小型空分装置

小型空分装置（精选八篇）

小型空分装置 篇1

1空分装置工艺流程

原料空气经除尘压缩经预冷机冷却,预冷后的空气经水分离器除去空气中的冷凝水,再经分子筛纯化器清除空气中的水分、二氧化碳和微量的乙炔等杂质。净化后的空气进入分馏塔,先在板式热交换器E1、E2中被返流气冷却至饱和温度进入精馏塔C底部,然后在精馏塔内逐板上升与塔板上的回流液传质、传热进行精馏,在精馏塔顶部获得高纯度氮气,其中:一部份氮气由塔顶部抽出,经过E1、E2被蒸馏空气复热至常温作为产品氮输出;另一部分在干式主冷K被液化,液化后绝大部分作为精馏塔的回流液,一小部分作为液态产品经液氮罐LNT储存、输出。

精馏后的回流液在精馏塔底部形成富氧液空,抽出后经液空过冷器E3由V-1阀节流送入干式主冷被氮气汽化,作为废气经E2复热后进入透平膨胀机ET,降低温度获得冷量后经板式热交换器E2、E1复热至常温排出冷箱。一部分作为再生气源, 另一部分作为透平膨胀机制动风机的气源。

2空分装置运行中存在的问题

空分装置运行过程中出现的问题进行总结,主要包括以下方面:

2.1经过四年运行,空分装置产气量达不到设计能力,空分装置精馏塔压力存在下降趋势,初始时压力为0.68~0.7Mpa,近期空分系统高压压力为0.58~0.62Mpa。

2.2设备说明书中缺少预冷机出口温度的设定。

2.3由于各车间用气量极不平衡,制约了空分装置的连续稳定运行。空分设备是一个连续稳定的供气装置,后续用气量也应保持在一个相对稳定的状态,长时间、大幅度的不稳定用气,会对空分设备造成一定的危险,特别是在工况变化频繁时, 应对措施不合理导致不必要的能源浪费。

3分析问题及解决措施

3.1系统压力不足问题分析及处理

分析空分系统压力下降的问题分析:首先测量进塔空分压力,排除空压机故障和预冷机和纯化器之间存在漏点造成压力下降的可能性,其次发现精馏塔塔板面上出现多处结霜、结露现象,其中精馏塔正面结霜较严重,在环境温度34℃情况下,塔板面正常温度应为27~29℃,经测量,结霜部位最低温度10℃。 初步估计空分塔内部存在管线泄漏,导致空分装置精馏塔压力逐渐降低,产气量下降。

解决措施:停止空分装置运行,放净塔内液空、液氮,并用空压机做气源将空分塔各部位吹除升温至常温。打开分馏塔顶部及底部人孔,清除塔内珍珠岩,对空分塔内管线进行打压试漏,发现空分塔内仪表管线存在四处漏点,分析主要原因是塔内填装珍珠岩时造成仪表管线变形,逐渐形成漏点。利用氩弧焊恢复漏点,空分塔内压力恢复正常,塔表面结霜现象消除。

3.2预冷机出口稳定范围为:5~10摄氏度,不能太低,否则容易引起预冷机管道冰堵;高于工艺温度会影响后续工况的稳定,造成进塔空气露点温度超标。

3.3空分装置的变负荷调节方法

氮气用量的不稳定,应该根据氮气管网压力的情况,适时增减氮气产量,并对空分系统的运行工况作相应的调整,调整时的步骤及注意事项主要包括以下方面:

(1)变负荷操作是从一个平衡到另一个平衡的动态操作过程,其速度主要取决于温度平衡、压力平衡和膨胀机运行工况的调节速度,只要配合得当,很快就能建立稳定工况。所以,变负荷的操作速度不能太快,要实现平稳,其速度不能大于1%/4min,操作速度太快会使工况波动太大,空分塔内气液较难形成平衡,造成淹塔、冲塔;

(2)在进行空分设备变负荷操作时,要把握好加工空气量和产品气量之间的增减顺序。在提高运行负荷时,要先增加空气加工量,加工空气量到位1~2分钟后,增加氮气和污氮产量。 在减负荷操作时,要先减少氮气产量,最后减少空气加工量;

(3)提前预测各车间氮气的用量,合理调配各车间的氮气使用量,使氮气的供应处于稍有不足的状态,不足的部分则用液氮汽化补充,尽可能的减少反复调整空分设备氮气产量的情况发生。

根据现在空分设备面临的情况,提出以下改造措施:保证氮气产量的稳定,在氮气送出阀后增加自力式压力调节阀,进行阀前压力控制,保证氮气送出阀V101前后压差稳定,保证空分设备能够连续稳定的供气。

4结语

小型空分装置 篇2

关键词：大型空分；后备系统；工程设计优化

1后备系统低温管道常规设计概述

随着国民经济的快速发展，空分装置的建设规模越来越大，特别是目前煤化工装置配套的空分装置，这些装置一般都要求空分装置在事故状态下其后备系统能连续稳定的提供气体。所以该类空分装置后备系统的液体贮槽和后备低温泵也配备的越来越大，贮存在贮槽中的低温液体产品通过贮槽下部的送液管经低温后备泵加压汽化后送至后续化工装置，其流程图见图1。低温液体贮槽的送液管道常规设计为不锈钢管道由贮槽内槽底部穿出内槽，在外槽外壁开孔后水平送出，贮槽外露部分送液管道用焊接有膨胀节的不锈钢保冷套筒内部充填珠光砂保冷，图2为液体贮槽常规的外接管道形式（管道未保冷）。通常贮槽供货商与用户的设计供货分工界限为贮槽外送液体管道上的送出截止阀，外露的低温液体管道通常用泡沫玻璃或聚异氰尿酸脂（PIR）等耐低温的绝热材料进行保冷后接至后备低温泵，图3为液体贮槽外接管道保冷后与低温后备泵的常规连接形式，贮槽至低温泵间阀门的保冷随管道同时进行。

