69000Nm3/h空分裝置大加溫優(yōu)化應(yīng)用

朱玉芹

(河南能源化工集團(tuán)鶴煤化工分公司，河南 鶴壁 458000)

鶴壁煤化工60萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目配套最大制氧能力69000 Nm3/h的空分裝置，主要向氣化、甲醇裝置等各個(gè)裝置提供合格高壓氧氣、高中壓氮?dú)狻x表空氣，副產(chǎn)液氧、液氮、液氬，流程見(jiàn)圖1。

圖1 空分裝置流程簡(jiǎn)圖

1 空分裝置大加溫的必要性

在空分裝置中，水分及二氧化碳不可能全部、徹底清除。在生產(chǎn)中表現(xiàn)為換熱器的阻力不斷增加，氣體流通的自由截面減少，空氣量減少；雖經(jīng)吸附器吸附，其吸附效率只能達(dá)到97%左右，其余部分也會(huì)引起主冷等部位局部堆積。為了消除這些積聚的水分、二氧化碳、乙炔等雜質(zhì)，當(dāng)空分設(shè)備運(yùn)行3年左右，就需要停車(chē)進(jìn)行加溫吹除操作。

對(duì)于單體倒換使用的設(shè)備，當(dāng)吸附劑被乙炔和二氧化碳飽和時(shí)，為了恢復(fù)其吸附能力，要定期進(jìn)行加溫再生。從而恢復(fù)低溫泵、膨脹機(jī)、冷箱主換熱器及吸附劑等的使用能力，提高換熱效果，降低能耗，提高氧的提取率，確?？辗盅b置的安全運(yùn)行和正常生產(chǎn)。

2 空分裝置原加溫吹掃方案

空分裝置加溫吹掃方案是啟動(dòng)壓縮機(jī)、空氣預(yù)冷、純化系統(tǒng)，對(duì)冷箱及膨脹機(jī)利用加溫氣管線采用加溫空氣返流吹掃，空分裝置加溫應(yīng)該在冷箱內(nèi)所有液體全部排盡并且靜置一至二小時(shí)之后才能進(jìn)行，加溫氣使用分子篩純化后的干燥空氣，露點(diǎn)(<-50℃)和二氧化碳含量(<0.5 ppm)合格，加溫過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加溫氣管線手動(dòng)閥門(mén)控制合理分配加溫氣量，保證所有設(shè)備溫度均勻上升，上升速度控制在10℃/h，并且加溫剛開(kāi)始時(shí)氣量不宜過(guò)大，以避免發(fā)生熱應(yīng)力，按照液空設(shè)計(jì)加溫方案需要倒換19個(gè)盲板；加溫前需對(duì)加溫管線進(jìn)行吹掃，合格后才能開(kāi)始加溫，吹掃加溫管線需3天，使用的加溫氣只占總量的8%左右，此氣量下，完成加溫吹掃需要3天左右，共計(jì)7天左右。加溫前需拆除加溫管線的盲板，由于原始設(shè)計(jì)未在盲板后加閥門(mén)，倒換盲板，相當(dāng)于冷箱與外界連通，導(dǎo)致大量冷量泄漏，會(huì)導(dǎo)致附近冷箱及管線冷脆，出現(xiàn)噴砂事故。加溫結(jié)束后應(yīng)立即恢復(fù)盲板和閥門(mén)，關(guān)閉所有的加溫氣閥。加溫后期拆除所有涉及冷箱內(nèi)部以及低溫液體管線的分析點(diǎn)、壓力、壓差等取樣點(diǎn)的接頭，對(duì)儀表測(cè)量管進(jìn)行加溫。

3 原大加溫流程存在問(wèn)題

法液空設(shè)計(jì)的冷箱加溫系統(tǒng)由7個(gè)加溫氣進(jìn)口控制閥、6塊“8”字盲板，6個(gè)泄放口盲法蘭組成，在加溫開(kāi)始前，7個(gè)加溫氣閥門(mén)打開(kāi)，“8”字盲板轉(zhuǎn)向后，加溫氣進(jìn)入冷箱對(duì)冷箱內(nèi)設(shè)備和管道進(jìn)行加溫，加溫后氣體由6個(gè)泄放口盲法蘭脫開(kāi)泄放，但在實(shí)際加溫過(guò)程中，此加溫流程設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題：

(1)加溫時(shí)間周期長(zhǎng)，按照原設(shè)計(jì)，空分裝置加溫需要7天時(shí)間。

(2)現(xiàn)場(chǎng)操作多為手動(dòng)閥門(mén)操作，需倒換大量盲板和盲法蘭，泄放口盲法蘭無(wú)法控制加溫氣量，無(wú)法合理分配加溫氣量，升溫速率不宜控制；

