后備氧在氣化生產中的應用及創新

摘 要：本文通過多噴嘴對置式氣化裝置運行特點，根據運行中實際發生的問題，摸索出氣化爐在因空分裝置短停后，利用后備氧系統為氣化爐提供投料條件，縮短合成氨系統開車時間的創新實踐。

關鍵詞：后備氧；氣化爐；倒爐；烘爐

中圖分類號：TQ545 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0268-02

1 后備氧系統設計作用介紹

新疆心連心能源化工有限公司氣化裝置項目配備2臺氣化爐，采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術，為后系統提供粗煤氣，運行方式為一開一備，單爐日處理原煤量約1500t。項目配套了1套45000Nm3/h空分裝置，同時新增1套后備氧系統。后備氧系統主要包含1臺150m3低壓液氧貯槽、1臺液氧泵、1臺水浴式汽化器，設計液氧汽化輸送能力為15000Nm3/h，主要作用為滿足氣化爐周期倒爐所需氧氣量。

氣化爐達到運行到周期需要進行倒爐操作，即保證后系統不停車的前提下，將兩臺氣化爐進行運行切換。

1.1 氣化倒爐主要步驟

（1）氣化備用爐建立兩對燒嘴氧氣開工流量至5000Nm3/h，同時注意避免運行爐氧量波動；

（2）備用爐一對燒嘴投料，確認投料成功爐溫升至1000℃以上，另一對燒嘴投料；

（3）確認投料成功后，分別升壓至1.0MPa、2.0MPa、3.5MPa查漏；（2h以內完成）；

（4）3.5～5.0MPa升壓過程同時提高備用爐負荷至82%、每支燒嘴氧氣量7000Nm3/h；

（5）氣化爐壓力升至5.3MPa，高于系統壓力0.1～0.2MPa，溫度≥220℃，備用爐向系統并氣；

（6）備用爐緩慢打開合成氣出工段閥，同時關閉背壓放空閥向系統并氣。待停爐逐漸關閉合成氣出工段閥，同時逐漸打開背壓放空閥向火炬切氣（注意待停爐提前30min熔渣）切氣時間控制在1h以內；

注：倒爐切氣過程注意保持氣化及系統壓力穩定。

（7）待停爐合成氣出工段閥全關后，聯系空分按下待停爐“一對燒嘴停車”按鈕，（注意關小合成氣背壓放空閥控制待停爐系統壓力），待氧氣壓力穩定后，中控按下待停爐另“一對燒嘴停車”按鈕，同時關閉待停爐合成氣放空閥，系統保壓循環；待停爐前聯系空分，在氣化停爐時空分利用主系統放空閥進行放空，待氣化爐停車后，空分再進行主系統放空與后備氧停車的切換控制，在后備氧停車過程中，保證外送氧氣壓力、流量穩定；

（8）新開氣化系統調整負荷，倒爐完成。

1.2 空分具體氧氣用量

（1）待停爐減負荷至82%，此時用氧量為28000Nm3/h，若此時將新開爐投用，則空分裝置主系統氧量不足以提供28000×2=56000Nm3/h氧氣（設計45000Nm3/h），仍少11000Nm3/h氧氣，需要后備氧系統提供；

（2）后備氧槽儲存量最大為150m3，為了保證安全液位按照100m3/h計算，能夠提供70000Nm3/h氧氣，在整個倒爐過程中需要根據氣化投料、升壓、并氣時間合理使用后備氧系統提供的氧氣；

（3）新開爐引氧投料需要20000Nm3/h氧氣，在引氧前空分裝置需要穩定外送28000+20000=480000Nm3/h氧氣，其中空分主系統提供42000Nm3/h（包含主系統放空，約4000Nm3/h，外送38000Nm3/h），后備氧系統提供10000Nm3/h；

（4）根據氣化爐壓力負荷曲線在3.5MPa后進繼續升壓時需要加負荷（與待停爐負荷一致28000Nm3/h），這就需要新開爐3.5MPa前，空分需要提負荷保證氧氣流量在560000Nm3/h以上，其中空分主系統提供42000Nm3/h，后備氧系統提負荷至14000Nm3/h；

（5）新開爐至并氣結束整個階段，空分始終需要保持提供56000Nm3/h氧氣。

從表1中可以看出，后備氧槽（70000Nm3/h）可以單獨提供氣化倒爐所用氧氣量，但前提是氣化倒爐過程中未出現影響開車進度的狀況。空分裝置還有兩個液氧儲罐（100m3），保守可以提供78×700×2=109200Nm3/h，可以維持氣化運行3～4h。