2大型低温液体贮槽送液管道常规设计的问题和不足

大型特大型煤化工空分装置往往设置大型低温液体贮槽，一般容积都在1000m3以上，2000m3、3000m3已不鲜见，低温液体贮槽的送液总管的直径往往都在DN150以上，国内某项目60000等级的空分项目配套的1500m3液氧贮槽的外送液氧总管直径为DN200，新疆某煤制油项目100000等级的空分项目配套的两台2500m3液氮贮槽的外送液氮管也是DN200，并且全部都设置为双路送出，充分考虑了供液系统的安全性。如此大规格的低温液体管道若采用常规布置设计和保冷，即出贮槽后的低温管道到后备泵全部采用泡沫玻璃保冷，由于其密度为180kg/m3，施工后管道附加荷载大，且泡沫玻璃的导热系数为0.06W.m-1.C-1，为珠光砂的两倍，其保冷受现场施工质量的影响，并且管道上的阀门及仪表和排液管线接口在保冷施工中如处理不好，其保冷材料对接的缝隙部位往往会成为薄弱环节，在设备实际运行过程中经常会产生跑冷现象(有些用户现场用PU硬质聚氨酯泡沫发泡保冷，虽然聚氨酯泡沫导热系数低，通常≤0.027W.m-1.C-1，但由于长期在低温场合下使用宜冷脆，现场发泡的施工工艺受北方冬季寒冷气温的影响较大，并且石油化工设备和管道隔热技术规范(SH/T3010-2013)明确规定其使用温度为-65℃-80℃，所以该工况应避免使用。如果工程布置中后备泵距离贮槽较远，其中间管道的跑冷损失更大，严重时会导致后备泵汽蚀，所以用户往往要求贮槽至后备泵的低温管道采用真空管道，但真空管道价格高，使用若干年后还会存在真空度下降，导致用户现场重新保冷。

3大型低温液体贮槽外部管道的优化设计思路

为了避免上述问题，设计时应将贮槽外的低温管道与后备泵的保冷整体考虑，工程设计时应将上述管道、阀门等都设计在后备泵的保冷结构内，即低温贮槽外部需保冷的低温工艺管道和后备泵整体设计在一个小冷箱内，则上述管道和低温泵的保冷可整体采用珠光砂，其后备系统冷量损失可减小到最低程度，此设计特别适用于后备低温泵兼作空分冷箱备用泵的大型煤化工空分装置。

4后备系统保冷工程设计优化实施案例

我公司在内蒙某煤化工项目工程设计中将后备低温泵的工艺管道与贮槽送液管道整体设计在一个保冷箱内，管道既整体美观，冷量损失又小，此外泵后的回液和回气管道也可利用冷箱内空间布置。此项目液氮、液氧贮槽均为500m3，内筒直径φ8000mm，外筒直径φ10300mm，为了预留出泵与贮槽间管道的安装空间，贮槽基础净空设计为2.5米，基础顶标高3.15米。低温后备泵的流量为52000m3/h，泵进液管道口径为DN150，泵后液体回流管道口径为DN100，回气管道口径为DN40。此外，设计时在泵前进液水平管段上设置了DN15的虹吸管线，此管线可利用管道中液体与气体的密度差将汽化后的气体虹吸至内槽气相，使泵前液体处于动态，便于泵体更快地冷却，除后备泵进液管道是向泵入口上坡外，其余管道水平方向上均有向贮槽上坡的布管设计要求，且泵后回气管路的坡度最佳为45°。上述几个管道在贮槽内槽上的开孔部位不同，但其出贮槽的位置均设计在泡沫玻璃砖绝热层外缘与外槽内壁之间的基础部位（此空间长度有840mm），管道在此夹层利用自身走向的改变增加柔性，来减小管道的二次应力，可取消贮槽原有设计中管道上的膨胀节。管道需下穿贮槽基础至后备泵冷箱，管道下穿时需设计在保冷套筒内，此设计方案需土建专业配合基础开孔设计。贮槽基础设计时其开孔顶面需预埋钢板来焊接固定保冷套筒，并起到封闭保冷套筒与基础之间缝隙的作用，套筒顶面稍高出基础上的细砂混凝土层，并注意施工时防止细砂混凝土等杂物落入套筒内部，影响套筒保冷效果，保冷套筒设计为腰形,截面尺寸长度为1550mm，圆弧半径为R550mm，高度为1350mm，保冷套筒考虑安全因素宜全部采用不锈钢材料，筒底板采用不锈钢板与上穿工艺管道焊接后将筒体封闭，与贮槽同时充填低密度、低导热系数的干燥珠光砂，与贮槽外筒构成一个整体保冷结构，套筒下面的工艺管道及后备泵单独制作保冷箱并充填珠光砂保冷，图4为该项目中的贮槽基础开孔方位和尺寸，结构梁的设计应避开开孔位置。需要特别注意的是此设计方案要求管道布置专业与土建专业密切配合，开孔方位及尺寸条件要做到准确无误，土建施工图经管道布置专业确认无误后方可现场施工。

5空分装置后备系统工程设计的发展方向

空分装置后备系统在工程设计中应贯穿模块化的系统设计思路，可利用三维工厂设计软件将该系统作为整体模块设计，后备泵、保冷箱及管道仪表可以在工厂内预制安装好整体撬装发货，既保证项目的实施质量，又加快现场的安装进度。并且此方案具有可扩展性，当一台低温贮槽对应多台压力等级的后备泵时，可在贮槽的不同角度设计多个保冷套筒和低温泵冷箱，或者根据实际管道布置情况将多台泵的小冷箱合并。如果现场占地面积紧张，贮槽基础净空允许时还可以将泵冷箱反向布置在贮槽基础下面，此方案设计时需考虑低温泵的吊装空间。

