煤化工空分裝置優化運行方案

文/李文龍

煤化工空分裝置優化運行方案

文/李文龍

空分裝置穩定供氣技術研究及應用——煤化工項目對空分裝置供氣連續性和穩定性有很高的要求，空分裝置故障停止供氣，將導致煤化工系統全面停止生產。本文介紹了一種穩定的供氣技術路徑。

現代煤化工工藝技術在現代工業的應用越來越廣泛，傳統的常壓氣化等工藝，因轉化效率、單套裝置生產強度以及環保等原因，已經逐步退出工業領域。典型的煤氣化工藝如殼牌、GE、多元料漿、航天爐、魯奇爐等都對氧氣、氮氣的要求很高，供氣的連續穩定更是最基本的要求。現階段配套煤化工系統的空分裝置普遍采用液氧泵內壓縮流程，內壓縮流程設備安全性、可靠性好，供氣壓力穩定。

空分裝置故障停止供氣，將導致煤化工系統全面停止生產。煤化工系統故障停車一次將造成數百萬元的直接損失，因此煤化工項目對空分裝置供氣連續性和穩定性有很高的要求。以一套60萬t合成氨、104萬t尿素的生產線為例，生產線每停車一次，不僅有百萬的開停車物料損失，每天還將影響產值1 000多萬元人民幣。

穩定供氣技術路徑選擇

技術途徑的談論研究，最終確定在某氣體項目設置液體儲存供氣系統的穩定供氣技術方案。液體儲存供氣系統設置有容積1 500 m3的常壓液氧、液氮貯槽各1臺，3臺低溫液體泵。液氧、液氮貯槽貯存來自于空分裝置所產的高純度液氧、液氮產品。3臺低溫液體泵分別是：高壓液氧泵，壓力8.7 MPa,流量36 000 Nm3/h,可供一套煤化工裝置氣化爐滿負荷運行所需氧氣量；高壓液氮泵，壓力6.5 MPa，流量32 000 Nm3/ h，可供一套煤化工裝置液氮洗滿負荷運行所需高壓氮氣量；低壓液氮泵，壓力0.55 MPa，流量

經過對煤化工系統用氣特點的分析，經過多次對供氣方案及10 000 Nm3/h，可供一套煤化工裝置低溫甲醇洗滿負荷運行所需汽提氮氣量及其他氮氣用戶。貯槽液體排出管連接低溫離心泵，變頻調節低溫離心泵的轉速加壓后，低溫液體通過水浴式汽化器加熱氣化至30℃～40℃，并入管網。液氧，液氮貯槽在裝滿液體狀態下，可以滿足一套煤化工裝置至少24h的用氣量。

低溫液體泵平時全部為冷態備用。3臺離心泵的進出口閥門全開，回流閥全開，泵處于低速惰轉運行狀態。水浴式汽化器在水側加滿水的狀態下熱態備用。汽化器的蒸汽閥開度由水溫設定值控制，3臺泵在惰轉狀態下，既可以由操作員手動加載至額定轉速，也可以設定出口管網壓力低時自動連鎖加載。自動加載時，從惰轉狀態到達到額定轉速所需時間為10 s左右，液體貯存低溫泵的調節有一套完整的控制方案，可根據用戶的溫度、壓力、流量的需求實現變工況調節。

有國外專業氣體運營公司將穩定供氣系統和流程設計相結合，把流程氧泵設置在穩定供氣后背系統，流程氧泵不再從精餾上塔底部取液，改變為在后備主槽取液，其余流程設計不變。這樣設置，不僅僅在投資上減少一臺低溫液體泵，同時在空分系統停機時，液氧泵出口閥門通過邏輯控制，可在1～2 s內把液氧泵出口液氧切換至水浴式汽化器管線，基本實現無擾動切換，大大提高了供氣的可靠性。

優化方案評價

1．穩定供氣技術方案可以在空分裝置或后系統生產工況波動時快速響應，保證全廠供氣管網的壓力穩定，減少裝置停車帶來的損失。在煤化工項目正常運行時，后續系統的供氣需求是兩套空分裝置所提供滿足的，但當后續系統工況波動時，短時間內所需的氣量將可以通過液體貯存系統提供，保證供氣管網壓力穩定。

2．一套空分裝置意外停車時，液體貯存系統可以提供相當于一套空分裝置所供氧氣、氮氣量，可以保證煤化工裝置不因空分裝置的停車而停車，減少開停車損失。

3．氣化裝置倒爐檢修時，傳統的操作是將一套系統負荷減半，需滿足第三臺氣化爐投料所需氧氣，操作麻煩，負荷調整波動太大。穩定供氣技術方案實施后，利用液體貯存系統倒爐，煤化工系統負荷不需要任何大的調整和操作，系統基本做到“無擾動切換”。

4．在全廠停車大檢修停車前，進行檢修設備置換，對有毒有害氣體的吹掃清除以及觸媒充氮保護等所需氮氣，都可通過液體貯存系統來提供。實施穩定供氣技術方案的大型空分裝置至少能夠提前24 h停機，降低生產成本，爭取檢修時間。

作者系渭南陜鼓氣體有限公司總經理。