42000m3／h空分裝置運(yùn)行總結(jié)

彭 偉

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司主裝置配套的2套空分裝置型號(hào)為KDON42000／31000，采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)用了空氣壓縮和增壓一體機(jī)組、常溫分子篩空氣凈化、液氧內(nèi)壓縮、下塔抽取壓力氮、中壓增壓透平膨脹機(jī)、膨脹空氣進(jìn)下塔、規(guī)整填料精餾塔等先進(jìn)的空分單元技術(shù)，并采用PLC、DCS（橫河）和ITCC（康吉森）過(guò)程控制系統(tǒng)完成空分裝置以及壓縮機(jī)組的監(jiān)控?？辗盅b置在試生產(chǎn)以及后來(lái)的生產(chǎn)中出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題，我們采取了相應(yīng)的措施?，F(xiàn)總結(jié)如下。

1 空分裝置的流程特點(diǎn)及產(chǎn)品指標(biāo)

1.1 流程特點(diǎn)

（1）空氣過(guò)濾器采用了粗濾和精濾雙層過(guò)濾，過(guò)濾精度達(dá)到H12（過(guò)濾效率＞99.5%，塵埃直徑＞0.5μm），過(guò)濾效率高；空氣過(guò)濾器占地面積小、阻力低，可在線(xiàn)更換過(guò)濾器部件，安全可靠且操作維護(hù)方便。

（2）空氣預(yù)冷系統(tǒng)利用污氮?dú)獾牟伙柡托约袄淞?，使循環(huán)水降溫而獲得冷凍水，降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也省去了冷水機(jī)組，減少了設(shè)備投資費(fèi)用和維修費(fèi)用。

（3）空冷塔和水冷塔均為填料塔，換熱效果好，阻力小，操作彈性大，可確?？諝獾某隹跍囟?，而且空冷塔設(shè)置了除沫器（氣液分離效率＞98%），能夠避免霧狀游離水被帶入分子篩吸附器?？绽渌械臍饬魉俣冗h(yuǎn)小于液泛發(fā)生時(shí)的臨界速度，能有效地防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）純化系統(tǒng)采用立式徑向流雙床層，正常情況下污氮?dú)馔ㄟ^(guò)蒸汽加熱器進(jìn)行普通再生，特殊情況下（如需活化時(shí)）再生氣可通過(guò)串聯(lián)特殊再生加熱器（電加熱器）進(jìn)行徹底活化。

（5）冷箱系統(tǒng)中，中、低壓塔采用規(guī)整填料，操作彈性（負(fù)荷）在75%～105%；低壓塔底部液氧接觸部位采用銅填料，能有效隔離主冷與易燃燒的鋁填料，可有效遏制萬(wàn)一出現(xiàn)局部主冷點(diǎn)火事故的擴(kuò)大化，提高裝置運(yùn)行的安全性。

（6）空分裝置所需的大部分冷量通過(guò)高效透平膨脹機(jī)獲得，膨脹機(jī)增壓端對(duì)增壓機(jī)出口空氣進(jìn)行增壓，與高壓換熱器的返流氣進(jìn)行換熱，這樣可以不用一壓到底（一次性完成加壓操作，而非多級(jí)層層加壓）的增壓機(jī)，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能降耗。

1.2 產(chǎn)品指標(biāo)（表1）

表1 42000m3／h空分裝置的產(chǎn)品指標(biāo)

2 試車(chē)中出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

2.1 疏水膨脹箱液位高高聯(lián)鎖造成汽輪機(jī)跳車(chē)

試車(chē)過(guò)程中，二階暖機(jī)時(shí)疏水膨脹箱液位高高聯(lián)鎖造成汽輪機(jī)跳車(chē)，起初懷疑是疏水泵（P88A／B）入口過(guò)濾器堵導(dǎo)致疏水泵不打量，于是清理了泵入口過(guò)濾器，再次開(kāi)啟機(jī)組，并提前手動(dòng)將疏水膨脹箱液位降低，在機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)臨界的過(guò)程中，手動(dòng)將備用疏水泵開(kāi)啟，保持雙泵運(yùn)行，降低疏水膨脹箱液位，但在機(jī)組轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速約1min后，仍然出現(xiàn)疏水膨脹箱液位高高聯(lián)鎖跳車(chē)。后經(jīng)分析認(rèn)為其原因是：疏水泵入口管線(xiàn)上沒(méi)有排氣管道，運(yùn)行中系統(tǒng)漏入的空氣造成了疏水泵氣縛；另外，冷凝水的溫度較高，也易造成疏水泵汽蝕。確認(rèn)原因后，我們?cè)谑杷玫娜肟诠芫€(xiàn)上增設(shè)了排氣管道，接至疏水膨脹箱內(nèi)。整改后，機(jī)組重啟，順利通過(guò)各階暖機(jī)至額定轉(zhuǎn)速，運(yùn)行正常。