空分装置的节能优化操作 篇3

1能耗分析

空分设备最主要消耗是电能及设备检维修、配件材料消耗费用,其次是人工成本。只要针对以上四方面采取切实的措施,就能大大降低空分设备的能耗和运行费用,提高中小型空分设备运行的经济性,实现节能降耗、增产创效。

本车间空分系统主要消耗的能源有蒸汽、除盐水、循环水、低压电和高压电。

1)蒸汽主要用在水浴蒸发器和液氧喷射蒸发器,装置正常生产时蒸汽少量投用,保证水浴蒸发器的热备用状态,故不做能耗分析。

2)除盐水用于水浴蒸发器,是一次性注满水浴蒸发器,在热备用状态无消耗,故不做能耗分析。

3)循环水主要用在空冷塔、水冷塔、空压机气体冷却器、空压机油冷却器、空压机电动机冷却器和膨胀机油冷却器。正常生产时循环水保持最大量,提高冷却效果,使设备与机组运行在最佳工况,无可调节空间,故不作能耗分析。

4)低压电主要有电加热器、调功柜、大小水泵、氩泵、装车泵和生活用电。

5)高压电只有空压机消耗。

从以上情况看,蒸汽、除盐水、循环水、低压电在空分装置运行过程中节能潜力不大,而主要能耗部分在空压机的耗电量上。

从2008年1月到10月,空分系统主要能耗费用如下:新鲜水用量17 540t,总计费用82 438元;循环水用量5 012 533 t,总计费用2 255 639.85元;高压电用量为2 105 6342 kWh,总计金额11 524 135.98元。空分公用工程总消耗金额为13 862 213.83元。空压机能耗约占整套空分设备运行总能耗的83.13%,所以降低空压机功率消耗,是空分设备节能的关键。

2装置的优化操作

2.1缩短空分设备启动时间

空分设备的启动过程是只有能量输入而无产品输出的无效能耗过程。该过程越短,无效能耗越少,经济效益越高。因此,减少启动时间与空分设备的节能关系甚大。具体操作要点如下:

1)启动初期,解决好空气中水分堵塞设备的问题。开车前加温吹扫一定要彻底,大加温结果的好坏,直接影响到开车是否顺利。加温一定要保证各个单元干燥,阀门都要畅通无阻,出口没有水分。

2)充分发挥膨胀机最大制冷能力。透平机开2台,活塞机凸轮控制在最大进气位置,保证最大进气量,尽可能增大压差。

3)及时准确操作阀门,开关到位调整及时。

注意:主冷积液时要正确认识液面上涨慢的原因,不宜操之过急。上涨慢说明膨胀机产生的冷量转移到塔板上了,精馏工况已慢慢建立。主冷开始工作要适时调整,积累液体。

2.2降低分馏塔上塔压力

根据空分精馏原理,上塔压力的变化引起主冷凝蒸发器内液氧与下塔侧氮气之间的温差变化;上塔压力高,则液氧的汽化温度高,这样在下塔压力不变的情况下,主冷内氧氮之间的温差必然缩小,换热量减少,使下塔的回流液减少,必然引起下塔压力增高,使氮气的温度提高,从而满足主冷换热对温差的要求。随着下塔的压力提高,空压机的机后压力必然增大,这使空压机轴功率增大,耗电增加。因此,在调节精馏工况时,一定要尽量降低上塔压力。压力降低后,不但可以降低空压机出口压力(即系统压力),而且使上塔的精馏工况趋于优化,有利于氧与氩、氩与氮之间的分离。此外,在保证造气车间用气量的前提下,操作上应尽可能提高液氧、液氮和液氩提取率,使产量达到最大,这样可以提高整套空分设备的经济效益。

2.3减少空分设备冷量损失

空分设备的冷损主要表现在四个方面:复热不足(即热主换热器热交换不完全)损失(Q2)、跑冷损失(Q3)、液态产品取出冷量损失(Q0)和塔内泄漏损失(Q1)。因此,空分设备的总冷损失为Q总=Q0+Q1+Q2+Q3。根据能量守恒原理,在稳定工况下,空分设备的产冷量应该与装置总冷损平衡。而空分设备的产冷量在没有外加冷源的条件下,是由压缩空气等温节流效应ΔHT与膨胀机的产冷量Qe两部分组成。因此,

由上式可知,减少冷量损失,可以减少制冷量,从而提高空分系统运转的经济性。由于各种客观条件的限制,冷损是不可能完全消除的,但可以采取一定的措施来减少。

2.4延长空分设备运行周期

空分设备运行周期长,就可减少开、停机次数和加温吹除次数,也就减少了空分设备无效运转的时间。节约了电能、蒸汽、冷却水、润滑油,同时节约了人力,减轻了劳动强度,减少了设备的磨损,最终提高空分设备运行的经济性。

3实现节能增效

3.1纯化器再生氮气的回收利用

对出纯化器再生氮气进行回收加以利用,节约资源。

1)工艺流程:出纯化器后的再生氮气,经列管式换热器冷却后,进入油水分离器,除去氮气中冷凝下来的水分,然后经氮气缓冲罐(或氮气囊)进氮压机压缩后,送往贮罐再利用。

2)重点解决的问题:

◇再生氮气出纯化器后的压力约为0.01 MPa。采用氮压机抽氮气时要防止缓冲罐出现负压;纯化器再生系统阻力加大,要防止分馏塔压力波动。

◇设备要配套。如换热器、油水分离器、缓冲罐、氮压机等选型要配套。

◇氮气回收后,氮气中含水量略增加,若要求含水量少,可增设一干燥器。

3.2放空氧气、氮气的回收利用

在空分氧气、氮气外送阀后接管至甲醇分公司小空分装置氧、氮压机入口:本装置设计生产能力以氧气计8 000 m3/h(标准工况下),而造气装置满负荷需要氧气仅为3 600 m3/h(标准工况下),其余氧气都进行放空处理。故根据实际情况在空分氧气、氮气外送阀后接管至甲醇分公司小空分装置氧、氮压机入口,实现氧气、氮气的回收利用。

