空冷塔出口溫度升高原因分析及處理措施

董傳利,陳海笑

(河南能源新鄉中新化工有限公司,河南新鄉 453800)

1 裝置概況

河南能源新鄉中新化工有限公司空分裝置采用開封空分集團有限公司設計制造的KDON-40000/30000型空分裝置,設計氧氣體積流量為40 000 m3/h、氮氣體積流量為30 000 m3/h、氬氣體積流量為1 200 m3/h。該空分裝置采用全低壓分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機制冷、全精餾無氫制氬、空氣增壓液氧內壓縮流程,整套設備包括空氣過濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、全精餾無氫制氬系統、液體貯存及汽化系統、儀控系統和電控系統等。

空分裝置空氣預冷系統空冷塔的下部裝填不銹鋼鮑爾環,上部散堆聚四氟乙烯鮑爾環填料。空氣從空冷塔底部進入,經過中部約32 ℃、600 t/h的循環水進行初步降溫,再經過頂部8 ℃、115 t/h的冷凍水進行深度降溫至10 ℃左右后,最終空氣經空冷塔頂部送至純化裝置。冷凍水溫度和空冷塔出口溫度差一般控制在1.5 K。

2 事件經過

空分裝置在夏季運行過程中,壓縮機組潤滑油溫度持續升高,循環水溫度無法保證油冷卻器正常運行,造成機組軸溫升高,影響正常生產運行。在空冷塔冷凍水管線實施技改,將去空冷塔頂部換熱的冷凍水引出1股DN40管線并入機組潤滑油換熱器循環水上水管線,體積流量約為10 m3/h,同時去空冷塔的冷凍水調節閥也及時開大進行提量操作,在保證冷凍水去空冷塔流量不變的情況下,空冷塔出口溫度發生持續升高的情況。

空氣預冷系統的冷凍水來源是循環水,該部分循環水先補入水冷塔,在水冷塔內與空分精餾塔來的污氮氣直接接觸,利用污氮氣的不飽和度進行換熱后,再經過溴化鋰機組進一步降溫送入空冷塔頂部與空氣換熱。循環水系統在此期間為了降低補水量,持續加入硫酸,提高循環水的濃縮倍數減少補水量,經過分析后循環水總硬度、總堿度、電導率、二氧化硅指標均出現不同程度的升高[1]。

2022年5月23日開始投用冷凍水去油冷器管線,同時中控主操為了防止去空冷塔冷凍水減小,及時開大冷凍水去空冷塔調節閥(FV4102),以滿足去空冷塔的水量在正常范圍內。2022年5月25日由于空冷塔溫度持續升高,冷凍水和空冷塔出口溫差越來越大,高達3 K。現場將冷凍水去油冷器閥門關小。直至2022年5月28日,冷凍水和空冷塔出口溫差漲至6.37 K,空冷塔出口溫度升至15.17 ℃。

空冷塔出現問題后采集到的相關數據見表1(數據采集均在上午8—10點)。

表1 空冷塔事故相關數據

3 指標趨勢說明及對應處理措施

(1) 2022年5月23日中午開始投用冷凍水去油冷器新管線。

(2) 2022年5月24日因當天氣溫較高,油溫上升較快,冷凍水去油冷器閥門逐漸開大。中控為了防止去空冷塔冷凍水減小,及時開大FV4102(59.7%—60.5%—61.7%)。

(3) 2022年5月25日由于空冷塔溫度持續升高,冷凍水和空冷塔出口溫差越來越大,現場將冷凍水去油冷器大閥門關小。分析原因可能是冷凍水進空冷塔流量減小,打破原有換熱平衡[2]。

(4) 2022年5月26日逐漸增加去空冷塔冷凍水量和冷卻水量,無效果,空冷塔出口溫度持續上漲。

(5) 2022年5月27日啟動2臺冷凍水泵,將進空冷塔冷凍水體積流量加至119 m3/h,溫差暫時變小,但由于溴化鋰機組負荷過高,冷凍水溫度持續上漲,于是雙泵運行4 h后,改為單臺泵運行。同時,在水冷塔內加入非氧化殺菌劑SD-635,效果不明顯,空冷塔出口溫度持續上漲。純化系統2臺分子篩冷吹峰值均有所下降,由原來的160 ℃逐漸降低為158 ℃。加熱低值由-6 K上漲至-1 K,工況持續惡化,于是純化系統及時調大再生氣量和再生溫度,以保證分子篩各指標正常。