2.2 分子篩CO2穿透致膨脹機(jī)過(guò)濾器冰堵

空分裝置水冷塔系統(tǒng)工藝流程如圖1。試車(chē)過(guò)程中，發(fā)生過(guò)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速一直下降無(wú)法控制而不得不人為停車(chē)的事故。事故經(jīng)過(guò)如下：空分裸冷時(shí)，由于進(jìn)空冷塔氣量增加，加之循環(huán)水溫度高，出空冷塔空氣溫度升至18℃，操作人員確認(rèn)出高壓換熱器污氮?dú)膺M(jìn)水冷塔閥（PV1626A）關(guān)閉后稍開(kāi)空冷塔出口空氣閥（HCV1023，其作用是開(kāi)車(chē)時(shí)代替污氮?dú)猓?，讓從空冷塔出?lái)的空氣經(jīng)過(guò)節(jié)流后送往水冷塔，通過(guò)加大進(jìn)水冷塔氣量來(lái)降低低溫水的溫度，使出空冷塔空氣溫度降至14℃；空分裸冷至膨脹機(jī)前溫度達(dá)－80℃時(shí)，膨脹機(jī)前壓力降低，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速逐步降低且波動(dòng)，最后被迫停車(chē)。

圖1 水冷塔系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

起初我們以為是管道吹掃不干凈所致，拆檢發(fā)現(xiàn)是分子篩穿透CO2（干冰）冰堵了膨脹機(jī)前過(guò)濾器，且過(guò)濾器吸癟。后經(jīng)分析認(rèn)為，此次事故的主要原因有以下幾點(diǎn)。

（1）之前由于CO2在線(xiàn)分析表缺少元件未能及時(shí)修復(fù)，一直指示滿(mǎn)量程，裸冷前分子篩后CO2取樣分析是在別的單位做的，分析結(jié)果為正常，冷箱內(nèi)露點(diǎn)檢測(cè)也正常，存在分子篩后CO2含量監(jiān)控不到位的可能。

（2）之前PV1626A閥位不對(duì)，調(diào)校中改變了閥的開(kāi)關(guān)反饋，反饋為關(guān)時(shí)，實(shí)際上為開(kāi)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)配管有問(wèn)題，HCV1023來(lái)氣與PV1626A來(lái)氣同時(shí)接在出低壓換熱器污氮?dú)膺M(jìn)水冷塔閥（FV1626）這條管線(xiàn)上，并且這2條管線(xiàn)相對(duì)著在同一條直線(xiàn)上，如此一來(lái)節(jié)流后空氣流速快，且當(dāng)上塔壓力波動(dòng)（降低）時(shí)，一部分濕空氣就會(huì)竄入再生氣里，造成分子篩再生不合格。

事故發(fā)生后，儀表人員修復(fù)了CO2在線(xiàn)分析表，校對(duì)了PV1626A的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并且操作中做到只要開(kāi)HCV1023必須確認(rèn)PV1626A已關(guān)閉。整改后，空分裸冷以及冷凍系統(tǒng)開(kāi)車(chē)，在很短的時(shí)間內(nèi)就產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品氣。

3 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

3.1 分子篩純化系統(tǒng)多次出現(xiàn)CO2穿透現(xiàn)象

由于環(huán)境空氣質(zhì)量差，尤其是吹西北風(fēng)的時(shí)候，低溫甲醇洗系統(tǒng)排放的CO2飄向空分壓縮機(jī)吸入口，造成分子篩純化系統(tǒng)多次出現(xiàn)CO2穿透現(xiàn)象。為此，生產(chǎn)中當(dāng)分子篩程序處于冷吹階段且距離冷吹結(jié)束時(shí)間小于20min時(shí)，我們會(huì)啟動(dòng)以下預(yù)案。

（1）當(dāng)發(fā)現(xiàn)分子篩純化系統(tǒng)出口CO2含量（AIT1293）超標(biāo)時(shí)，及時(shí)點(diǎn)擊“校驗(yàn)”，將CO2在線(xiàn)分析表聯(lián)鎖臨時(shí)解除，并給出一個(gè)小于報(bào)警值的假值，該假值一般在（0.1～1.0）×10－6。

（2）人為（手動(dòng)）干預(yù)分子篩順控，進(jìn)行切換（之后則按照正常順控程序進(jìn)行）。

（3）分子篩進(jìn)入第4步“加熱”階段時(shí)，啟動(dòng)電加熱器，一般啟動(dòng)2組，進(jìn)行特殊再生。

（4）吸附器切換后，待分子篩出口CO2含量降至1×10－6時(shí)，再將CO2在線(xiàn)分析表聯(lián)鎖恢復(fù)，退出“校驗(yàn)”模式。

（5）在空分壓縮機(jī)吸入口加裝CO2在線(xiàn)分析儀，當(dāng)空氣中CO2含量超標(biāo)時(shí)，操作人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并按照本預(yù)案及時(shí)處理。