3.3水浴蒸发器的节能改造

水浴蒸发器循环水改为除盐水:循环水中含有大量的盐离子,长时间打循环很容易形成水垢堵塞管道,如果注入除盐水,就可以解决此问题,提高换热器的换热效果,节约蒸汽量。

3.4液体贮槽保冷效率的提高

从冷箱至3台液体贮槽的管线全部改为真空绝热管形式:本空分装置使用的是无缝钢管,其传热较快,保冷效果不好。若采用真空绝热管可提高保冷效率,减少冷量损失,提高液态产品的产量。

4总结

随着我国国民经济持续高速发展,当前国内空分处于“黄金时期”,成为“朝阳工业”。中国工业气体行业2000年后进入快速发展阶段,2003—2005年中国气体工业产值年均增长65%,而今世界平均年增长率为12%,到2016年,中国工业气体产值将达到1 000×104元。目前,我国气体市场年销售额为360×104元左右。2006年全球工业气体销售额总计517×104美元。中国工业气体市场,2005年达到17×104美元,比2004年增长20%。预测今后5年年均增长19%,到2010年将达到40×104美元[2]。

另外氧、氮、氩等气体液化后的液体产品,推广使用后,可降低运输等费用。在工业发达国家一般使用低温槽车输送工业气体液化产品到各用户,就地汽化使用,实现“集中生产、分散供气”,达到节能增效的目的,这也是我国气体工业发展的趋势。

参考文献

[1]汤学忠,顾福民.新编制氧工问答[M].北京:冶金工业出版社,2006.

空分装置工程质量的控制与管理 篇4

项目在施工的全过程中, 通过在图纸会审设计交底、设备及原材料采购、施工现场质量监督、工程中交及交工等各个环节严格把关, 坚持在质量管理工作中做到程序化、规范化、标准化, 使得工程质量最终符合国家及相关行业标准的要求, 顺利投产。本文仅就在空分装置现场工程质量控制与管理过程进行全面总结。

一、重视施工前的各项准备工作

武汉乙烯空分装置与大多数石化工程一样, 受时间紧、任务重、标准高、工艺复杂等众多条件的制约, 因此必须在施工前就做好各项准备工作, 对重要质量控制点进行严格把关。在对开工条件进行确认时, 按要求提交相应的开工报告及附件, 开工条件符合开工23项的要求 (见表一) 。管理人员按照开工报告及项目开工23项的要求, 对自己所负责的内容认真落实, 确认上道工序 (专业) 已完验收合格后, 方可进行下到工序 (专业) 施工。

二、把好工程设备和原材料质量关

设备、原材料的质量问题是长期以来困扰工程质量的重要因素。目前整个建筑市场产品的质量良莠不齐, 国产设备、材料的质量水平又令人担忧, 让人难以接受;另一方面, 分包商为了增加收益, 会选择质量较差的材料进入施工现场, 以次充好, 会给工程质量留下了隐患。

2.1、重视质量证明文件审查

质量证明文件是项目在材料验收时的入场券。同时也是技术把关、质量验评、竣工验收的重要依据。目前, 市场的自由化、产品的多样化、厂家的复杂化, 使得质量证明文件是千姿百态, 给收集、复制、报审和归档带来了一定的困难。

在对空分装置不锈钢板产品质量证明文件进行审查过程中, 管理人员发现其质量证明文件上不锈钢材料的牌号包括SUS304、0Cr18Ni9和06Cr19Ni10, 而SUS304不是依照中华人民共和国制造标准生产的产品, 材料生产单位山西太钢股份有限公司在2010年以后出具的产品质量证明书, 不锈钢材板的制造标准为GB/T 4237-1992, 并非最新的GB/T 4237-2007;另外质量证明书中不锈钢板材料中Cr含量也没有达到18%的最低要求, 通过对其质量证明文件的审查, 一开始就把劣质材料拒之门外, 消除工程质量隐患, 保证工程质量。

2.2、重视材料检验技术的应用

石化建设项目的试验技术主要包括金属材料的理化试验、建筑材料试验、地基与桩基试验、电气设备性能试验和仪表调校, 其试验结果的准确与否直接关系建筑工程结构的使用和安全。其中, 理化试验和建筑材料试验又对材料、构配件、设备的进场验收起着重要作用。通过这些技术性很强的试验工作, 可以帮助我们发现一些外观检测所不能发现的缺陷, 更加准确、科学的为工程质量保驾护航。

三、加强施工过程质量管理

1、施工现场的质量管理

在施工过程中项目部一直推行全过程、全方位、全员参与的“三全质量管理”制度, 各专业工程师对施工工艺纪律的执行情况进行监督、检查和指导, 施工经理也必须参与现场的质量管理工作, 为质量检查活动提供支持。区域质量负责人对现场施工人员质量行为和施工实体质量进行检查, 及时发现质量问题并责令整改, 随时对施工单位管理人员及检验人员到位情况、施工技术措施的落实情况、材料及管配件标识、焊件管理、检测工具计量、特殊工种持证上岗等情况进行监督检查, 以保证施工单位的质量保证体系正常运行, 施工质量始终处于受控状态。

2、检查验收的质量管理

对施工质量的验收一般包括:工序检查验收、隐蔽工程验收、分项分部单位工程验收、交工资料验收、中间交接验收、项目交工验收等。每一个质量控制点的验收都要求做到有检查记录、有处理结果、有签字确认, 同时还应当建立工程报验动态管理台账, 对工程报验一次合格率进行统计, 从而更加及时准确的对工程质量控制点的报验情况进行控制。

