空冷塔出口溫度升高原因分析及處理措施

董傳利,陳海笑

(河南能源新鄉(xiāng)中新化工有限公司,河南新鄉(xiāng) 453800)

1 裝置概況

河南能源新鄉(xiāng)中新化工有限公司空分裝置采用開封空分集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)制造的KDON-40000/30000型空分裝置,設(shè)計(jì)氧氣體積流量為40 000 m3/h、氮?dú)怏w積流量為30 000 m3/h、氬氣體積流量為1 200 m3/h。該空分裝置采用全低壓分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、全精餾無(wú)氫制氬、空氣增壓液氧內(nèi)壓縮流程,整套設(shè)備包括空氣過(guò)濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、全精餾無(wú)氫制氬系統(tǒng)、液體貯存及汽化系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。

空分裝置空氣預(yù)冷系統(tǒng)空冷塔的下部裝填不銹鋼鮑爾環(huán),上部散堆聚四氟乙烯鮑爾環(huán)填料?？諝鈴目绽渌撞窟M(jìn)入,經(jīng)過(guò)中部約32 ℃、600 t/h的循環(huán)水進(jìn)行初步降溫,再經(jīng)過(guò)頂部8 ℃、115 t/h的冷凍水進(jìn)行深度降溫至10 ℃左右后,最終空氣經(jīng)空冷塔頂部送至純化裝置。冷凍水溫度和空冷塔出口溫度差一般控制在1.5 K。

2 事件經(jīng)過(guò)

空分裝置在夏季運(yùn)行過(guò)程中,壓縮機(jī)組潤(rùn)滑油溫度持續(xù)升高,循環(huán)水溫度無(wú)法保證油冷卻器正常運(yùn)行,造成機(jī)組軸溫升高,影響正常生產(chǎn)運(yùn)行。在空冷塔冷凍水管線實(shí)施技改,將去空冷塔頂部換熱的冷凍水引出1股DN40管線并入機(jī)組潤(rùn)滑油換熱器循環(huán)水上水管線,體積流量約為10 m3/h,同時(shí)去空冷塔的冷凍水調(diào)節(jié)閥也及時(shí)開大進(jìn)行提量操作,在保證冷凍水去空冷塔流量不變的情況下,空冷塔出口溫度發(fā)生持續(xù)升高的情況。

空氣預(yù)冷系統(tǒng)的冷凍水來(lái)源是循環(huán)水,該部分循環(huán)水先補(bǔ)入水冷塔,在水冷塔內(nèi)與空分精餾塔來(lái)的污氮?dú)庵苯咏佑|,利用污氮?dú)獾牟伙柡投冗M(jìn)行換熱后,再經(jīng)過(guò)溴化鋰機(jī)組進(jìn)一步降溫送入空冷塔頂部與空氣換熱。循環(huán)水系統(tǒng)在此期間為了降低補(bǔ)水量,持續(xù)加入硫酸,提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)減少補(bǔ)水量,經(jīng)過(guò)分析后循環(huán)水總硬度、總堿度、電導(dǎo)率、二氧化硅指標(biāo)均出現(xiàn)不同程度的升高[1]。

2022年5月23日開始投用冷凍水去油冷器管線,同時(shí)中控主操為了防止去空冷塔冷凍水減小,及時(shí)開大冷凍水去空冷塔調(diào)節(jié)閥(FV4102),以滿足去空冷塔的水量在正常范圍內(nèi)。2022年5月25日由于空冷塔溫度持續(xù)升高,冷凍水和空冷塔出口溫差越來(lái)越大,高達(dá)3 K?，F(xiàn)場(chǎng)將冷凍水去油冷器閥門關(guān)小。直至2022年5月28日,冷凍水和空冷塔出口溫差漲至6.37 K,空冷塔出口溫度升至15.17 ℃。

空冷塔出現(xiàn)問(wèn)題后采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1(數(shù)據(jù)采集均在上午8—10點(diǎn))。

表1 空冷塔事故相關(guān)數(shù)據(jù)

3 指標(biāo)趨勢(shì)說(shuō)明及對(duì)應(yīng)處理措施

(1) 2022年5月23日中午開始投用冷凍水去油冷器新管線。

(2) 2022年5月24日因當(dāng)天氣溫較高,油溫上升較快,冷凍水去油冷器閥門逐漸開大。中控為了防止去空冷塔冷凍水減小,及時(shí)開大FV4102(59.7%—60.5%—61.7%)。

(3) 2022年5月25日由于空冷塔溫度持續(xù)升高,冷凍水和空冷塔出口溫差越來(lái)越大,現(xiàn)場(chǎng)將冷凍水去油冷器大閥門關(guān)小。分析原因可能是冷凍水進(jìn)空冷塔流量減小,打破原有換熱平衡[2]。

(4) 2022年5月26日逐漸增加去空冷塔冷凍水量和冷卻水量,無(wú)效果,空冷塔出口溫度持續(xù)上漲。

(5) 2022年5月27日啟動(dòng)2臺(tái)冷凍水泵,將進(jìn)空冷塔冷凍水體積流量加至119 m3/h,溫差暫時(shí)變小,但由于溴化鋰機(jī)組負(fù)荷過(guò)高,冷凍水溫度持續(xù)上漲,于是雙泵運(yùn)行4 h后,改為單臺(tái)泵運(yùn)行。同時(shí),在水冷塔內(nèi)加入非氧化殺菌劑SD-635,效果不明顯,空冷塔出口溫度持續(xù)上漲。純化系統(tǒng)2臺(tái)分子篩冷吹峰值均有所下降,由原來(lái)的160 ℃逐漸降低為158 ℃。加熱低值由-6 K上漲至-1 K,工況持續(xù)惡化,于是純化系統(tǒng)及時(shí)調(diào)大再生氣量和再生溫度,以保證分子篩各指標(biāo)正常。

