36 000Nm3/h空分設(shè)備不能滿負荷運行的原因分析及處理對策

(呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

呼倫貝爾金新化工有限公司(以下簡稱金新化工)36 000Nm3/h空分設(shè)備由開封空分集團設(shè)計制造，采用空氣預(yù)冷、分子篩吸附凈化、增壓膨脹機、雙層浴式主冷，產(chǎn)品氧采用內(nèi)壓縮技術(shù)。該套空分設(shè)備是呼倫貝爾金新化工“5080”煤化工項目配套設(shè)備，在生產(chǎn)過程中占據(jù)極其重要的地位。

1 加負荷階段運行狀況

自空分設(shè)備2011年7月產(chǎn)出合格氧、氮氣以來，由于高壓蒸汽供應(yīng)及空壓機組運行狀況等方面的限制，空分設(shè)備負荷一直維持在75%左右(即氧氣產(chǎn)量為27 000Nm3/h)穩(wěn)定運行。后期在加負荷階段，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧氣取出量達到30 000Nm3/h時，出現(xiàn)以下現(xiàn)象。36 000Nm3/h空分設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)見表1。

(1)低壓主換熱器熱端溫差逐漸增大，部分氮氣和污氮氣出口溫度甚至降至0℃以下，熱端溫差達到10～15℃，管道上面也有冒汗現(xiàn)象。

(2)精餾上塔設(shè)計壓力為42kPa，此時上塔壓力達到48～54kPa。

(3)低壓主換熱器出口低壓氮氣和污氮氣氣量已經(jīng)超過設(shè)計流量，但管道出口壓力卻達到18kPa左右，超過設(shè)計值(設(shè)計值為15kPa)。

(4)進口膨脹機滿負荷運行，依然無法滿足主冷液位，主冷液位持續(xù)下降。

(5)精餾下塔阻力出現(xiàn)波動較大，在10～16kPa之間頻繁波動，下塔壓力氮氣純度和液空純度也因此出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

(6)下塔液空液位調(diào)節(jié)閥投自動位時，OP值波動幅度較大，閥位在52%～64%之間波動。

表1 36 000Nm3/h空分設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)

通過嘗試調(diào)節(jié)主換熱器低壓氮氣返流閥，增大高壓主換熱器出口低壓氮氣閥門HV01338開度，關(guān)小低壓主換熱器出口低壓氮氣閥門HV01335開度，希望通過調(diào)節(jié)氣體分配量縮小熱端返流氣體與正流空氣之間的溫差，提高主冷液位，但效果不明顯。在緩慢關(guān)閉低壓主換熱器出口低壓氮氣閥門HV01335和污氮氣閥門PV01331的同時，緩慢打開高壓主換熱器出口低壓氮氣閥門HV01338，此時精餾上塔壓力上升明顯，而打開高壓主換熱器出口低壓氮氣的閥門HV01338，卻對精餾上塔壓力幾乎無影響，閥位從45%開至90%，上塔壓力依然無下降趨勢，并且發(fā)現(xiàn)閥前壓力與精餾上塔壓力壓差很大，遠超設(shè)計值，現(xiàn)場檢查手動閥閥位和調(diào)節(jié)閥閥位，均指示正常。

2 故障原因分析

根據(jù)設(shè)備運行數(shù)據(jù)及現(xiàn)象，基本確認因高壓主換熱器低壓氮氣通道部分堵塞，造成低壓氮氣進入高壓換熱器的流量不足，而進入低壓換熱器的污氮氣、氮氣超過設(shè)計負荷，使低壓換熱器熱端溫差擴大。初步懷疑低壓氮氣通道堵塞可能是由以下幾個方面造成。

(1)在施工過程中管道或設(shè)備中遺留的塑料布、廢角料或鋁屑等施工垃圾，造成通道堵塞。

(2)在精餾系統(tǒng)調(diào)試前高壓主換熱器低壓氮氣通道可能殘留水分，造成低壓氮氣通道結(jié)冰堵塞。

(3)冷箱在珠光砂裝填完成后曾經(jīng)出現(xiàn)過導(dǎo)壓管斷裂，后進行扒砂處理，部分珠光砂可能從導(dǎo)壓管進入高壓主換熱器低壓氮氣通道，造成通道堵塞。高壓換熱器正、返流氣流通道見圖1。