四、创建样板工程树立精品意识

创建样板工程就是要树立程序化、规范化、标准化工作的一面旗帜, 就是要创建一个争取每一道工序、每一项工作都能达到标准的良好局面, 就是要建设一个经得起规范、标准要求和检验的榜样工程, 就是要凝聚一个带动全局发展的力量, 以此来激发广大建设者建设精品工程的劳动热情, 从而营造出一个人人关心工程质量、个个保证工程质量的良好氛围, 使各分包在创建竞赛中“学有榜样、干有样板”。

五、积极开展项目质量文化建设活动

在项目现场持续开展质量文化建设活动, 我们追求的是树立正确的质量价值观和质量道德观, 增强质量意识, 营造质量文化氛围, 激励和培养所有施工人员遵守质量规章制度的自觉性, 落实质量责任, 推动全员参与质量工作。人人都以把好每个环节、每道工序质量关为己任。在实际行动上, 诚实守信, 求真务实, 照章办事, 一次做对, 严慎细实, 缺陷为零, 最终依靠全员的力量, 把好工程质量关, 保正生产运行的本质安全。

参考文献

[1]武汉乙烯项目质量管理部.武汉80万吨/年乙烯工程质量文化手册[Z].武汉, 2010.

[2]武汉乙烯项目质量管理部.武汉80万吨/年乙烯工程质量管理手册2.0[Z].武汉, 2011.

[3]中石化宁波工程有限公司.质量文化手册[Z].宁波, 2010.

[4]中石化宁波工程有限公司.武汉乙烯项目质量计划[Z].武汉.2010.

[5]毛绍融, 朱朔元, 周智勇.现代空分设备技术与操作原理[M].杭州:杭州出版社, 2005.

空分装置的操作瓶颈及整改措施 篇5

中海油天野化工有限公司原设计是一套以渣油为原料、年产30万吨合成氨、52万吨尿素的大型化工生产装置。2005年为了充分利用西部天然气资源,装置进行了渣油改天然气改造。合成氨装置的主要化工单元包括:空分、气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、液氮洗及氨合成、氨冷冻等。其中空分单元采用林德全低压液氧泵流程,100%负荷时,加工空气量130450 Nm3/h,生产能力氧气21400 Nm3/h,氮气27750 Nm3/h。

2操作中出现的问题

2010年4月份,在空分分子筛切换时,工艺空气冷却器的液位LCA2401及液位调节阀LCV2401阀位突然出现大幅波动的现象(如图1)。正常时,液位LCA2401在33%到35%之间,阀门LCV2401阀位在68%到70%之间;波动时,液位在25%到40%之间波动,阀位在50%到80%之间波动,而液位有高联锁80%,联锁动作引起空压机跳车;低联锁20%,联锁动作引起阀门LCV2401全关。

分子筛吸附器(A2626A/B)是两台卧式内装铝胶及分子筛吸附剂的空气吸附器。每3 h切换一次,在正常情况下每次切换时,进入空分系统的空气量会有4000 Nm3/h的波动量(如图2)。

影响分子筛吸附容量的因素有很多,如吸附温度、被吸组分的分压、气体流速、吸附剂的再生完善程度、吸附剂厚度等,但当其他因素不变时,吸附温度越高,吸附剂的吸附容量就越低。当E2416工况异常导致分子筛吸附器进口温度可由10 ℃上升到18 ℃,出口温度可由15 ℃上升到25 ℃,大大增加了分子筛吸附器的负担,缩短了分子筛的吸附周期,极易造成吸附后空气中的二氧化碳超标,在进入冷箱后堵塞通道;空气温度上升也增加了空分系统冷量的消耗。

现以分子筛吸附器A2626A为例,将各项工艺指标进行对比,见表1。

3初步判断及处理措施

工艺空气冷却器内部设置液体分布器、19层塔盘,顶部在空气出口前设置除沫器。怀疑有两种因素导致工艺空气冷却器的液位及液位调节阀阀位波动,一是塔盘堵塞严重,在进塔空气量大幅波动时,上一层塔板上的水不能顺利从降液管流到下一层,造成持液现象;二是塔盘发生倾斜或部分塔盘发生脱落的现象,在空气量大幅波动时,造成偏流引起塔盘持液。以上两种原因均可造成液位及阀位波动。当塔盘持液时,液位LCA2401下降,而调节阀LCV2401受液位调节,会自动关小阀位以保证液位正常,液位在阀位关小的作用下而稳定住了,但当塔盘上的液体流到塔底时,液位又迅速开始上涨,阀门又开始开大,但阀门的动作受到P、I、D参数的限制,不能很快开大到合适的位置,待阀门开大到一定阀位时,液位又开始下降,阀门开始回关;如此反复,就会表现为液位和阀位大幅波动。

为了防止气流波动大、塔盘持液严重时,空气将水带入分子筛,引起分子筛吸附工况恶化,每当分子筛切换时,都要将进空分系统的空气量减约4000 Nm3/h的量,以保证工艺空气冷却器液位及调节阀阀位平稳。但随着时间的延续,即使当分子筛切换时减了空气量,工艺空气冷却器的液位及阀位波动的幅度却越来越大,上述现象又重复出现。最严重时,可在吸附的分子筛吸附器底部导淋排出大量的游离水。

