通過(guò)優(yōu)化空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)提高生產(chǎn)能力的研究

劉專(淄礦集團(tuán)內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司世林化工分公司30萬(wàn)噸/年煤制甲醇項(xiàng)目，利用巴彥高勒煤礦的資源，采用航天干煤粉氣化爐技術(shù)，利用純度99.6%以上的氧氣與干煤粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)甲醇原料氣?？辗盅b置采用沈鼓制造的MCO1404和3BCL457壓縮機(jī)組以及四川空分設(shè)備制造公司制作的KDON-28000/32000國(guó)產(chǎn)化空分裝置，該工藝采用深冷法空氣分離技術(shù)，通過(guò)過(guò)濾、壓縮、冷卻、純化(凈化)、熱交換、精餾等過(guò)程，利用氧氣、氮?dú)夥悬c(diǎn)的不同，把氧氣從空氣中分離出來(lái)，同時(shí)生產(chǎn)液氧、液氮等副產(chǎn)品?？辗盅b置于2017年5月技改后再次開(kāi)車，裝置能力得到不斷提升，已達(dá)到最大設(shè)計(jì)能力。

1 項(xiàng)目立項(xiàng)的背景和目的

空分氮?dú)庀到y(tǒng)主要為全廠提供各等級(jí)壓力氮?dú)?，在保證生產(chǎn)運(yùn)行、安全停車方面有著不可替代的作用。氮?dú)庀到y(tǒng)的設(shè)計(jì)原則為：在正常運(yùn)行期間由空分分餾裝置提供，在突發(fā)事故狀態(tài)下由后備氮?dú)庀到y(tǒng)提供應(yīng)急氮?dú)?。由于設(shè)計(jì)上僅考慮停車時(shí)的應(yīng)急需求，其連續(xù)性、穩(wěn)定性不高，同時(shí)也未考慮在開(kāi)車期間的需求供應(yīng)。特別是在開(kāi)車期間，氣化、甲醇車間的試車和氣密氮?dú)庑枰荒艿瓤辗盅b置正常后產(chǎn)出氮?dú)夂蟛拍苓M(jìn)行，造成了一定的開(kāi)車進(jìn)度滯后。為此空分車間針對(duì)此問(wèn)題確定了課題方向，成立了課題攻關(guān)組，以解決此問(wèn)題。由于甲醇氨壓機(jī)、合成壓縮機(jī)的試車及氣化、甲醇?xì)饷軠y(cè)試必須在氮?dú)獗３址€(wěn)定供應(yīng)的情況下進(jìn)行，現(xiàn)有后備氮?dú)獾牟环€(wěn)定性，無(wú)法滿足。因此我們重點(diǎn)圍繞現(xiàn)有氮?dú)庀到y(tǒng)存在的問(wèn)題研究解決辦法，通過(guò)改造提升后備氮?dú)庀到y(tǒng)的穩(wěn)定性，以節(jié)省開(kāi)車時(shí)間，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

2 項(xiàng)目實(shí)施情況

2.1 項(xiàng)目意義與必要性

空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)主要為全廠事故狀態(tài)下提供氮?dú)?，是保證公司安全停車、系統(tǒng)置換、氣密試車的重要一環(huán)，也是影響開(kāi)車進(jìn)度的重要因素之一，因此如果保持氮?dú)獾倪B續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，對(duì)全廠安全生產(chǎn)、加快開(kāi)車進(jìn)度都有著重要的作用。

后備氮?dú)庀到y(tǒng)主要有300m3液氮貯槽及各事故氮泵組成。從液氮貯槽總管(DN100)出來(lái)后共分六路，一路去0.45MPa事故氮泵(DN100)，一路去6.5MPa事故氮泵(DN65)，一路去8.1MPa事故氮泵(DN40)。剩下三路，一路去自流充車管線(DN40)，一路去充車泵(DN65)，一路去16.5MPa充瓶泵(DN25)。

2.2 主要相關(guān)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

主要相關(guān)設(shè)備技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.3 事故氮泵介紹

事故氮泵采用美國(guó)ACD公司生產(chǎn)的0.45MPa的單級(jí)低溫液體離心式泵、6.5MPa的三缸往復(fù)泵，8.1MPa的兩缸往復(fù)泵。在系統(tǒng)停車或事故狀態(tài)下，為后系統(tǒng)提供各等級(jí)壓力氮?dú)?，其?.45MPa事故氮泵采用水浴式汽化器將低溫液氮復(fù)熱后輸出，6.5MPa及8.1MPa事故氮泵采用空溫式汽化器，直接與空氣換熱器后外送。液氮泵采用往復(fù)式低溫液體泵。泵的工作部分有缸體、活塞、活塞桿、密封組、進(jìn)排液閥等組成。泵的缸體是進(jìn)液和排液的主要容器，處于低溫狀態(tài)，由真空套絕熱以保持其內(nèi)液體長(zhǎng)時(shí)間的低溫?；钊c活塞桿支撐一體、活塞環(huán)組采用泄漏很小的漲圈密封形式、活塞桿軸封采用組合式軸向預(yù)緊密封，且遠(yuǎn)離冷端，始終處于熱的狀態(tài)而保持彈性。

