的氧氣和99.99%的氮?dú)?。其中，液氧產(chǎn)品從空分主冷取出，出冷箱進(jìn)入液氧貯槽，需要使用時(shí)，液氧通過液氧泵加壓重新返回空分冷箱主換熱器換熱，復(fù)溫后變成氣體，作為高壓氧氣產(chǎn)品送至氣化裝置，并與提前磨制好的一定量的水煤漿在多噴嘴對置式氣化爐中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成合成氣（CO+H2）供后系統(tǒng)使用。

所謂后備氧系統(tǒng)，即當(dāng)空分裝置跳車時(shí)通過對其聯(lián)鎖啟動(dòng)滿足氣化爐的用氧需求。聯(lián)鎖啟動(dòng)后備氧系統(tǒng)后，液氧貯槽中的液氧經(jīng)液氧泵壓縮后不再經(jīng)過冷箱中主冷換熱器進(jìn)行換熱復(fù)溫，而是通過液氧調(diào)節(jié)閥切換進(jìn)入液氧水浴式汽化器（水浴式汽化器由1.2 MPa蒸汽加熱），通過汽化得到氣態(tài)氧氣，氣態(tài)氧氣經(jīng)氧氣管網(wǎng)送至氣化爐使用。

2 開車模式

煤化工裝置從停車到開車，要先進(jìn)行降溫、降壓、減少進(jìn)料一直到切斷原料供應(yīng)，然后進(jìn)行設(shè)備倒空、吹掃、置換等工作，再經(jīng)歷升溫、升壓、投料、出料等過程，期間操作變化頻繁，各工序和各崗位之間聯(lián)系密切，如果組織不好、指揮不當(dāng)或聯(lián)系不周、操作失誤，均很容易釀成事故。600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工序眾多、工藝復(fù)雜、公用工程系統(tǒng)龐雜，每次停車、開車都會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。

2.1 常規(guī)開車模式

一般情況下，在系統(tǒng)短停后組織恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，空分裝置需熱電車間供9.8 MPa高壓蒸汽進(jìn)行暖管、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、空壓機(jī)加載、增壓機(jī)加載、氣膨／液膨投用等主要操作步驟，完成空分裝置的開車，最終產(chǎn)出合格的氮?dú)夂透邏貉鯕馔夤饣b置，隨即氣化爐投料、升壓查漏及完成并氣。其中，空分汽輪機(jī)啟動(dòng)分為冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)3種狀態(tài)，所需時(shí)間分別為5 h、3 h、1 h。通常情況下，系統(tǒng)短停后，從氣膨投用至產(chǎn)出合格氣體產(chǎn)品耗時(shí)約36 h；若為空分裝置跳車，從氣膨投用至外供合格氣體產(chǎn)品耗時(shí)則為7 h。

2.2 新式開車模式

所謂新式開車模式就是區(qū)別于常規(guī)開車模式的一種新思路新方法，即在配套的空分裝置停車時(shí)或空分裝置跳車時(shí)，人為操作啟用后備氧系統(tǒng)直接向氣化工段供應(yīng)氧氣，以確保氣化爐的開車投料，與此同時(shí)完成空分裝置的開車，從而縮短系統(tǒng)恢復(fù)正常生產(chǎn)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、增產(chǎn)創(chuàng)效。截至目前，尚無化工企業(yè)空分裝置停車后用后備氧系統(tǒng)供氣化爐投料的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

2.3 2種開車模式的比較

常規(guī)開車流程：汽輪機(jī)啟動(dòng)→空壓機(jī)、增壓機(jī)加載→氣膨／液膨投用→高壓氧外供→氣化爐建立氧氣流量→氣化爐投料→并氣。

新式開車流程：后備氧系統(tǒng)啟動(dòng)→氣化爐建立氧氣流量→氣化爐投料→并氣。

3 后備氧系統(tǒng)供氣化爐投料的可行性分析

正常運(yùn)行時(shí)，液氧從空分主冷取出，出冷箱進(jìn)入液氧貯槽，通過液氧泵加壓后，重新返回空分冷箱主換熱器復(fù)溫后作為高壓氧氣產(chǎn)品送出；當(dāng)空分裝置跳車時(shí)，聯(lián)鎖啟動(dòng)后備氧系統(tǒng)，液氧貯槽中的液氧經(jīng)液氧泵壓縮后通過液氧調(diào)節(jié)閥切換進(jìn)入水浴式汽化器，汽化后得到的氣態(tài)氧氣送入氧氣管網(wǎng)供氣化爐使用。正常運(yùn)行與空分裝置跳車時(shí)，雖共用3臺(tái)液氧泵，但兩路卻分別單獨(dú)運(yùn)行。

氣化爐于5.9 MPa（負(fù)荷）運(yùn)行時(shí)，單燒嘴耗氧量V耗＝9 600 m3／h；液氧貯槽液位100%時(shí)，V＝1 500 m3，液氧密度 ρ＝1 140 kg／m3（標(biāo)況下氧氣密度 ρ標(biāo)況＝1.429 kg／m3）。而正常運(yùn)行時(shí)液氧貯槽液位一般為85%，汽化后得到的氣態(tài)總氧氣量為 V氣＝m÷ρ標(biāo)況＝ρV÷ρ標(biāo)況＝1500×0.85×1140÷1.429＝1 017 144.86 m3，則在投后備氧系統(tǒng)后雙爐（8個(gè)燒嘴）雙系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)行時(shí)間τ＝V氣÷（V耗×8）＝1017144.86÷（9600×8）＝13.24 h。

