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1、天浩公司6000Nm3/h空分系统试车及运行摘要:简介天浩6000Nm3/h空分系统原理、流程特点,分析试车及投产过程中出现的问题,并提出了解决问题的方法。关键词:空分原理、流程、调纯、改造前言:天浩6000Nm3/h空分设备是天浩年产10万t甲醇主体配套工程。由四川空分有限公司设计,采用汽轮机驱动空压机、分子筛净化、增压膨胀机、带氩塔的外压缩流程,自动控制系统采用浙大DSC系统, 2008年3月正式产出合格氧气。一、基本原理 空气中的主要成份的物理特性如下:名称化学符号标准大气压下的液化温度()标准大气压下的固化温度()临界温度()临界压力MPa(A)氧 O2-183-218.4-1195.
2、079氮 N2-195.8-209.86-1473.394氩 Ar-185.7-189.2-1224.862 空气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性,即在同一温度下各组份的蒸汽压不同,将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝,从而达到分离各组份的目的。当处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮混合液体时,气相与液相之间就发生热、质交换,气体中的部分成分冷凝成液体并放出冷凝潜热,液体则因吸收热量而部份蒸发。因沸点的差异,氧、氮、氩的蒸发顺序为:氮氩氧,冷凝顺序为:氧氩氮。在本系统中,该过程是在塔板上进行的,当气体自下而上地在逐块塔板上通过时,低沸点组份的浓度不断增加,只要塔板足够
3、多,在塔的顶部即可获得高纯度的低沸点组份。同理,当液体自上而下地在逐块塔板上通过时,高沸点组份的浓度不断增加,通过了一定数量的塔板后,在塔的底部就可获得高纯度的高沸点组份。由于氧、氩、氮沸点的差别,在上塔的中部一定存在着氩的富集区,制取粗氩所需的氩馏份就是从氩富集区抽取的。二、工艺流程简介1、空气预冷系统该系统主要由空冷塔、水冷塔及四台水泵组成。 空气冷却塔为装有两层填料的填料塔.压缩空气送入空气冷却塔底部,由下往上穿过填料层,被从上往下的水冷却,并同时洗涤部分NOx,SO2, C1+等有害杂质,最后穿越顶部的丝网分离器,进入分子筛纯化系统,出空冷塔空气的温度约为15。 进入空冷塔的水分为两段
4、。下段为由用户凉水塔来的冷却水,经循环水泵加压入空冷塔中部,与由顶部流下来的冷冻水汇合自上而下出空冷塔回凉水塔。 上段冷冻水是由凉水塔来的冷却水,经水冷却塔与由分馏塔来的污氮气热质交换冷却至12后,由冷冻水泵加压,送入空冷塔顶部。2、空气纯化系统 该系统主要由两台吸附器、一台蒸汽加热器和一台电加热炉组成。 分子筛吸附器为立式双层床结构,下层为活性氧化铝,上层为分子筛,两只吸附器切换工作. 由空冷塔来的空气,经吸附器除去其中的水份、CO2及其它一些Cn Hm后,除一部分作仪表气之外,其余均全部入分馏塔及增压机。 当一台吸附器工作时,另一台吸附器则进行再生、冷吹。由分馏塔来的污氮气,经蒸汽加热器加
5、热至180后,入吸附器加热再生,脱附掉其中的水份及CO2,后经放空消声器排入大气。 经由吸附器纯化后的空气水含量在-65露点以下,CO21PPm,温度为21。3、增压膨胀机系统 该系统主要由两台增压透平膨胀机,两台增压机后冷却器,两台供油装置组成。 由分子筛吸附器来的洁净空气一部分进入增压器,消耗掉由膨胀机输出的能量,同时使压力得以升高,经增压后的空气入增压机后冷却器,被常温水冷却到40左右,入主换热器冷却到-108后入透平膨胀机膨胀, 然后经膨胀后换热器进一步冷却入上塔参与精馏。其余空气直接入主换热器冷却到露点-173附近出主换热器,入下塔底部参与精馏。4、氧、氮精馏 该系统主要由下塔、主冷