在倒爐過程中，新開爐處于并氣開始前時，若空分出現故障導致不能正常供氧時，立即停新開爐，并聯系空分控制氧氣壓力盡快穩定，氣化注意運行爐氧氣流量，避免出現過氧現象。

在倒爐過程中，新開爐處于并氣開始至并氣結束前，若空分出現故障導致不能正常供氧時，氣化系統停車，聯系空分注意氧氣壓力。以實際情況來定，若是并氣初期，可停新開的爐，若是并氣后期，可停需停的爐。

2 后備氧系統應用創新

當空分短停時，根據空分計劃供氧氣時間及氣化爐爐溫情況，啟動后備氧系統保證氧量在12000Nm3/h以上，氣化爐壓力降低至1.0MPa進行一對燒嘴連投，待氣化爐溫升至1200℃穩定運行1～2h后停車（代替烘爐），保證氣化爐溫度在投料溫度范圍內，確保氣化隨時具備投料條件。

2016年9月6日4：45空分故障造成系統停車，氣化爐跳車后保壓循環。根據空分查找原因及開車情況，初步計劃14：00能夠正常供氧氣。根據爐溫情況及其他公司類似情況，悶爐10h能夠不烘爐投料。但空分開車具備供氧氣條件最終推遲至19點以后，爐溫必定低于投料溫度。

經過討論決定啟動后備氧系統一對燒嘴投料，提高爐溫后停車，確保爐溫在空分主系統開車供氧氣時能夠達到投料溫度。15：50空分后備氧加載并保持氧氣外送流量12000Nm3/h，16：06分A2/A4燒嘴投料（引氧時爐溫920℃，投料溫度885℃），溫度升至1200℃，穩定運行40min后停車。19：55A1/3/、A2/4投料（引氧時爐溫926℃，投料溫度890℃）。避免了氣化系統切水泄壓、系統置換、拆封堵轉、烘爐，節省了開車時間20h，這也是公司首次采用后備氧系統烘爐并實踐成功的案例，為今后類似事件提供了寶貴的經驗。

3 后備氧應用創新注意事項

（1）確認燒嘴的使用時間小于30d；

（2）如果煤漿沒有入爐會造成停車，或氣化爐過氧，如按下“投料”按鈕后15S內，兩煤漿管線第三塊流量表均沒有流量顯示，或煤漿管線壓力遠高于正常值，控制室立即拍停連投“燒嘴”；

（3）一對燒嘴運行期間適當提高氧煤比運行，避免一對燒嘴運行時間過長；

（4）一對燒嘴運行期間注意高壓氮氣下降速率，確保高壓氮氣壓力≥11.0MPa；

（5）由于后備氧系統臨時投用，在投用前要做好低溫液體泵的冷泵工作，包括液氧汽化所需要的水浴。同時在向系統送氣的過程中保證主系統氧氣管線不受影響；

（6）由于空分處于停車處理問題階段，人員比較緊張。投入后備氧系統運行，增加了操作工作量，需要注意協調增加操作人員，加強操作管控。

4 經濟效益分析

由于空分后備氧系統與空分主系統是兩個相對獨立的系統，在主系統出現故障短車檢修時，不須要等待檢修完成即可通過后備氧系統維持氣化爐爐溫，節省開車時間。按照目前我公司合成氨產量42t/h，可提前20h生產合成氨約840t，同時大大減少開停車過程工作量。

5 結束語

面對化工產品市場競爭日益激烈的現狀，針對生產系統一方面要保證長周期穩定運行，另一方面積極尋找節能關鍵點，但在生產過程中難免會遇到工藝、設備出現的問題，當問題出現時縮短開車時間就成為了關鍵。隨著化工生產自動化程度的提高，化工企業操作人員相對減少，降低員工的勞動強度，也是擺在化工生產管理者面前的現狀。公司2016年成功實踐的后備氧系統代替氣化爐烘爐，為系統出現問題時創造了新一層面上的效益，為化工生產人員思維的拓展提供了借鑒意義。

收稿日期：2018-8-31

作者簡介：茹祥會（1979-），男，主要從事氣化生產運行管理工作，任新疆能源化工有限公司氣化車間副主任。

曹 鑫（1989-），男，助理工程師，主要從事空分氣化的工藝研究管理工作。