圖1 高壓主換熱器正、返流氣體通道

根據(jù)開空設(shè)計人員意見，要確?？辗衷O(shè)備滿負荷運行，正常外供氧氣、氮氣，需要對冷箱進行加溫后扒砂檢修。一方面，冷箱扒砂工作量大、時間長、經(jīng)濟損失大，并且存在一定的危險性；另一方面，公司試車工作已進入關(guān)鍵時刻，需要盡快啟動空分設(shè)備，以滿足后系統(tǒng)試車要求。

3 反吹處理程序

經(jīng)過與開空設(shè)計人員交流討論，決定在冷箱不扒砂的情況下對高壓主換熱器低壓氮氣通道進行反吹。

從分子篩出口空氣管道接臨時管道至高壓主換熱器低壓氮氣管道，然后用高壓主換熱器出口手動蝶閥V01351和V01352控制反吹氣流。在低壓氮氣進高壓主換熱器前有DN80導(dǎo)淋作為反吹排放口，并在精餾上塔建立50kPa壓力，防止雜質(zhì)吹向過冷器。按照方案計劃，對2個高壓主換熱器分別反吹3次，若無效果，將低壓氮氣出低壓主換熱器閥門打開，將高壓主換熱器內(nèi)部不明雜質(zhì)吹向低壓主換熱器(因高壓主換熱器數(shù)量少于低壓主換熱器，相對來說通道充足，若出現(xiàn)換熱器阻力增加，操作裕度相對較大，容易調(diào)整)。

在吹掃過程中，發(fā)現(xiàn)高壓主換熱器E01302A通道阻力較大，在切換過程中系統(tǒng)壓力波動較大，加大對E01302A進行反吹，在反吹過程中排放口無異物吹出。后采用V01351控制間斷吹掃，卻發(fā)現(xiàn)手動蝶閥V01351開關(guān)時吹掃出現(xiàn)異常情況，全開時排放口有氣體排放，全關(guān)時依然有氣體排放，在中間位置卻處于全關(guān)位置。根據(jù)情況判斷，手動蝶閥V01351可能存在問題，檢修人員拆解后發(fā)現(xiàn)閥碟方向與指針指示方向有較大偏差。

4 處理結(jié)果

因為此蝶閥暫無現(xiàn)貨，制作周期較長，且后系統(tǒng)試車急需啟動空分設(shè)備，所以由檢修人員對該閥門進行改正加工，根據(jù)閥門閥碟具體位置，在手輪標(biāo)記閥門開關(guān)位置，通過對閥門手輪操作可以實現(xiàn)開關(guān)操作，基本具備工藝操作需求?？辗盅b置重新開車，氧氣產(chǎn)量順利達到設(shè)計值36 000Nm3/h，低壓氮氣產(chǎn)量達到設(shè)計值58 500Nm3/h，氧氣、氮氣純度均達到設(shè)計要求，設(shè)備滿負荷運行24h，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在滿負荷運行過程中，高、低壓主換熱器出口低壓氮氣均在15kPa左右，主冷液位保持穩(wěn)定，低壓主換熱器熱端溫差也基本達到設(shè)計值。

5 結(jié)語

采取上述處理措施后，36 000Nm3/h空分設(shè)備成功達到滿負荷運行，各項指標(biāo)均達標(biāo)。通過對此次故障的分析、處理，一方面解決了裝置運行過程中負荷加不起來的瓶頸問題，保證了裝置安全、穩(wěn)定和滿負荷運行；另一方面，從此過程中獲得了豐富的實際操作經(jīng)驗，為下一步裝置的優(yōu)化操作打下了良好的基礎(chǔ)，也確保了后系統(tǒng)裝置的試開車工作進度。