6、凝蒸发器、上塔来完成。 纯化空气经下塔的精馏,在顶部获得氮气,除一小部分作为热源到纯氩塔外,其余经主冷凝蒸发器冷凝。由主冷凝蒸发器冷凝的液体一部分做为下塔的回流液,一部分经过冷器过冷后,再节流后作为上塔回流液送至上塔顶部。在下塔底部得到的富氧液空,经过冷器过冷后,节流至上塔中部参与精馏。 经上塔精馏,在顶部得到产品氮气,在上部得到污氮气。氮气及污氮气经过冷器,主热交换器组复热。复热后氮气除一部分送往用户管网外,其余均入水冷塔制冷;而污氮气除一部分用作再生用气外,其余也并入水冷塔制冷。在上塔底部得到氧气,经主热交换器复热后去氧压机3002液氧经主冷凝蒸发器底部抽出后,去液氧贮存系统。5、氩的精馏
7、该系统主要由粗氩塔I,粗氩塔II,粗氩冷凝器,纯氩塔组成。 由上塔中部抽出一部分氩馏份气,进入粗氩塔I进行精馏,使氧的含量降低。粗氩塔I的回流液体是由粗氩塔II底部引出经液体泵输送来的液态粗氩,粗氩塔I底部的液体再返回上塔参与精馏。 由粗氩塔I顶部引出的气体进入粗氩塔II底部并在其中进行更进一步的氩、氧分离。结果在其顶部得到O22PPm的粗氩气,经由粗氩冷凝器冷凝成液体后作为回流液返回粗氩塔II。粗氩冷凝器的冷源是过冷器引出的液空,经与粗氩气换热蒸发后返回上塔适当部位参与精馏。 从粗氩塔来的粗氩气进入纯氩塔中部的参与其中精馏,在纯氩塔底部得到合格的液氩,除部分作为产品液氩外,其余与来自下塔的中
8、压氮气换热,使其蒸发作为上升气参与精馏。而液氮返回上塔参与精馏。纯氩塔顶部设有纯氩冷凝器,使上升气氩冷凝成液体作为回流液返回纯氩塔,该冷凝器的冷源来自过冷后液氮,蒸发气氮返回污氮出上塔管线。三、优化操作稳定安全运行1、正常操作空分装置在正常操作生产过程中需要进行必要的调节时,必须注意调节应分阶段缓慢地进行,要查明原因,在一次调节的效果有了反应以后,才能作进一步调节,而不能操之过急。1.1、产冷量的调节 空分装置冷量的多少可以由主冷凝蒸发器液氧液面的涨落来进行判断,如液面下降,说明冷量不足,反之则说明冷量有过剩。 空分装置所需冷量主要由透平膨胀机产生,所以空分装置产冷量的调节是通过对透平膨胀机膨
9、胀气制冷量调节来达到的,通过调节,使在各种情况下的冷凝蒸发器的液氧液面稳定在规定的范围之内。1.2、精馏控制1.2.1、下塔的液空液面必须稳定,可由LCV-1阀投入自动控制,以使液面保持在规定的高度。1.2.2、精馏过程的控制主要由HV-1和LCV-702阀的开度来实现,HV-1开度增大,液氮中的氧含量增加,反之,阀门开度大小,液氮中的氧含量则降低。1.2.3、产品气取出量的多少也将影响产品气的纯度,取出量增加,其纯度下降,反之,取出量减少,其纯度则升高。1.2.4、氩馏份的调节通过出塔氧、氮量的调节,开大氧抽出量,关小氮抽出量,则馏份中氩含量增加,氮含量也可能增加;反之,开大氮抽出量,关小氧
10、抽出量,则氩份中氩含量减小,氮含量也减少。1.2.5、精氩的调节除调节氩馏份的组成外,可调节粗氩冷凝器液空液面高度,液空液面增高,粗氩塔阻力增加,粗氩中含氧量减少,粗氩中氮含量减少。1.2.6、纯氩纯度调节可通过增大蒸发器与冷凝器的热负荷,增加塔顶废气抽出量,减少精氩塔回流液来实现。1.3、达到规定指标的调节1.3.1、投表率在正常生产时应尽可能高,一般要求在95%以上,主要仪表必须完好,并把全部仪表调正到设定值。1.3.2、用HV-1和LCV-702阀调节下塔顶部氮气纯度,使之达到规定值。1.3.3、调节产品纯度和粗氩纯度可相应变动产品气的取出量,待纯度达到后,再逐步增大产品气取出量,直至达
