KDONAr-10000/6000/320型空分設備配置特點及調試總結

張勇志，周 冰

(1.河南開元空分集團有限公司，河南開封 475004;2.中國航空技術杭州有限公司，杭州 310013)

河南開元空分集團有限公司(以下簡稱開元)為某聚四氫呋喃生產線配套的KDONAr-10000/6000/320型空分設備于2013年11月進行試車投產。目前，該空分設備運行穩定，各項指標均達到或超過了設計值。但該設備在調試過程中出現的一些問題，有的是可以避免的，對此，筆者進行了歸納和分析，希望在以后項目執行中能夠節省時間和能源消耗。

1 產品要求及流程描述

1.1 裝置設計指標(見表1)

表1 裝置設計指標Table 1 Device design index

1.2 流程描述及配置

本套空分裝置采用常溫分子篩預凈化、增壓透平膨脹機制冷、規整填料上塔、全精餾無氫制氬、液氧內壓縮工藝、氮氣外壓縮流程。壓縮空氣經純化系統干燥吸附后分三股:一股直接進入主換熱器，與返流氣體換熱后進下塔;一股經膨脹機增壓端增壓冷卻后，進主換熱器冷卻至合適溫度，引出膨脹，后進入上塔參與精餾;另一股由空氣增壓機增壓后進入主換熱器，再經液氧蒸發器冷卻，節流后進入下塔。流程簡圖如圖1。

圖1 空分裝置流程簡圖Fig.1 Air separation unit flow chart

針對用戶不同用氧壓力需求，采用中壓液氧節流減壓方案:首先液氧泵升壓至1.5 MPa(G)，9820 Nm3/h液氧減壓后通過液氧蒸發器、主換熱器復熱送出，同時生產180 Nm3/h液氧經主換熱器復熱后調壓送用戶。

裝置配套原料空壓機和空氣增壓機為Cameron產品，其中增壓機排壓1.25 MPa(A)，輸出氣體中有～3000 Nm3/h供其它工段做儀表空氣;膨脹機生產廠家為Atlas，增壓機制動，低壓膨脹;液氧泵為ACD生產，迷宮式密封，變頻控制;環流篩板下塔，開元設計制造;主換熱器為混流式換熱器，國內廠家設計制造。

2 調試過程中遇到問題分析及處理

2.1 空壓機氣量不足原因分析

在裸冷期間，隨著進塔空氣量的增加，為保持空壓機出口壓力穩定，空壓機導葉會自動緩慢開大，甚至全開。本裝置調試時，由于空壓機運行離喘振線很近，影響到了后面工況的穩定。

10000等級空分配套空壓機為成熟機型，特別是國外廠家產品，出廠做過測試，質量和效率都是比較高的。在當時大氣條件、排氣量和壓力等條件下，空壓機廠家計算出的電流也與實測電流基本一致。當時懷疑是空壓機導葉開度有問題，現場檢查后發現導葉開關無異常，導葉實際開度與DCS顯示基本一致，顯示值為真值，排除導葉影響空壓機進氣量不足的可能。

壓縮機排氣量不足，說明已滿負荷，無再加載的能力。排除設計制造等本身原因后，從運行的角度，空壓機很可能偏離設計點運行。

從當時運行狀況并結合現場配管看，空壓機排氣管道不存在問題，設備、管道壓力降都在正常范圍內。機器供水、供油系統正常，各級進氣溫度正常。

檢查機前設備、管路，發現空壓機前有一前置過濾器，其內附著雜質較多。咨詢空壓機廠家，得到的回復是:試車正常后，開車用濾網應及時去除。即:空壓機前氣體過濾器僅為單機試車時使用，試車完畢應去除。由此，機器吸氣壓力降低，比容增大，吸氣能力變差。裸冷后期需要氣量多，機器滿負載運轉;用氣量變化，則排壓發生波動，稍有不慎就可能喘振。拆除濾網后，空壓機運行正常。