(6) 2022年5月28日再次對該現象重新分析,懷疑是循環水中二氧化硅含量高,有部分結晶現象。對循環水各指標進行分析,其中二氧化硅質量濃度高達11 000 μg/L,硬度為1 355 mg/L。對該系統內一次水指標進行分析,其中二氧化硅質量濃度為1 310 μg/L,硬度為294 mg/L。于是將冷凍水水源由循環水切換為軟化水。啟動2臺冷凍水泵運行,并將冷凍水去油冷器閥門關閉,開大污氮氣去水冷塔閥門,對水冷塔內水溫進行嚴格控制,工況開始好轉。

(7) 2022年5月28日—6月5日,一直雙臺冷凍水泵運行,工況逐漸好轉,空冷塔溫度持續降低,溫差逐漸變小。2022年5月27日—6月4日,每天都向水冷塔內添加非氧化殺菌劑SD-635。

(8) 2022年6月5日溫差降至0.7 K,此時停2號冷凍水泵,冷凍水體積流量降為100 m3/h,溫差保持在1 K,相較之前指標更優化。

4 空冷塔出口溫度持續升高原因分析

(1) 冷凍水水源原為循環水,二氧化硅含量和硬度均超標,其中二氧化硅質量濃度高達11 000 μg/L,硬度為1 355 mg/L,而二氧化硅在一定濃度和低溫條件下易結晶[3]。

(2) 冷凍水技改去機組油冷器新加DN40閥門開度較大,為了降機組油溫,該閥門現場最大開至5～6絲。雖然中控及時開大冷凍水去空冷塔調節閥,但流量仍有減小趨勢,導致空冷塔內部換熱平衡被打破。有部分熱空氣未被冷卻而出塔,而低溫冷凍水與這部分熱空氣接觸形成晶體,導致換熱效果差,溫差變大[4]。

5 處理措施

(1) 當溫差逐漸變大時,及時開大冷凍水和冷卻水流量,效果不明顯。隨后又逐漸減小冷凍水與冷卻水量,希望對塔盤形成一定擾流,打破既有平衡,效果仍不理想。

(2) 關小冷凍水去油冷器閥門,啟動雙泵運行,效果仍不明顯。

(3) 前期向水冷塔加入非氧化殺菌劑SD-635,效果不明顯。但后期將冷凍水水源由循環水切換為軟化水,且持續向水冷塔內添加后,效果開始顯現。

(4) 將冷凍水由循環水切換為軟化水,冷凍水去油冷器閥門全部關閉,開大污氮氣去水冷塔氣量,啟動雙臺冷凍水泵運行,工況開始出現好轉。

(5) 根據溴化鋰機組工況,及時對冷凍水去空冷塔流量進行調節,夜間FV4102閥位一般控制在67%,體積流量為124 m3/h,白天溫度高,溴化鋰機組負荷太高,制冷量不足,一般將FV4102閥位控制在65%,體積流量為117 m3/h。

(6) 時刻關注2臺分子篩的運行情況,包括加熱最低溫度、末期溫度、冷吹峰值、各階段露點、出口二氧化碳含量等一系列指標,及時對再生氣量與再生溫度進行調整,確保分子篩正常運行。

(7) 主塔內總烴含量手動分析由每天1次改為每班1次,工況正常后分析頻次恢復至原來每天1次。

6 結語

該空分裝置空氣預冷系統經過數據分析和摸索基本上找到了問題的根源,根據分析結果進行一系列調整操作最終使裝置恢復到正常狀態。在今后的生產中應嚴控各項工藝指標,尤其是裝置經過一些技改投用之初,一定要緩慢操作,時刻分析各數據變化,并制定詳細的應急處置措施,保證裝置安穩運行。