11、到规定之指标。2、影响氧气纯度的因素如何调整2.1、氧气取出量过大。从物料平衡来看当加工气量一定、氮气纯度一定时,如果要求一定的氧气纯度,只能取出一定数量的氧气。如果取出量过多,纯度必然达不到要求。从精馏角度看,氧气取出量过大,上塔提馏段上升蒸汽的数量减少,回流比增大,液体中氮和氩蒸发不充分,将使氧纯度降低。这时适当关小送氧阀,同时开大送氮阀,以保证上塔压力一定。2.2、液空中氧纯度过低。液空中氧纯度低,必然是液空量过大。它一方面将使上塔提馏段的分离负担加大,另一方面回流液多而难以使氮和氩组分蒸发充分,从而造成氧纯度降低。这时应对下塔精馏工况进行调整,适当提高液空含氧量。2.3、进上塔膨胀空气
12、量过大。进上塔的膨胀空气量越大,排氮纯度越低。要保证送氧量,氧纯度必然下降。当进上塔的膨胀空气量过大时,将破坏上塔精馏工况,使得氧纯度大幅度下降。这时如果塔内冷量过剩,则应对膨胀机减量。如果液面正常,则需要将部分膨胀空气旁通,以减少进上塔的膨胀空气量。2.4、冷凝蒸发器液氧面过高。当主冷液氧面上升时,说明下流液量大于蒸发量,提馏段的回流比增大,造成氧气纯度降低。这时可对膨胀机进行减量。当液氧面很高,而氧纯度很差,一时不容易调好时,可排放部分液氧,使冷凝蒸发器换热面积得到充分利用,然后重新调整。2.5、塔板效率下降。精馏塔由于变形、塔体歪斜或筛孔被固体杂质堵塞,则将影响每块塔板上气液传质效果,造
13、成纯度下降。如果运行周期已很长,并且塔板阻力增加,应停车加温。2.6、精馏工况异常。当精馏发生液泛或液漏等情况时,破坏精馏塔的正常精馏工况,造成纯度下降。这时要根据具体情况采取措施,消除不正常工况。2.7、主冷泄漏。当冷凝蒸发器钎焊质量不好或蒸发管磨漏,或局部爆炸,造成局部微小泄漏时,均可引起压力较高的气氮漏入压力较低的氧侧,造成氧纯度下降。当纯度下降不多时,可通过分析液氧与气氧纯度差来判断。当两者的差别超过正常的气液平衡浓度差时,则往往是由于泄漏造成的,只得停车检修。3、空分塔在制取氩时对主塔的工作影响 空分塔主塔与粗氩塔通过氩馏分抽口位置、液空进料方式和进料口位置有机联系在一起。在抽取氩馏
14、分时,有利于氧、氮分离,改善上塔的精馏工况,提高氧、氮产品纯度,提高氧的提取率。在氩馏分后,对主塔液空进料以下至馏分抽口的工况影响很大。因为上升蒸汽减少,回流比增加,要保证液氧纯度需要有更多的塔板数。此外,在这一段内由于抽走30%40%的上升蒸汽,流速也相应降低,如果不采取措施,容易产生漏液而降低精馏效果。因此需要适当减小筛孔面积,有的采取泡罩塔板与筛孔板交叉布置。此外,在制氩时需要抽主塔的一部分液空、液氮作冷源,同时,由于设备增加,冷损也相应增大。因此要求装置生产更多的冷量来保持冷量平衡。对中压装置,需要提高压力;对全低压装置,只能增加膨胀量,从而影响到上塔的精馏工况,降低氮平均纯度。因此,
15、当进塔膨胀空气量受到限制,冷量不足时,只能减少氩馏分量。4、倒换氧压机控制主塔工况 当氧压机倒车时,由于在一定时间内两台氧压机同时运行,如果控制不好将造成氧气抽取量过大,使氧气的纯度降低。这时应采取以下措施来减少主塔工况的波动。4.1、调节主塔氧气放空阀PCV102,控制主塔氧气取出量。当另外一台氧压机启动后,抽取量会增大,可以关小放空阀PCV102以减少氧气取出量,但不能关得太小,那将使上塔压力升高,破坏上塔工况,调节时保证氧气取出量稳定。4.2、调节氧压机一回一阀,减少氧气抽取量。在倒车之前如果氧压机放空余量大,可以先关小氧压机放空阀开大一回一阀,减少氧气抽取量再进行倒车。启动备车后,应先