我公司2010年6月份装置小修时,因检修周期短,对E2416只是简单地进行了入塔检查,工艺空气冷却器共有两股冷却水冷却空气,分别是常温的循环水经水泵打压后从塔中部进入;另一股是深度冷却水,是常温循环水先与低温污氮换热降温后经水泵打压后与液氨换热降温为5 ℃所产生的。这两股冷却水进塔的管线入口处都装有滤网,由于我公司装置的循环水是黄河水再处理后使用的,很容易堵塞管道及设备,水管线上的滤网布满了碎毛屑、水垢、杂质等物质,导致水流不畅,当进塔空气量大幅波动时,由于空气压力高、流速快,逆流与冷却水接触,使原本不畅的冷却水通道,更加受阻,当气流稳定后,水流会迅速汇流到塔底,如此极易造成在分子筛吸附器切换时塔液位及调节阀阀位大幅波动。检修人员将滤网进行了彻底清理,装置开车后,初期没有出现过液位及阀位波动的现象。但运行一个星期后,上述各项工艺指标再次出现波动。

4最终原因及解决方案

2011年8月份生产装置进行大修,对E2416进行了大修。发现大部塔盘孔已堵死,部分冷却水槽有严重开裂现象,部分塔盘支撑杆断裂。检修人员对塔盘孔进行彻底疏通、对开裂槽进行贴补,并重新增加支撑杆。

2011年9月份开车至今,E2416工作正常。每次分子筛吸附器切换时,即使空气量有大幅度的变化,液位LC2401及阀位只是会出现很小的波动,属正常波动范围。分子筛吸附器进、出口温度再未出现过大幅上涨的现象,在分子筛吸附器底部只排出很少的水汽,也属吸附过程中出现的正常现象。

综上所述,因工艺空气冷却器E2416的塔盘故障,至使塔内下流液体在塔盘内液层分布不均,甚至有偏流现象出现,当进入冷却器的空气量发生大幅变化时,极易出现气液夹带现象,或使气、液接触不足导致空气出塔温度极高。高温的空气进入分子筛吸附器进行吸附干燥,缩短了分子筛吸附剂的吸附周期,容易导致空气干燥露点高或干燥不合格的现象。

摘要：介绍因工艺空气冷却器塔盘故障,在分子筛吸附器切换时空气气流波动大、工艺空气冷却器工作效率下降,导致空气吸附温度升高甚至将水带入分子筛吸附器,引起相关工艺指标异常,给空分装置的操作带来风险。在经过系统的分析、摸索、判断、总结,并制定相应的操作方案,最终将这一操作瓶颈彻底解决。

空分装置空冷系统技术改造 篇6

空分制氧是利用氮气低温分离技术将空气中氧组分在其液化温度下进行低温分离, 制取满足特定要求的氧气。该装置对原料空气的温度、湿度、洁净度等有较高要求, 在进空分塔前需要布置前处理设备以达到工艺要求。

江阴市西城钢铁有限公司制氧厂有一套中型低压流程制氧空分设备, 型号为KDON3200/3500, 始建于20世纪90年代初, 设计产量为氧气3 200 Nm3/h, 纯氮气3 500 Nm3/h。该设备在设计配置时, 空气预冷系统配置了一台进口冷冻机, 功率150 kW, 为空气冷却塔、膨胀机增压空气冷却器、氩气纯化系统等提供低温水。而空分3 500 m3/h纯氮量及近1万m3/h污氮 (分子筛再生用一部分) 的出塔温度在10 ℃左右, 没有进行收集利用就白白放空, 如能将这部分氮气冷量回收利用的话, 将给企业带来很大的效益。

1 改造目的

(1) 当空气经过压缩及内部分级冷却后, 压缩空气出口温度一般在40℃左右, 需要在空冷塔内进行洗涤、降温到17℃左右, 然后去分子筛。但由于水源水温偏高, 冷冻机只能将水温降10℃左右, 特别是夏季, 由于冷冻机出水水温偏高, 达22℃左右, 造成原料空气温度没有被降到工艺要求温度就进入分子筛, 致使吸附不彻底, 分子筛切换时间比设计的时间短, 对空分操作工况影响很大, 氧气产量仅为设计的95%左右。

(2) 如能充分利用空分放空的低温氮气冷源, 对进冷冻机前的循环水进行初步冷却, 然后通过冷冻机进一步冷却到要求温度, 既可保证工艺要求, 又降低了能耗, 特别在冬季及春秋季节, 低温氮气可直接将水温降到工艺要求的温度, 不需要经过冷冻机再降温, 冷冻机可不工作或间隙工作。

(3) 确保空气预冷系统满足空分工况操作要求, 不影响生产。

(4) 节能降耗, 降本增效。

2 改造方案

2.1 工艺水温要求

空分装置空冷系统各工艺点水温要求见表1。

2.2 改造工艺流程

利用逆流热交换原理。将原流程中空冷塔冷冻水的回水管与冷冻水泵WP1103 (1104) 进水管路断开, 插进新增氮-水冷却系统 (如图1所示) 。用过返回的冷冻水从A点接到氮水冷却塔填料层上部A点入口, 氮水冷却塔下部C点引出降温后的冷冻水接到冷冻水泵WP1103 (1104) C点入口, 补充水源则由冷却水泵WP1101 (1102) 出口旁通支路B点接到氮水冷却塔填料层上部B点入口;空分塔引出的10 ℃左右低温氮气接入氮水冷却塔填料层下部。这样, 水往下走, 气往上行, 在填料层进行冷热交换后, 气从塔顶部敞口排入大气, 水积聚在塔底部被水泵吸走进入冷冻水循环系统。为减少水量损失, 在塔顶放散口设有捕水器, 将氮气中携带的水滴进行捕捉回收。另外, 由于在原空冷塔中段的冷冻水积水槽水位没有液位控制, 造成经常溢流, 损失也较大, 因此在此处增加一套液位自动控制装置, 根据水位情况及时调节。

2.3 新增设备

氮水冷却塔WC一台 (含填料层和捕水层) ;液位自动控制装置三套 (L1104、L1105、L1106) ;自动调节阀组二套 (V1192、V1197) ;流量自动控制装置一套 (F1104) ;配套阀门等。

