69000Nm3/h空分裝置大加溫優化應用

朱玉芹

(河南能源化工集團鶴煤化工分公司，河南 鶴壁 458000)

鶴壁煤化工60萬噸甲醇項目配套最大制氧能力69000 Nm3/h的空分裝置，主要向氣化、甲醇裝置等各個裝置提供合格高壓氧氣、高中壓氮氣、儀表空氣，副產液氧、液氮、液氬，流程見圖1。

圖1 空分裝置流程簡圖

1 空分裝置大加溫的必要性

在空分裝置中，水分及二氧化碳不可能全部、徹底清除。在生產中表現為換熱器的阻力不斷增加，氣體流通的自由截面減少，空氣量減少；雖經吸附器吸附，其吸附效率只能達到97%左右，其余部分也會引起主冷等部位局部堆積。為了消除這些積聚的水分、二氧化碳、乙炔等雜質，當空分設備運行3年左右，就需要停車進行加溫吹除操作。

對于單體倒換使用的設備，當吸附劑被乙炔和二氧化碳飽和時，為了恢復其吸附能力，要定期進行加溫再生。從而恢復低溫泵、膨脹機、冷箱主換熱器及吸附劑等的使用能力，提高換熱效果，降低能耗，提高氧的提取率，確保空分裝置的安全運行和正常生產。

2 空分裝置原加溫吹掃方案

空分裝置加溫吹掃方案是啟動壓縮機、空氣預冷、純化系統，對冷箱及膨脹機利用加溫氣管線采用加溫空氣返流吹掃，空分裝置加溫應該在冷箱內所有液體全部排盡并且靜置一至二小時之后才能進行，加溫氣使用分子篩純化后的干燥空氣，露點(<-50℃)和二氧化碳含量(<0.5 ppm)合格，加溫過程中，通過現場加溫氣管線手動閥門控制合理分配加溫氣量，保證所有設備溫度均勻上升，上升速度控制在10℃/h，并且加溫剛開始時氣量不宜過大，以避免發生熱應力，按照液空設計加溫方案需要倒換19個盲板；加溫前需對加溫管線進行吹掃，合格后才能開始加溫，吹掃加溫管線需3天，使用的加溫氣只占總量的8%左右，此氣量下，完成加溫吹掃需要3天左右，共計7天左右。加溫前需拆除加溫管線的盲板，由于原始設計未在盲板后加閥門，倒換盲板，相當于冷箱與外界連通，導致大量冷量泄漏，會導致附近冷箱及管線冷脆，出現噴砂事故。加溫結束后應立即恢復盲板和閥門，關閉所有的加溫氣閥。加溫后期拆除所有涉及冷箱內部以及低溫液體管線的分析點、壓力、壓差等取樣點的接頭，對儀表測量管進行加溫。

3 原大加溫流程存在問題

法液空設計的冷箱加溫系統由7個加溫氣進口控制閥、6塊“8”字盲板，6個泄放口盲法蘭組成，在加溫開始前，7個加溫氣閥門打開，“8”字盲板轉向后，加溫氣進入冷箱對冷箱內設備和管道進行加溫，加溫后氣體由6個泄放口盲法蘭脫開泄放，但在實際加溫過程中，此加溫流程設計存在以下問題：

(1)加溫時間周期長，按照原設計，空分裝置加溫需要7天時間。

(2)現場操作多為手動閥門操作，需倒換大量盲板和盲法蘭，泄放口盲法蘭無法控制加溫氣量，無法合理分配加溫氣量，升溫速率不宜控制；

(3)加溫氣管線15～150 mm不等，加溫氣量小，加溫氣量只占總空氣量的8%左右，92%的空氣量通過空壓機放空閥排放，消耗巨大；

(4)加溫前需倒換盲板，易引起冷量外泄，造成冷箱噴砂凍傷事故；

(5)加溫時，加溫氣直接排放會產生很大的噪聲且持續時間很長72 h左右，對員工健康及公司周邊環境造成影響；

(6)下塔加溫氣泄放口盲法蘭處由于壓力較高，加溫完成后不能直接恢復，這將延長空分設備的啟動時間。

(7)加溫完成后，盲板恢復過程中，易將外界濕空氣帶入，降低加溫效果，堵塞換熱器通道，影響換熱及正常的精餾效果。

4 空分加溫優化流程方案簡介

針對液空加溫流程設計的不足之處，通過對空分流程進行分析，提出了采用正流空氣對膨脹機、低溫泵及冷箱進行加溫的優化方案。此方案通過空氣進冷箱副線閥門將加溫氣導入下塔，調節相關管線閥門加溫上塔，利用主塔頂部放空閥控制上塔壓力，通過相關閥門控制粗氬塔及精氬塔壓力。完成以上操作后，控制精餾塔、換熱器、管道的溫度復升速度不大于10℃/h，使設備溫度緩慢、均勻回升。加溫時要讓氣體在塔內充分流動，讓每條管路，每個容器都有氣體通過避免出現死區。另外加溫時要經常檢查加溫閥門的排氣情況，根據溫升速度調節閥門開度。既要防止急劇升溫導致應力過大而損壞設備，又要防止加溫溫度過低從而延長啟動時間。空分加溫優化后的加溫操作步驟如下：

4.1 裝置排液過程

對裝置及管線進行排液，確認所有液體已經排盡，關閉所有排液閥門，空分裝置必須靜置2 h才能進入加溫階段。在排液后期，通過調節閥控制上塔壓力維持在26～35 kPa，防止下塔的高壓氣體竄入上塔引起超壓。