(3)加溫氣管線15～150 mm不等，加溫氣量小，加溫氣量只占總空氣量的8%左右，92%的空氣量通過(guò)空壓機(jī)放空閥排放，消耗巨大；

(4)加溫前需倒換盲板，易引起冷量外泄，造成冷箱噴砂凍傷事故；

(5)加溫時(shí)，加溫氣直接排放會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)72 h左右，對(duì)員工健康及公司周邊環(huán)境造成影響；

(6)下塔加溫氣泄放口盲法蘭處由于壓力較高，加溫完成后不能直接恢復(fù)，這將延長(zhǎng)空分設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間。

(7)加溫完成后，盲板恢復(fù)過(guò)程中，易將外界濕空氣帶入，降低加溫效果，堵塞換熱器通道，影響換熱及正常的精餾效果。

4 空分加溫優(yōu)化流程方案簡(jiǎn)介

針對(duì)液空加溫流程設(shè)計(jì)的不足之處，通過(guò)對(duì)空分流程進(jìn)行分析，提出了采用正流空氣對(duì)膨脹機(jī)、低溫泵及冷箱進(jìn)行加溫的優(yōu)化方案。此方案通過(guò)空氣進(jìn)冷箱副線閥門(mén)將加溫氣導(dǎo)入下塔，調(diào)節(jié)相關(guān)管線閥門(mén)加溫上塔，利用主塔頂部放空閥控制上塔壓力，通過(guò)相關(guān)閥門(mén)控制粗氬塔及精氬塔壓力。完成以上操作后，控制精餾塔、換熱器、管道的溫度復(fù)升速度不大于10℃/h，使設(shè)備溫度緩慢、均勻回升。加溫時(shí)要讓氣體在塔內(nèi)充分流動(dòng)，讓每條管路，每個(gè)容器都有氣體通過(guò)避免出現(xiàn)死區(qū)。另外加溫時(shí)要經(jīng)常檢查加溫閥門(mén)的排氣情況，根據(jù)溫升速度調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度。既要防止急劇升溫導(dǎo)致應(yīng)力過(guò)大而損壞設(shè)備，又要防止加溫溫度過(guò)低從而延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間?？辗旨訙貎?yōu)化后的加溫操作步驟如下：

4.1 裝置排液過(guò)程

對(duì)裝置及管線進(jìn)行排液，確認(rèn)所有液體已經(jīng)排盡，關(guān)閉所有排液閥門(mén)，空分裝置必須靜置2 h才能進(jìn)入加溫階段。在排液后期，通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制上塔壓力維持在26～35 kPa，防止下塔的高壓氣體竄入上塔引起超壓。

4.2 空分裝置正流加溫干燥

4.2.1 裝置啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作

空壓機(jī)具備啟動(dòng)條件。運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備冷卻換器的冷卻水投送正常。儀表氣體投送正常，各個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備密封氣調(diào)節(jié)正常，確保機(jī)械設(shè)備油站油泵運(yùn)行正常。

4.2.2 工藝準(zhǔn)備工作

確認(rèn)空分裝置各閥門(mén)均已處在關(guān)閉狀態(tài)，特別是中壓和低壓系統(tǒng)的聯(lián)系閥門(mén)。確認(rèn)ET01的進(jìn)出閥關(guān)閉。認(rèn)空壓機(jī)C01、ET01、增壓機(jī)C05等密封氣調(diào)節(jié)正常，確保油泵運(yùn)行正常。確F01自潔式過(guò)濾器已啟用，空壓機(jī)正常運(yùn)行， 且導(dǎo)葉～15%，壓力設(shè)定0.48 MPa自動(dòng)控制，遠(yuǎn)離空壓機(jī)的喘振控制線?？諌簷C(jī)出口壓力PI1005>0.45 MPa，點(diǎn)擊HSH1003投預(yù)冷系統(tǒng)，空氣預(yù)冷系統(tǒng)正常運(yùn)行。確認(rèn)分子篩正常運(yùn)行，保持程序處于“MAN”狀態(tài)，AIT1239<1 ppm，此時(shí)分子篩程序必須處于加熱或冷吹階段，調(diào)整再生氣量控制在19308～52700 Nm3/h，此過(guò)程必須密切關(guān)注空壓機(jī)出口壓力以及上塔壓力的變化。確認(rèn)分子篩后露點(diǎn)合格，依次投用加溫管線。

4.3 冷箱導(dǎo)氣加溫干燥

4.3.1 第一階段加溫

加溫對(duì)象主要是主換熱器E01，過(guò)冷器E03，下塔K01。通過(guò)調(diào)整電磁閥HV1296B控制升溫速率，給裝置下塔進(jìn)行導(dǎo)氣。在此期間跟蹤空壓機(jī)出口壓力，保證空壓機(jī)遠(yuǎn)離喘振曲線。這一階段加熱時(shí)間大約10 h。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：出主換高壓液空處溫度TI1530在零度以上，并且露點(diǎn)分析合格。

