大型空分單套空壓機對兩套空分吹掃技術研究及優化

郭濤 鄭曉姣

摘 要：空分裝置經過長期運轉，在分餾塔系統的低溫容器和管道內可能產生冰、干冰、碳氫化合物等沉積物，致使裝置阻力逐步增大，能耗增加，影響產品的純度和產量。

關鍵詞：空分;堵塞;優化;產量

貴州桐梓化工有限責任公司擁有兩套KDON-43000/ 42500型空分裝置，主要供應水煤氣化、合成氨所需高純度氮氣（<10ppmO2），在精餾塔的上塔底部獲得了高純度的液氧（>99.6%O2），以及全公司儀表氣、公用工程吹掃置換用氣。

1 工藝特性、原理

空氣主要由氧和氮組成，在氣體狀態，它們是均勻地混合在一起的。空氣中除氧、氮外，尚有氬、氖、氦、氪、氙等氣體，空氣中還含有少量的水份、二氧化碳、乙炔等氣體，這些雜質氣體，雖然數量不多，但危害不小，水份、二氧化碳在空氣液化前最先凍結成固體顆粒，在空分裝置內會堵塞閥門、管道及塔板的篩孔，還會磨損機器，影響傳熱，使空分裝置不能正常運轉。乙炔則是引起空分裝置爆炸事故的主要原因之一。

空分裝置經過長期運轉，在分餾塔系統的低溫容器和管道內可能產生冰、干冰、碳氫化合物等沉積物，致使裝置阻力逐步增大，能耗增加，影響產品的純度和產量。

裝置在運轉過程中如果換熱器和精餾塔的阻力增加或透平膨脹機進口壓力下降，轉速急劇下降，應提前對分餾進行加溫解凍，或對透平膨脹機進行局部加溫。發生這種情況往往與操作維護不當有關。

為此，在空分裝置的運行中必須引起高度的重視，在每次開車之前必須對整個系統進行吹除。每當裝置運行一個周期后，一般應對分餾塔系統進行全面的加溫解凍，以除去這些沉積物。

裝置的加溫氣源為經分子篩純化器純化后的常溫干燥空氣，加溫的原則是由上往下，由里往外，盡量做到裝置各部份溫度緩慢均勻回升，避免因溫升過快，產生大的溫差，進而產生大的熱應力，以致損壞設備或管道。加溫時，所有儀表檢測管線也須同時加溫、吹除。

2 主要工藝

加工空氣量：

進裝置流量：231000Nm3/h（101.3kPaA、0℃，干空氣）

進分餾塔流量：224000Nm3/h

進分餾塔壓力及溫度：

低壓：～0.5MPa（G）23℃

中壓：～2.7MPa（G）40℃

高壓：～7.2MPa（G）40℃

運轉周期（二次大加溫間隔時間）：二年以上

裝置加溫解凍時間：～24h

裝置起動時間（從膨脹機啟動到氧氣純度達到指標）：～36h

裝置操作彈性：75～105%

空分裝置的冷量主要是來自于高壓空氣的絕熱膨脹，從而使空氣的壓力、焓都降低，從而達到降溫的效果。來自純化系統的空氣分二路，一路經低壓換熱器進入下塔;另一路進入增壓系統，從增壓系統出來又分兩路一路增壓-2.5MPa，然后經膨脹增壓機增壓至4.0MPa，再經高壓換熱器換熱后進膨脹機降壓后進入下塔參與精餾。經過精餾，最終在下塔頂部得到純氮氣（<10ppmO2），在上塔底部得到純的液氧（99.6%O2），液氧再經高壓板翅式換熱器與增壓機過來的高、中壓空氣換熱，變成20℃的氣氧，然后送至下游工段。

3 技術改造原因

①在空分裝置長期運行過程中每次大修后都需要徹底復熱，時間比較長，復熱吹掃空氣量少（根據川空提供的技術規范，空分復熱吹掃氣量為80000-85000Nm3/h）;

②空壓機在最低運行工況4100rpm時，出口空氣量在190000Nm3/h以上;

③單套空分復熱吹掃時，空壓機剩余氣量50000Nm3/h左右通過防喘振閥BV70601A/B放空，放空閥開度在45%左右;

④放空閥振動高，易導致閥門定位器出現故障;

⑤空分開車時間主要取決于吹掃時間的長短，經過近幾年統計，大修后開車復熱吹掃時間：停車后不復熱，大修開車復熱吹掃時間30h以上;停車后復熱合格，大修開車復熱吹掃時間在16h以上。

4 改造流程

為了解決大修后開車時空壓機防喘振閥開度過大，閥振動高，另外一套空分復熱吹掃空氣量過小，吹掃復熱時間長，回收空壓機放空氣量。現作如下技改：通過A/B套空分分子篩之后管道連接，開車時用一套空壓機對兩套空分進行復熱吹掃。

A/B套空分經過之前的技改后，可以通過工廠空氣管道相互連通，工廠空氣管道直徑為125mm，大修后開車復熱吹掃時，需要保證工廠空氣管網壓力，給另外一套提供的復熱吹掃空氣只有幾千標方。無法滿足另一套系統正常吹掃。

經過討論和技術論證，現將兩套空分系統純化器出口管道進行改造，增加DN300連通管道，截斷閥兩道，中間加排放導淋，具體流程如圖。

經過改造后，可以在單套空壓機開車時，節約汽、電耗的同時縮短兩套空分開車時間。

作者簡介：

郭濤（1986- ），男，助理工程師，貴州赤天化桐梓化工有限責任公司氣化空分車間技術員。