4.2 空分裝置正流加溫干燥

4.2.1 裝置啟動前的準備工作

空壓機具備啟動條件。運轉設備冷卻換器的冷卻水投送正常。儀表氣體投送正常，各個運轉設備密封氣調節正常，確保機械設備油站油泵運行正常。

4.2.2 工藝準備工作

確認空分裝置各閥門均已處在關閉狀態，特別是中壓和低壓系統的聯系閥門。確認ET01的進出閥關閉。認空壓機C01、ET01、增壓機C05等密封氣調節正常，確保油泵運行正常。確F01自潔式過濾器已啟用，空壓機正常運行， 且導葉～15%，壓力設定0.48 MPa自動控制，遠離空壓機的喘振控制線。空壓機出口壓力PI1005>0.45 MPa，點擊HSH1003投預冷系統，空氣預冷系統正常運行。確認分子篩正常運行，保持程序處于“MAN”狀態，AIT1239<1 ppm，此時分子篩程序必須處于加熱或冷吹階段，調整再生氣量控制在19308～52700 Nm3/h，此過程必須密切關注空壓機出口壓力以及上塔壓力的變化。確認分子篩后露點合格，依次投用加溫管線。

4.3 冷箱導氣加溫干燥

4.3.1 第一階段加溫

加溫對象主要是主換熱器E01，過冷器E03，下塔K01。通過調整電磁閥HV1296B控制升溫速率，給裝置下塔進行導氣。在此期間跟蹤空壓機出口壓力，保證空壓機遠離喘振曲線。這一階段加熱時間大約10 h。結束標準：出主換高壓液空處溫度TI1530在零度以上，并且露點分析合格。

4.3.2 第二階段加溫

加溫對象是E02、K02，輔助加溫氬塔。通過下塔到上塔的調節閥(液氧液面調節閥FV1556、液氮調節閥FV1557、下塔液空調節閥LV1601等)給上塔導氣加溫，并通過上塔壓力控制閥PV1626B控制上塔壓力PI1626不超過30 kPa。這一階段加熱時間大約10 h。結束標準：出主冷不凝氣排放閥溫度TI1667在零度以上，并且露點分析合格。

4.3.3 第三階段加溫

加溫對象是粗氬塔K10，精氬塔K11。通過上塔到粗氬塔閥門及粗氬到精氬塔閥門FV1704對氬塔進行加溫。通過粗氬塔放空閥HV1720來控制粗氬塔升溫速率及壓力；這一階段加熱時間大約10 h。結束標準：粗氬塔頂部溫度TI1730溫度在零度以上，且露點分析合格。

4.3.4 第四階段加溫

本階段加溫對象是六臺低溫液體泵。低溫液體泵的加溫按照液體泵操作程序進行單體加溫；結束標準是六臺低溫液體泵出口溫度均在零度以上。

大加溫結束時，關閉相應的各個閥門，裝置停車，迅速恢復法蘭及“8”字盲板，關閉冷箱進出口閥門，封閉冷箱。裝置停車，冷箱內部保壓。

5 改進后的優點介紹

(1)空分裝置加溫方式加溫氣正流全面同步加溫替代加溫氣返流加溫，通過500 mm空氣入冷箱副線將加溫空氣引入冷箱，可以將加溫氣量提升至總空氣量的20%～30%，而法液空加溫氣只能占到總空氣量的8%，將空壓機機組放空量減少12%～22%，極大的提高了加溫氣的利用率。

(2)該加溫方案，避免了現場倒換盲板、盲法蘭和對加溫管線吹掃，大大減少了現場操作步驟，極大的減少了加溫時間，加溫時間由7天減少至4天。

(3)該加溫方案主要通過空分控制系統中自動閥門控制，加溫氣量和升溫速率均可以通過主控控制畫面中的溫度點和流量觀察到，根據升溫曲線，充分利用加溫氣體的熱量，主塔頂部溫度TI1626和氬塔頂部溫度TI1730分別達到4℃和2℃以上，主塔和氬塔復溫溫度幾乎一致，說明系統得到了徹底加溫，裝置升溫更加均勻，避免了熱應力過大而損壞設備。

(4)加溫氣是通過PV1626B、PV1626A和HV1720排放，不僅可以根據設備壓力調整閥門開度，而且避免了原設計中通過盲法蘭進行排放引起的巨大噪聲，極大的減少了加溫時對員工健康和公司周邊環境的影響。

(5)避免了倒換盲板時，大量冷氣外泄對冷箱壁造成損害，引起冷脆，造成噴砂事故及現場工作人員人身傷害的幾率

(6)避免了加溫完成后倒換盲板和法蘭蓋時濕空氣進入冷箱，空分開車時，濕空氣結冰，堵塞換熱器通道，影響換熱效果，降低氧提取率，影響氧氣純度。

6 加溫優化后的實施效果

空分裝置的加溫操作徹底與否直接關系到加溫后空分設備能否平穩運行及運行能耗的高低，該空分加溫優化于2017年10月在空分檢修期間實施，法液空空分裝置加溫設計存在的問題得到了解決，實踐證明該加溫方案完全可以實現空分裝置冷箱溫度由-190℃復溫至0℃以上，該方案的應用，降低了加溫費用，縮短了空分檢修及開車時間，這對提高公司的經濟效益至關重要。