4.3.2 第二階段加溫

加溫對(duì)象是E02、K02，輔助加溫氬塔。通過(guò)下塔到上塔的調(diào)節(jié)閥(液氧液面調(diào)節(jié)閥FV1556、液氮調(diào)節(jié)閥FV1557、下塔液空調(diào)節(jié)閥LV1601等)給上塔導(dǎo)氣加溫，并通過(guò)上塔壓力控制閥PV1626B控制上塔壓力PI1626不超過(guò)30 kPa。這一階段加熱時(shí)間大約10 h。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：出主冷不凝氣排放閥溫度TI1667在零度以上，并且露點(diǎn)分析合格。

4.3.3 第三階段加溫

加溫對(duì)象是粗氬塔K10，精氬塔K11。通過(guò)上塔到粗氬塔閥門(mén)及粗氬到精氬塔閥門(mén)FV1704對(duì)氬塔進(jìn)行加溫。通過(guò)粗氬塔放空閥HV1720來(lái)控制粗氬塔升溫速率及壓力；這一階段加熱時(shí)間大約10 h。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：粗氬塔頂部溫度TI1730溫度在零度以上，且露點(diǎn)分析合格。

4.3.4 第四階段加溫

本階段加溫對(duì)象是六臺(tái)低溫液體泵。低溫液體泵的加溫按照液體泵操作程序進(jìn)行單體加溫；結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是六臺(tái)低溫液體泵出口溫度均在零度以上。

大加溫結(jié)束時(shí)，關(guān)閉相應(yīng)的各個(gè)閥門(mén)，裝置停車(chē)，迅速恢復(fù)法蘭及“8”字盲板，關(guān)閉冷箱進(jìn)出口閥門(mén)，封閉冷箱。裝置停車(chē)，冷箱內(nèi)部保壓。

5 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)介紹

(1)空分裝置加溫方式加溫氣正流全面同步加溫替代加溫氣返流加溫，通過(guò)500 mm空氣入冷箱副線將加溫空氣引入冷箱，可以將加溫氣量提升至總空氣量的20%～30%，而法液空加溫氣只能占到總空氣量的8%，將空壓機(jī)機(jī)組放空量減少12%～22%，極大的提高了加溫氣的利用率。

(2)該加溫方案，避免了現(xiàn)場(chǎng)倒換盲板、盲法蘭和對(duì)加溫管線吹掃，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)操作步驟，極大的減少了加溫時(shí)間，加溫時(shí)間由7天減少至4天。

(3)該加溫方案主要通過(guò)空分控制系統(tǒng)中自動(dòng)閥門(mén)控制，加溫氣量和升溫速率均可以通過(guò)主控控制畫(huà)面中的溫度點(diǎn)和流量觀察到，根據(jù)升溫曲線，充分利用加溫氣體的熱量，主塔頂部溫度TI1626和氬塔頂部溫度TI1730分別達(dá)到4℃和2℃以上，主塔和氬塔復(fù)溫溫度幾乎一致，說(shuō)明系統(tǒng)得到了徹底加溫，裝置升溫更加均勻，避免了熱應(yīng)力過(guò)大而損壞設(shè)備。

(4)加溫氣是通過(guò)PV1626B、PV1626A和HV1720排放，不僅可以根據(jù)設(shè)備壓力調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度，而且避免了原設(shè)計(jì)中通過(guò)盲法蘭進(jìn)行排放引起的巨大噪聲，極大的減少了加溫時(shí)對(duì)員工健康和公司周邊環(huán)境的影響。

(5)避免了倒換盲板時(shí)，大量冷氣外泄對(duì)冷箱壁造成損害，引起冷脆，造成噴砂事故及現(xiàn)場(chǎng)工作人員人身傷害的幾率

(6)避免了加溫完成后倒換盲板和法蘭蓋時(shí)濕空氣進(jìn)入冷箱，空分開(kāi)車(chē)時(shí)，濕空氣結(jié)冰，堵塞換熱器通道，影響換熱效果，降低氧提取率，影響氧氣純度。

6 加溫優(yōu)化后的實(shí)施效果

空分裝置的加溫操作徹底與否直接關(guān)系到加溫后空分設(shè)備能否平穩(wěn)運(yùn)行及運(yùn)行能耗的高低，該空分加溫優(yōu)化于2017年10月在空分檢修期間實(shí)施，法液空空分裝置加溫設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題得到了解決，實(shí)踐證明該加溫方案完全可以實(shí)現(xiàn)空分裝置冷箱溫度由-190℃復(fù)溫至0℃以上，該方案的應(yīng)用，降低了加溫費(fèi)用，縮短了空分檢修及開(kāi)車(chē)時(shí)間，這對(duì)提高公司的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。