2.4 其他配备

需要土建配合制作一个氮水冷却塔混凝土基础, 并要具有施工资质的安装单位进行施工。

3 效果分析

3.1 改造前

空分全年运行, 冷冻机全开, 年耗电为365×24 h×150 kW=131.4万kW/h。同时, 夏季天气炎热, 进冷冻机前水温较高, 水温降不到工艺要求的温度, 对工况操作带来影响。此外, 由于冷冻机满负荷运行, 设备得不到有效地维护和保养, 故障频发, 影响系统正常运行。

3.2 改造后

空分全年运行, 冷冻机在环境气温低于17 ℃时停用, 即冬季停用, 春秋季节半负荷运行, 全年约有7个月时间冷冻机处于运行状况, 这样冷冻机产生的实际年耗电为7×30.5×24 h×150 kW=76.86万kW/h。同时, 夏季天气炎热, 环境气温高, 进冷冻机前水温经过低温氮气初步降温, 然后通过冷冻机再次降温, 满足了工艺要求的温度, 对空分生产工况操作带来很大好处。另外, 冷冻机在停用时有充足的时间进行维护保养, 在投入运行时故障率极低。

3.3 经济分析

3.3.1 直接经济效益

本次改造在设计、设备、材料、基建、安装等方面投资总额为35.5万元, 电费按0.52元/ (kW·h) 计算, 则改造后每年可节约电费 (131.4-76.86) ×0.52=28.36万元。

项目静态总投资利润率为: (28.36÷35.5) ×100%=79.8%, 静态投资回收期为:35.5÷28.36=1.26年, 即一年半左右就可收回投资。

3.3.2 间接经济效益

项目产生的经济效益除直接经济效益外, 还获得了一系列的间接经济效益, 如可保证空分装置稳定运行, 冷冻机有足够的时间进行维护保养而减少故障发生, 提高空分产量和质量。

4 结 论

空分装置安全运行性能的提升与优化 篇7

关键词：完善保护,控制线路冗余,空分装置

0 引言

随着生产规模的不断扩大, 莱钢天元气体公司的制氧机组规模也由原来的4台扩展到了8台。由于设备老化、技术落后、设计缺陷等, 近年来几台机组故障频繁出现, 为了保证一线氧气的供应, 亟需解决制氧机组出现的问题, 提高制氧机组的安全稳定性。本文主要介绍了莱钢天元气体公司3#~10#制氧机组基础级和过程级的控制系统、仪表及检测元件的开发、维护和改造。

1 现状分析

从系统运行的实际效果看, 制氧机组原控制系统能较好地完成空压机生产工艺过程的自动化控制, 确保生产的顺行, 取得了较好的经济效益。但机组运行后, 一些初期设计考虑不到的问题也显现了出来。通过对现场的状态进行全面分析后, 得出如下结论:

(1) 7#~10#制氧机送气总管一直采用人工手轮操作机械阀的操作方式, 操作人员需要爬高空管路, 既不方便也不安全;阀门调节没有自动功能, 只能靠经验;由于机械阀门工作不到位, 易发生泄漏, 甚至引起爆炸事故。

(2) 制氧机组由分子筛进主换热器的4路管道没有相应的温度测点和阀门位置反馈信号, 致使操作工无法正确判断管道的温度和阀门的位置, 可能引起停车或爆炸事故。

2 故障原因分析

基于多年的现场维护经验, 根据制氧工艺流程, 结合实际情况, 并通过技术论证, 针对现场易出现的故障作出以下原因分析:

(1) 由于7#~10#制氧机送气总管阀门没有自动控制功能, 只能靠人工手轮操作机械阀, 无法准确控制阀门的开度, 可能会造成事故的发生。

(2) 制氧机组在分子筛进主换热器的管道上, 原来并没有预留冗余的安装位置;同时, 因为在原阀门顶上有一个圆形旋转式的阀门刻度标尺, 位置非常狭窄, 在顶上无法安装现有的各种定位装置, 也无法对现有阀门进行分体式改造。由于最初的设计并没有相关的监控设计, 因此在增加监控点的同时也会对现有的分子筛进主换热器部分的控制功能进行一定的改进。

3 提高安全稳定性的技术实现

3.1 实现阀门自动化控制

对“阀门站”进行PLC控制的主要目的是:在操作阀门时, 工艺人员不需到现场, 保障了其人身安全。同时, 由于现场手动改为远程控制, 阀门上安装了电磁阀、定位器等仪控设备, 保障了现场处理故障的仪控人员的安全。炼钢管道有调节阀一台 (气闭式) , 切断阀一台 (双作用气缸式) , 调节阀前、切断阀后各有一台手动截止阀, 送氧时两台手动截止阀全部打开, 调节阀全开, 切断阀全开 (电磁阀失电) 。新增加的WinCC监控站兼顾组态和操作功能, 不但能轻松地实现设备操控、报警、历史趋势显示, 更为维护人员提供了查找故障的有力工具。图1为改造后的开关阀站系统。

3.2 管网增加紧急切断控制功能

管网改造前采用手轮操作调节阀门的开度来控制流量, 对紧急状况没有设计相应的控制方案。此次改造在调节阀前增加了紧急切断阀KV1093.2, 它能在紧急状态下以最快的速度切断气源供应, 保证生产安全。图2为紧急切断阀控制程序图。

3.3 分子筛进主换热器管道仪控系统升级

由于原设计控制功能不够完善, 且运行过程中的具体工况较复杂, 原设计又缺乏灵活性, 于是在4个进主换热器管道上分别增加一个铂电阻, 并在进主换热器前的阀门上安装阀门位置开关反馈;鉴于安装位置狭小, 无法采用分体式定位器进行改造, 根据阀门形状和安装位置决定自行设计, 将定位装置固定在一卡件上, 然后直接焊接到阀门气缸边上, 通过位置反馈对其进行调节。

4 结论

通过以上优化措施的实施, 降低了机组的故障率, 保证了设备的安全稳定运行, 提高了操作人员的工作效率, 降低了劳动强度, 保证了热线的需求, 创造了较可观的经济效益。同时, 排除了因设备老化等原因随时可能造成的停产隐患, 并且大幅提高了系统的可靠性、兼容性、通用性和可维护性, 为生产的顺行奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]汪应洛, 陶谦坎.系统工程及其应用[M].北京:科学出版社, 1990.

