小型空分裝置運行中出現的問題及解決辦法

李敬海（中國石化催化劑有限公司北京奧達分公司，北京　101111）

小型空分裝置運行中出現的問題及解決辦法

李敬海（中國石化催化劑有限公司北京奧達分公司，北京101111）

首先介紹KDN470/25Y型制氮裝置工藝流程和運行中遇到的問題，然后分析問題存在的原因，通過工作中的實踐和摸索，提出解決方法，達到節能和系統穩定運行的效果。

小型空分裝置；制氮設備；工藝總結

本公司小型空分裝置生產高純度氮氣，氧氣作為廢氣用于純化器再生，采用無油螺桿壓縮機、全低壓常溫分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹劑制冷，返流氣體膨脹循環流程，主要向各生產車間提供正常生產、事故狀態和開停車時所需氮氣。經過兩年的運行，空分裝置出現產氣量達不到設計能力，空分塔運行不穩定等問題，經過一段時間的摸索，針對以上問題，提出相應的解決辦法。

1　空分裝置工藝流程

原料空氣經除塵壓縮經預冷機冷卻，預冷后的空氣經水分離器除去空氣中的冷凝水，再經分子篩純化器清除空氣中的水分、二氧化碳和微量的乙炔等雜質。凈化后的空氣進入分餾塔，先在板式熱交換器E1、E2中被返流氣冷卻至飽和溫度進入精餾塔C底部，然后在精餾塔內逐板上升與塔板上的回流液傳質、傳熱進行精餾，在精餾塔頂部獲得高純度氮氣，其中：一部份氮氣由塔頂部抽出，經過E1、E2被蒸餾空氣復熱至常溫作為產品氮輸出；另一部分在干式主冷K被液化，液化后絕大部分作為精餾塔的回流液，一小部分作為液態產品經液氮罐LNT儲存、輸出。

精餾后的回流液在精餾塔底部形成富氧液空，抽出后經液空過冷器E3由V-1閥節流送入干式主冷被氮氣汽化，作為廢氣經E2復熱后進入透平膨脹機ET，降低溫度獲得冷量后經板式熱交換器E2、E1復熱至常溫排出冷箱。一部分作為再生氣源，另一部分作為透平膨脹機制動風機的氣源。

2　空分裝置運行中存在的問題

空分裝置運行過程中出現的問題進行總結，主要包括以下方面：

2.1經過四年運行，空分裝置產氣量達不到設計能力，空分裝置精餾塔壓力存在下降趨勢，初始時壓力為0.68～0.7Mpa，近期空分系統高壓壓力為0.58～0.62Mpa。

2.2設備說明書中缺少預冷機出口溫度的設定。

2.3由于各車間用氣量極不平衡，制約了空分裝置的連續穩定運行。空分設備是一個連續穩定的供氣裝置，后續用氣量也應保持在一個相對穩定的狀態，長時間、大幅度的不穩定用氣，會對空分設備造成一定的危險，特別是在工況變化頻繁時，應對措施不合理導致不必要的能源浪費。

3　分析問題及解決措施

3.1系統壓力不足問題分析及處理

分析空分系統壓力下降的問題分析：首先測量進塔空分壓力，排除空壓機故障和預冷機和純化器之間存在漏點造成壓力下降的可能性，其次發現精餾塔塔板面上出現多處結霜、結露現象，其中精餾塔正面結霜較嚴重，在環境溫度34℃情況下，塔板面正常溫度應為27～29℃，經測量，結霜部位最低溫度10℃。初步估計空分塔內部存在管線泄漏，導致空分裝置精餾塔壓力逐漸降低，產氣量下降。

解決措施：停止空分裝置運行，放凈塔內液空、液氮，并用空壓機做氣源將空分塔各部位吹除升溫至常溫。打開分餾塔頂部及底部人孔，清除塔內珍珠巖，對空分塔內管線進行打壓試漏，發現空分塔內儀表管線存在四處漏點，分析主要原因是塔內填裝珍珠巖時造成儀表管線變形，逐漸形成漏點。利用氬弧焊恢復漏點，空分塔內壓力恢復正常，塔表面結霜現象消除。

3.2預冷機出口穩定范圍為：5～10攝氏度，不能太低，否則容易引起預冷機管道冰堵；高于工藝溫度會影響后續工況的穩定，造成進塔空氣露點溫度超標。

3.3空分裝置的變負荷調節方法

氮氣用量的不穩定，應該根據氮氣管網壓力的情況，適時增減氮氣產量，并對空分系統的運行工況作相應的調整，調整時的步驟及注意事項主要包括以下方面：

（1）變負荷操作是從一個平衡到另一個平衡的動態操作過程，其速度主要取決于溫度平衡、壓力平衡和膨脹機運行工況的調節速度，只要配合得當，很快就能建立穩定工況。所以，變負荷的操作速度不能太快，要實現平穩，其速度不能大于1%/ 4min，操作速度太快會使工況波動太大，空分塔內氣液較難形成平衡，造成淹塔、沖塔；

（2）在進行空分設備變負荷操作時，要把握好加工空氣量和產品氣量之間的增減順序。在提高運行負荷時，要先增加空氣加工量，加工空氣量到位1～2分鐘后，增加氮氣和污氮產量。在減負荷操作時，要先減少氮氣產量，最后減少空氣加工量；

（3）提前預測各車間氮氣的用量，合理調配各車間的氮氣使用量，使氮氣的供應處于稍有不足的狀態，不足的部分則用液氮汽化補充，盡可能的減少反復調整空分設備氮氣產量的情況發生。

根據現在空分設備面臨的情況，提出以下改造措施：保證氮氣產量的穩定，在氮氣送出閥后增加自力式壓力調節閥，進行閥前壓力控制，保證氮氣送出閥V101前后壓差穩定，保證空分設備能夠連續穩定的供氣。

4　結語

通過以上措施空分裝置產氣量達到設計標準，運行穩定性顯著挺高。由于空分設備及其輔助設備是一個整體，相互影響，在操作時要充分考慮一部分工況的變化對其他部分帶來的影響，以采取相應的措施應對，在操作過程中要保證各主要參數的穩定，同時必須加強人員培訓，提高人員的安全意識與技術素質，精細操作，落實好設備的日常維護工作，做到任務層層落實，責任到人，確保空分設備安全、高效運行。

李敬海（1981-），男，北京人，工程師，碩士，主要從事公用功臣供應。