2.2 增壓機出口壓力波動

后續工段要求增壓機能夠提供大約3000 Nm3/h的儀表用氣。由于后續工段大部分處于調試階段，要進行吹掃等工作，用氣量波動較大。當增壓機控制跟蹤不及時，則工況發生波動，并極易導致增壓機的喘振。后來，在增壓機出口增加一個10 m3儀表氣緩沖罐，并且加強與后續工段的溝通，要求其用氣前進行通知，密切控制吹掃用氣量的波動幅度，及時調整，增壓機得以安全運行。

2.3 氮氣純度差的原因分析

調試中，氧氣純度產量達到設計值，氮氣純度不能滿足設計的10×10-6以下的要求。經反復調整，氮氣含氧可以維持在(22～30)×10-6，液氮含氧在30×10-6左右。上塔頂部氮氣與出主換熱器后氮氣純度基本一致，排除主換熱器微漏引起出主換熱器氮氣純度變差的可能。

下塔的作用是完成空氣的初步分離，產出滿足要求的液氮產品，并使液空含氧在設計范圍內。對于本裝置，可以通過液氮回流閥、貧液空節流閥的開度，調整各塔段回流比來實現。正常情況下，如果塔效率偏低，可開大液氮回流閥、關小液氮節流閥，稍犧牲液空純度，降低氧產量，能夠使液氮純度正常。然而本裝置調試時，降負荷運行，氮氣和液氮純度仍未得到改善，說明相關塔段回流比已得到改變，但效果不好。初步懷疑:下塔分餾筒存在外漏點。

珠光砂扒出后，打開下塔頂部和底部人孔，在下塔筒體和下塔分餾筒的夾層中打壓30 kPa，壓力不足10 min基本泄漏完畢。查漏時，發現了4處漏點:其中分餾筒頂部一處，漏點泄漏量很大。

由于漏點的存在，下段部分含氧量較高的上升氣，通過夾層短路至下塔頂部，頂部氮氣受到污染，導致液氮純度不高，上塔氮氣純度也差。補焊保壓后，未發現漏點。再次進行冷箱內的查漏工作，結果發現主換熱器一處漏點，泄漏嚴重。

2.4 主換熱器的漏點和處理

因為主換熱器泄漏聲音很大，初步判斷是增壓機后空氣管道空氣側或者是空氣進下塔管道空氣側泄漏。于是對下塔保壓，全關空氣進主換熱器閥門，全關增壓機后閥門等，全開上塔所有送出閥和排放閥等，控制上塔壓力基本為零，查漏，結果沒有發現存在漏點。說明正流通道不存在泄漏。

從停車前運行情況來看，上塔頂部氮氣純度和出冷箱氮氣純度基本一致;上塔底部液氧純度和出冷箱氧氣純度也一致，而且出冷箱氧氣產量及純度均達標;上塔污氮氣純度和冷箱外污氮純度也相差無幾，說明換熱器本身不存在內漏。

檢查發現的漏點在換熱器外壁處，結合主換熱器藍圖氣流通道分配和泄漏位置，判斷是氮氣通道外漏，泄漏到工藝通道所致。主換熱器焊接工人到達現場，處理完漏點，再次保壓查漏，無漏點。

3 調試結果

裝珠光砂再次調試，工況運行正常，氮氣含氧和液氮含氧降低到10×10-6以下。投運氬系統后，氬產量純度仍然達到設計要求。此次檢修和調試終于取得了滿意的結果。

4 結束語

KDONAr-10000/6000/320型空分設備針對不同壓力等級的用氧需求，裝置采用了液氧泵后節流加液氧蒸發器的設計思想，總體設計壓力低于1.6 MPa，裝置可靠性和能耗等技術性能比常規配置的空分設備更優。經過調試，各項指標均達到或超過了設計要求，裝置運行穩定，滿足了聚四氫呋喃生產線的用氧要求，同時為下一套類似空分設備的設計安裝調試積累了經驗。