(6) 2022年5月28日再次對(duì)該現(xiàn)象重新分析,懷疑是循環(huán)水中二氧化硅含量高,有部分結(jié)晶現(xiàn)象。對(duì)循環(huán)水各指標(biāo)進(jìn)行分析,其中二氧化硅質(zhì)量濃度高達(dá)11 000 μg/L,硬度為1 355 mg/L。對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)一次水指標(biāo)進(jìn)行分析,其中二氧化硅質(zhì)量濃度為1 310 μg/L,硬度為294 mg/L。于是將冷凍水水源由循環(huán)水切換為軟化水。啟動(dòng)2臺(tái)冷凍水泵運(yùn)行,并將冷凍水去油冷器閥門關(guān)閉,開大污氮?dú)馊ニ渌y門,對(duì)水冷塔內(nèi)水溫進(jìn)行嚴(yán)格控制,工況開始好轉(zhuǎn)。

(7) 2022年5月28日—6月5日,一直雙臺(tái)冷凍水泵運(yùn)行,工況逐漸好轉(zhuǎn),空冷塔溫度持續(xù)降低,溫差逐漸變小。2022年5月27日—6月4日,每天都向水冷塔內(nèi)添加非氧化殺菌劑SD-635。

(8) 2022年6月5日溫差降至0.7 K,此時(shí)停2號(hào)冷凍水泵,冷凍水體積流量降為100 m3/h,溫差保持在1 K,相較之前指標(biāo)更優(yōu)化。

4 空冷塔出口溫度持續(xù)升高原因分析

(1) 冷凍水水源原為循環(huán)水,二氧化硅含量和硬度均超標(biāo),其中二氧化硅質(zhì)量濃度高達(dá)11 000 μg/L,硬度為1 355 mg/L,而二氧化硅在一定濃度和低溫條件下易結(jié)晶[3]。

(2) 冷凍水技改去機(jī)組油冷器新加DN40閥門開度較大,為了降機(jī)組油溫,該閥門現(xiàn)場(chǎng)最大開至5～6絲。雖然中控及時(shí)開大冷凍水去空冷塔調(diào)節(jié)閥,但流量仍有減小趨勢(shì),導(dǎo)致空冷塔內(nèi)部換熱平衡被打破。有部分熱空氣未被冷卻而出塔,而低溫冷凍水與這部分熱空氣接觸形成晶體,導(dǎo)致?lián)Q熱效果差,溫差變大[4]。

5 處理措施

(1) 當(dāng)溫差逐漸變大時(shí),及時(shí)開大冷凍水和冷卻水流量,效果不明顯。隨后又逐漸減小冷凍水與冷卻水量,希望對(duì)塔盤形成一定擾流,打破既有平衡,效果仍不理想。

(2) 關(guān)小冷凍水去油冷器閥門,啟動(dòng)雙泵運(yùn)行,效果仍不明顯。

(3) 前期向水冷塔加入非氧化殺菌劑SD-635,效果不明顯。但后期將冷凍水水源由循環(huán)水切換為軟化水,且持續(xù)向水冷塔內(nèi)添加后,效果開始顯現(xiàn)。

(4) 將冷凍水由循環(huán)水切換為軟化水,冷凍水去油冷器閥門全部關(guān)閉,開大污氮?dú)馊ニ渌饬?啟動(dòng)雙臺(tái)冷凍水泵運(yùn)行,工況開始出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。

(5) 根據(jù)溴化鋰機(jī)組工況,及時(shí)對(duì)冷凍水去空冷塔流量進(jìn)行調(diào)節(jié),夜間FV4102閥位一般控制在67%,體積流量為124 m3/h,白天溫度高,溴化鋰機(jī)組負(fù)荷太高,制冷量不足,一般將FV4102閥位控制在65%,體積流量為117 m3/h。

(6) 時(shí)刻關(guān)注2臺(tái)分子篩的運(yùn)行情況,包括加熱最低溫度、末期溫度、冷吹峰值、各階段露點(diǎn)、出口二氧化碳含量等一系列指標(biāo),及時(shí)對(duì)再生氣量與再生溫度進(jìn)行調(diào)整,確保分子篩正常運(yùn)行。

(7) 主塔內(nèi)總烴含量手動(dòng)分析由每天1次改為每班1次,工況正常后分析頻次恢復(fù)至原來(lái)每天1次。

6 結(jié)語(yǔ)

該空分裝置空氣預(yù)冷系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析和摸索基本上找到了問(wèn)題的根源,根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行一系列調(diào)整操作最終使裝置恢復(fù)到正常狀態(tài)。在今后的生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)控各項(xiàng)工藝指標(biāo),尤其是裝置經(jīng)過(guò)一些技改投用之初,一定要緩慢操作,時(shí)刻分析各數(shù)據(jù)變化,并制定詳細(xì)的應(yīng)急處置措施,保證裝置安穩(wěn)運(yùn)行。