可見，空分裝置跳車切換為后備氧系統(tǒng)供氧后，仍可維持雙爐雙系統(tǒng)運(yùn)行約13 h。因此，當(dāng)系統(tǒng)短停時(shí)，只要后系統(tǒng)（氣化工段、甲醇凈化工段、甲醇合成工段）具備開車條件，就不必等待空分裝置開車完成后再進(jìn)行后系統(tǒng)開車，可以直接利用后備氧系統(tǒng)供單臺(tái)氣化爐投料并保證運(yùn)行時(shí)間至少15 h。

4 新式開車法操作時(shí)間節(jié)點(diǎn)及關(guān)鍵步驟

（1）確認(rèn)液氧貯槽液位在60%以上（可滿足單爐至少運(yùn)行10 h）。

新型干法水泥窯協(xié)同處置就是利用水泥回轉(zhuǎn)窯設(shè)備在焚燒處理廢棄物的同時(shí)產(chǎn)生熟料。在繼承傳統(tǒng)垃圾焚燒爐的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，有機(jī)地將自身高溫、循環(huán)等優(yōu)勢發(fā)揮出來。既能充分利用廢物中的有機(jī)成分的熱值實(shí)現(xiàn)節(jié)能，又能完全利用廢物中的無機(jī)成分作為原料生產(chǎn)熟料；既能使廢棄物中的有毒有害有機(jī)物在新型干法回轉(zhuǎn)窯的高溫環(huán)境中完全焚毀，又能使廢物中的有毒有害重金屬固定到熟料中。同時(shí)還可以處理垃圾處理過程中產(chǎn)生的臭氣和污水濃縮液，能有效防止二次污染。以熱盤爐預(yù)焚燒為例的焚燒系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

（2）確認(rèn)液氧泵正常和水浴式汽化器滿足運(yùn)行條件（1.2 MPa蒸汽正常供應(yīng)）。

（3）確認(rèn)中低壓氮?dú)夂髠湎到y(tǒng)投用，能為后系統(tǒng)置換提供介質(zhì)。

（4）據(jù)液氧儲(chǔ)量和空分裝置開車進(jìn)度，計(jì)算確定氣化爐投料時(shí)間，做好銜接工作，提前進(jìn)行烘爐、建立水循環(huán)及相關(guān)的安全邏輯調(diào)試等準(zhǔn)備工作。

（5）結(jié)合空分裝置開車進(jìn)度情況，氣化工段按照開車方案執(zhí)行開車程序。

（6）建立煤漿流量后，空分崗位聯(lián)系儀控崗位投后備氧系統(tǒng)，但操作之前需開啟氣化現(xiàn)場氧氣放空閥，以防管線憋壓。

（7）氣化裝置接氧時(shí)，空分操作人員通過提高液氧泵負(fù)荷的方法緩慢增加氧量，外供高壓氧，氣化現(xiàn)場進(jìn)行放空。

（8）建立氧氣流量，氣化爐投料。

（9）氣化爐升壓并氣，后系統(tǒng)接氣開車。

（10）空分裝置完成開車，產(chǎn)出液氧產(chǎn)品，待裝置運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行返氧操作（即充實(shí)液氧貯槽）。

（11）熱電鍋爐負(fù)荷根據(jù)空分裝置開車進(jìn)度作相應(yīng)調(diào)整，保證后系統(tǒng)蒸汽用量。

采用新式開車法時(shí)需特別注意以下兩點(diǎn)：本后備氧系統(tǒng)中無放空閥，一旦外供氣化裝置高壓氧超量，如系統(tǒng)未及時(shí)調(diào)節(jié)，將導(dǎo)致氧管線憋壓，存在重大安全隱患，故需謹(jǐn)慎操作，空分工段、氣化工段及調(diào)度需密切配合；此外，一定要根據(jù)空分裝置開車時(shí)長（分為冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動(dòng)）估算氣化裝置投料時(shí)間，以便在后備氧系統(tǒng)運(yùn)行后期順利銜接空分裝置產(chǎn)出的氧氣，保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

5 經(jīng)濟(jì)效益

空分裝置停車時(shí)用后備氧系統(tǒng)供氣化爐投料的新方式，主要作用是直接利用后備氧系統(tǒng)供單臺(tái)氣化爐投料，而不必等待空分裝置開車完成（節(jié)省系統(tǒng)開車時(shí)間），系統(tǒng)恢復(fù)正常生產(chǎn)的時(shí)間大約可節(jié)省8 h，對于單爐生產(chǎn)甲醇生產(chǎn)線而言，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀：可節(jié)省烘爐用天然氣，按天然氣耗量120 m3／h、天然氣價(jià)格2元／m3計(jì)算，節(jié)省費(fèi)用120×8×2＝1 920元；提前8 h產(chǎn)出精醇，按精醇產(chǎn)量45 t／h、精醇價(jià)格2 100元／t計(jì)算，其效益為45×8×2100＝756 000元。上述兩項(xiàng)合計(jì)，直接經(jīng)濟(jì)效益為1920+756000＝757 920元。

6 結(jié)束語

600 kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目是一個(gè)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)水、電、氣、汽等公用工程管網(wǎng)密集、互相影響互相制約，通過分析，兗礦新疆煤化工有限公司自主首次創(chuàng)新的 “空分裝置停車時(shí)用后備氧系統(tǒng)供氣化爐投料”的新式開車模式取得了成功。該創(chuàng)舉大膽設(shè)想、小心求證，實(shí)踐證明可提前氣化裝置的投料時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、增產(chǎn)創(chuàng)效。此新式開車模式不僅是大膽嘗試、技術(shù)革新，更是為后續(xù)的生產(chǎn)操作積累了寶貴的操作經(jīng)驗(yàn)，為化工生產(chǎn)領(lǐng)域開創(chuàng)了新的思維模式，為業(yè)內(nèi)其他企業(yè)生產(chǎn)操作模式的創(chuàng)新提供了一些參考與借鑒。