[2]侯志林.过程控制与自动化仪表[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[3]廖常初.S7-300/400应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.

空分装置夏季负荷不足的技术改造 篇8

1 空分装置设计指标

某煤化工项目配套空分装置杭氧KDON-52000/61100型空分装置, 该空分装置采用离心式空气压缩, 常温分子筛净化, 增压透平膨胀机, 填料型上塔, 全精馏无氢制氩, 液氧 (氮) 泵增压的内压缩工艺技术, 采用DCS控制, 空压机设计打气量279000Nm3/h。

2 倒灌液氧方案的选定

本套空分设计产量为满足后系统壳牌气化炉用氧量, 在空分装置运行正常的情况下, 完全可以满足气化炉100%负荷。但由于后系统新上一套用氧装置, 使耗氧量增加, 当后系统全部满负荷运行时, 空分制氧量将无法满足生产需要, 且如遇空分装置夏季运行, 空压机打气量减少, 则问题更为突出。为保证后系统满负荷运行, 解决制氧量不足问题, 决定采用倒灌液氧的方法, 提出以下方案:

(1) 通过液氧采出管线进行倒灌, 这是空分装置开车时采用的倒灌方法, 目的是缩短开车时间, 但是在正常装置运行时, 这种方法有一定的风险。因为此管线与液氧泵入口管线使用同一根主管线, 如果倒灌过程中出现气体, 则可能会影响液氧泵的运行, 造成液氧泵的汽蚀, 从而造成液氧泵跳车。

(2) 通过主冷凝蒸发器底部排液阀进行倒灌, 这种方法因为直接加到主冷凝蒸发器液氧底部, 对主冷的安全造成威胁, 且对主冷凝蒸发器工况影响较大。

(3) 通过氩系统粗氩塔Ⅱ底部液氩泵备用泵入口导淋进行倒灌, 把液氧从液氧储槽灌至粗氩塔Ⅱ内, 或通过液氧槽车泵将液氧输送到粗氩塔II内, 再通过液氩泵把液氧从粗氩塔II输送到粗氩塔Ⅰ内, 通过粗氩塔II底部进入主冷凝蒸发器液氧侧。优点是可通过调节液氩泵负荷来控制倒灌量, 并且粗氩系统可为倒灌提供缓冲, 更安全可靠, 对精馏塔工况影响较小;缺点是对粗氩系统工况有一定影响。

经过比较, 从安全性和可操作性上考虑, 最终选择第三种方法进行改造。

3 方案操作方法和注意事项

3.1操作方法及注意事项

3.1.1自流倒灌, 打开V07、V04、V01、V05或V06, V02、V03、V09, V08关闭, 通过V01来调节进液量, 为防止粗氩系统工况异常导致粗氩塔底部氩浓度高从而影响氧纯度, 粗氩Ⅱ液位保证在2000mm~2500mm。

3.1.2通过泵倒灌, 打开V07、V04、V01、V05或V06, 启动泵通过V08调整出口压力, 控制住0.4~0.5MPa, 现场专人监护避免泵超压、安全阀起跳及对冷箱内设备管线造成损害, 通过V08调整进液量。

为避免倒灌液氧对氧纯度造成影响, 操作时适当降低了精馏塔上塔压力, 增大了主冷凝蒸发器温差, 增大了主冷凝蒸发器蒸发量, 提高液氧纯度。为避免倒灌液氧对氩系统工况的影响, 操作时适当减少了氩系统负荷, 降低了氩馏分的抽取量, 增大了粗氩气放空量, 严格控制氩馏分的指标, 避免“氮塞”。

安全方面, 所有管线、阀门均经过吹扫、试压、查漏、脱脂处理, 管道进行保温, 编制事故预案, 对人员进行专项培训、演练。

4 方案实施后对系统影响

(1) 对粗氩系统影响较小, 降低负荷后可保证粗氩系统正常运行, 因精氩系统未投用, 故后果未知。

(2) 对精馏工况有一定影响, 因加工空气量不足, 如果主冷凝蒸发器液氧液位过高, 则会造成液氧蒸发量减小, 氩、氮组分无法被完全蒸发, 会造成氧气纯度下降。操作中通过控制液氧的倒灌量, 避免主冷凝蒸发器液氧液位过高, 降低精馏塔上塔压力, 降低主冷凝蒸发器液氧液位, 增大主冷凝蒸发器液氧蒸发量等措施后, 氧气纯度未发生较大波动。

(3) 对低压换热器影响较大, 但在可控制的范围, 因加大了主冷凝蒸发器液氧的蒸发量, 且要降低精馏塔上塔压力, 所以加大了污氮气的抽取量, 污氮气通过低压换热器的量增大后导致低压换热器热端温差增大, 由3℃以内扩大到6℃左右, 冷损增大。

5 结语

虽然倒灌液氧对整个空分装置有一定的影响, 但是均在可接受的范围内。通过此次改造, 空分氧负荷可以满足后系统的最大用氧负荷, 解决了因氧气不足而造成后系统无法满负荷生产的问题, 为公司提高经济效益, 降低了运行成本, 目前来看是一项较为成功的技术改造。

摘要：空分装置夏季运行由于温度高使氧气产量下降, 导致气化炉无法满负荷运行, 通过倒灌液氧等方法的对比, 确定技术改造的具体方案和实施效果, 解决空分装置夏季负荷不足的问题。