分子篩純化系統(tǒng)的操作除制定了上述預(yù)案以外，我們據(jù)風(fēng)向和空氣分布圖對(duì)低溫甲醇洗系統(tǒng)CO2排放口進(jìn)行了改造，將低溫甲醇洗系統(tǒng)CO2排放口加高至160m；另外，利用大檢修機(jī)會(huì)我們對(duì)純化系統(tǒng)的分子篩進(jìn)行了更換，更換的高效分子篩CO2吸附能力較原來(lái)的普通型分子篩提高20%以上。

3.2 夏季空冷器負(fù)荷高致系統(tǒng)負(fù)荷受到影響

夏季環(huán)境溫度高，汽輪機(jī)乏汽空冷器（汽輪機(jī)乏汽空冷器有2個(gè)單元，每個(gè)單元為2列A型塔，每列A型塔配備3臺(tái)風(fēng)機(jī)，共6臺(tái)風(fēng)機(jī)）運(yùn)行負(fù)荷高，造成汽輪機(jī)排汽壓力高，空分裝置負(fù)荷受到影響。據(jù)汽輪機(jī)乏汽空冷器運(yùn)行參數(shù)以及環(huán)境溫度，在風(fēng)機(jī)和換熱管束之間增設(shè)脫鹽水噴霧降溫系統(tǒng)，即每臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝4路DN32環(huán)形管，每路都有閥門(mén)可控，環(huán)形管上安裝專(zhuān)用霧化噴頭，遇夏季高溫天氣時(shí)，可根據(jù)汽輪機(jī)排汽壓力的高低決定投用噴頭的數(shù)量，這樣既可保證空分裝置滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，又可節(jié)約脫鹽水。

3.3 液氮增產(chǎn)措施

氮?dú)庾鳛楦稍餁?、置換氣和密封氣，其穩(wěn)定供應(yīng)對(duì)后系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，每次大檢修或夏季生產(chǎn)時(shí)，氮?dú)夤?yīng)緊張而需外購(gòu)。為此，我們優(yōu)化了液氮增產(chǎn)的變工況操作，保證了氮?dú)獾墓?yīng)。具體方案如下。

（1）在保證空分裝置運(yùn)行負(fù)荷的情況下，盡可能全開(kāi)液氮產(chǎn)品采出閥（FV1630A）。

（2）循環(huán)水水溫高時(shí)，污氮?dú)獗M可能進(jìn)水冷塔，禁止打開(kāi)低壓換熱器污氮?dú)夥趴臻y（PV1626C）。

（3）據(jù)增壓機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，適時(shí)啟動(dòng)后備儀表空壓機(jī)，減少增壓機(jī)中抽儀表氣量。

（4）據(jù)氣體純度情況降低主冷溫差，適當(dāng)關(guān)小精餾塔主冷凝蒸發(fā)器不凝氣排放閥（HV1667A／B）。

（5）在膨脹機(jī)徑向軸承溫度（TI7913）允許的條件下，盡可能增加膨脹量。

（6）在保證全廠(chǎng)低壓氮?dú)庥昧康那闆r下，控制氮?dú)獠环趴?，增加液氮產(chǎn)量。

（7）嚴(yán)格控制高、低壓換熱器溫差，避免溫差大而造成冷損增加。

（8）液氧泵備用泵負(fù)荷降至5.0MPa以下，操作員須精心操作，嚴(yán)防主泵（在運(yùn)液氧泵）異常，若有異常，備用泵迅速加負(fù)荷。

另外，在空分裝置填平補(bǔ)齊項(xiàng)目中，將液氮貯槽容積增至5000m3，同時(shí)單套空分裝置液氮產(chǎn)量增至2600m3／h，如此一來(lái)，在開(kāi)車(chē)工況下單套空分裝置氮?dú)猱a(chǎn)量可達(dá)60000m3／h，2套空分裝置開(kāi)車(chē)工況下氮?dú)饪偖a(chǎn)量可達(dá)120000 m3／h（不包括后備氮?dú)庀到y(tǒng)的60000m3／h），既保證了各工況下氮?dú)獾挠昧浚钟胁糠忠旱怃N(xiāo)為公司創(chuàng)收。

4 尚待解決的問(wèn)題

目前，空分裝置運(yùn)行中還存在循環(huán)水溫度高、汽輪機(jī)軸承溫度探頭根部斷線(xiàn)致DCS界面上顯示為零、膨脹機(jī)徑向軸承溫度偏高等隱患，如何實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及長(zhǎng)周期運(yùn)行，還有大量的工作要做；另外，設(shè)備安裝、設(shè)計(jì)缺陷還需不斷修正或完善，操作人員操作水平還需不斷提高。今后我們?nèi)孕璨粩嗝髋c總結(jié)，對(duì)裝置持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)空分裝置的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)運(yùn)行。