進(jìn)液采用軸向進(jìn)液、保證了較低的吸入壓頭，鏡像排液出口在泵體中部，排液閥組從接頭處裝入，裝拆方便，不用拆卸泵體的其他零件。缸體進(jìn)液閥前有過(guò)濾器，防止雜質(zhì)異物進(jìn)入損壞泵閥和運(yùn)動(dòng)部件，排液管接有出口緩沖器，減少高壓脈動(dòng)。傳動(dòng)箱以一臺(tái)恒力矩的電磁調(diào)速電機(jī)作為動(dòng)力源，通過(guò)皮帶輪監(jiān)督傳動(dòng)，帶動(dòng)偏心軸、連桿、銷軸、十字導(dǎo)承傳遞動(dòng)力給活塞桿，并通過(guò)中間體懸臂支撐整個(gè)泵體。十字導(dǎo)承與活塞桿的連接采用了可微調(diào)對(duì)中結(jié)構(gòu)，減少了由于對(duì)中誤差引起的力矩。通過(guò)電磁調(diào)速電機(jī)的控制箱實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩?zé)o級(jí)調(diào)速，達(dá)到改變流量的目的。

表1 相關(guān)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.4 項(xiàng)目技術(shù)、產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)、產(chǎn)品的比較

空分氮?dú)庀到y(tǒng)的設(shè)計(jì)原則為：在正常運(yùn)行期間有空分分餾裝置提供，在突發(fā)事故狀態(tài)下由后備氮?dú)庀到y(tǒng)提供應(yīng)急氮?dú)?。?guó)內(nèi)空分裝置一般考慮停車時(shí)的應(yīng)急需求，無(wú)法滿足開(kāi)車前至空分正常生產(chǎn)期間的氮?dú)夤?yīng)，而空分開(kāi)車時(shí)間較長(zhǎng)(熱態(tài)開(kāi)車需要超過(guò)53h以上)，因此后工序氮?dú)馐褂媒?jīng)常需要等待，造成開(kāi)車時(shí)間的浪費(fèi)。

3 項(xiàng)目研究的主要問(wèn)題及改進(jìn)目標(biāo)

空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)存在的主要問(wèn)題有：(1)后備氮泵吸入口與貯罐充液口在同一條管道上，低壓氮泵與貯罐充液同時(shí)工作時(shí)，氮泵容易汽蝕，不能保持氮?dú)獾拈L(zhǎng)期連續(xù)供應(yīng)；(2)液氮泵設(shè)計(jì)均為單臺(tái)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法快速啟動(dòng)，缺少備用設(shè)備；(3)保冷材料采用泡沫玻璃材料，該材料在下雨潮濕等環(huán)境下容易開(kāi)裂影響造成冷損較大，進(jìn)一步加劇氣蝕。

針對(duì)以上問(wèn)題，主要考慮通過(guò)以下方式進(jìn)行解決：(1)將貯罐充液口與氮泵吸入口分開(kāi)，解決汽蝕問(wèn)題；(2)增加備用氮泵，保證主泵故障時(shí)可立即啟動(dòng)；(3)研究更換新型保冷材料，減少液氮汽化率。通過(guò)本次創(chuàng)新改造，可以保證氮?dú)夥€(wěn)定供應(yīng)，保證開(kāi)車階段的甲醇氨壓機(jī)、合成壓縮機(jī)的試車及氣密測(cè)試的氮?dú)庑枰?，保障大修停車時(shí)提前開(kāi)車16h以上，在小修停車時(shí)提前開(kāi)車3h以上，全年共有1次大修2次小修，全年可提前開(kāi)車22h。

4 項(xiàng)目實(shí)施方案

4.1 貯槽進(jìn)液及泵入口共用管線的分離改造

液氮貯槽原設(shè)計(jì)僅有一個(gè)總管(DN100)，出來(lái)后共分六路，一路去0.45MPa事故氮泵(DN100)，一路去6.5MPa事故氮泵(DN65)，一路去8.1MPa事故氮泵(DN40)。剩下三路，一路去自流充車管線(DN40)，一路去充車泵(DN65)，一路去16.5MPa充瓶泵(DN25)。

由于多臺(tái)泵公用一個(gè)總管，貯槽的進(jìn)液管道也通過(guò)此管道進(jìn)入貯槽，當(dāng)槽車向貯槽的充裝末期，容易產(chǎn)生氣液夾帶，氣體進(jìn)入泵入口就容易導(dǎo)致泵氣蝕，而中斷供液。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)流程，由于貯槽屬于特種設(shè)備無(wú)法再單獨(dú)引出進(jìn)液管，因此將貯槽內(nèi)增壓管道作為臨時(shí)充裝管道，使得貯槽進(jìn)液與泵的入口管道進(jìn)行隔離，避免了充裝貯槽時(shí)產(chǎn)生的汽液夾帶導(dǎo)致的氣蝕發(fā)生，如圖1所示。

圖1 貯槽進(jìn)液與泵的入口管道隔離示意圖

4.2 增加國(guó)產(chǎn)6.5MPa氮泵系統(tǒng)一套

根據(jù)后工序的使用需要，主要對(duì)6.5MPa氮?dú)庀到y(tǒng)的使用頻率和需求量較大，綜合考慮新增加一套6.5MPa氮泵。將新購(gòu)置的國(guó)產(chǎn)夜氮泵與現(xiàn)有6.5MPa事故氮泵進(jìn)行并聯(lián)，公用一個(gè)空溫式汽化器。主要增加的材料包括：1臺(tái)SBP-6200/650低溫液體泵；1個(gè)7751防雨變頻柜；5個(gè)KDJ型低溫截止閥；1個(gè)KDA21Y-220P低溫安全閥、止回閥；43m304的管道、管材；80kg聚氨酯管道保冷材料。

4.3 更換優(yōu)質(zhì)保冷材料

將常規(guī)泡沫玻璃保冷材料更換為改性深冷型聚氨酯材料，并對(duì)原有舊保溫材料進(jìn)行修復(fù)，以減少液氮的低溫跑冷損失，減少汽化率防止氣蝕。