16、用放空阀升压,如果达不到需要时再关小一回一阀,这样也可以减少氧气取出量。在两台氧压机倒换时,如果氧气取出量仍然增加太大,应调节待停氧压机一回一阀减少氧压机抽取量。4.3、倒换氧压机时,在保证稳定安全的情况下,缩短倒车时间,出现氧气抽取量短时间波动,对主塔工况的影响也会很小。四、出现现象及处理方案1、汽轮机超速现象 我公司汽轮机是由杭州汽轮机厂提供的型号NK25/29/25,额定功率2960Kw,额定转速8470r/min,空载试车过程中,多次出现转速升到7000多转时,转速就升不上去的现象,但调节气阀已经全开,认为是蒸汽温度不高,做功不强造成,设定温度420445,但实际温度不到360,为了做
17、跳闸试验,最高的三次转速分别为8952r/min、9413 r/min和9714 r/min,在此过程中轴振动和轴位移正常,最后由杭汽派老专家来才确定转速齿轮安装错,本来应该是60齿的安装成了30齿,导致实际转速是显示转速的两倍。这样一来汽轮机设计最大转速是8724r/min,但实际开到了9714 r/min2及是19428 r/min,并且多次超速。 最后分析由于危及保安器的机械跳闸坏,加上各项指标在正常值,因此没有及时发现转速表有问题,据杭汽专家介绍此次这样的事故是这么多年的首例。由于转速远远超过设定值,不能肯定机组叶轮是否受损,把转子送回杭汽检查,最后两片叶轮轻微受损,在这过程中耽误试车
18、一个多月。2、水冷塔抽干现象在兖矿国际焦化公司学习期间,了解到当系统波动污氮压力升高,水冷塔出现虹吸现象,水冷塔水被抽光,我公司试车后同样出现类似情况,只不过还能保持200mm的液位。分析由于虹吸管下部口太接近水冷塔底部,虹吸停止是下部口露出水面,自然不能保持我们理想液位,之后从洪吸管底部锯掉一部分,成功的解决了这一问题。3、循环水加药空冷塔阻力升高 空冷塔阻力是保证分子筛安全运行的一个重要指标,当阻力值8Kpa时,系统将连锁跳车,避免造成分子筛带水事故。但由于循环水加药,每次都将使空冷塔阻力升高,操作人员靠及时降低循环水量来控制,但循环水量的降低是有一定限度的,循环水量太低空冷塔出口温度将会
19、升高,影响分子筛的吸附效果。为了消除这一安全隐患,对循环水进行改造。在进空冷塔的循环水管上加了一路消防水,当循环水加药时用消防水代替维持空冷塔正常运行。这一改造还为循环水量不足时起到及时补充作用。4、解决后系统用氮气问题2008年10月甲醇全系统停车,整个系统的置换降温靠2台120KW氮压机送氮气,一台氮压机打气量1260 Nm3/h,为了甲醇置换空分系统开了十多天才停下来,浪费了不少蒸汽和电。一台氧压机打气量3540 Nm3/h,经过改造把两台氧压机出口管与氮气总管相连,当后系统需要大量氮气时就可以用氧压机送气,而且氧压机有放空管,可以通过放空阀调节压力满足后系统需要。天浩公司6000m3/h空分系统,在试车和运行过程中,通过的总结经验,对设备进行不断改造,保证了这套系统能长期稳定的运行。参 考 文 献1、 汤学忠、顾福民主编,新编制氧工问答.冶金工业出版社,20012、 杭州制氧机研究所深冷技术2000年2008年
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