20 000Nm3/h空分設(shè)備試車中有關(guān)問題的分析和解決

周明亮 黃志紅

（河南開元空分集團(tuán)有限公司，河南 開封 475004）

廣西貴港某公司制氧廠 （以下簡稱廣西貴港）KDONAr-20000/20000/700型空分設(shè)備，采用常溫分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、膨脹空氣進(jìn)上塔、全精餾制氬、外壓縮流程，下塔為篩板塔，上塔、粗氬塔和精氬塔采用規(guī)整填料塔。該套空分設(shè)備空壓機(jī)設(shè)計壓力為0.52MPa，空氣量為105 000Nm3/h，下塔阻力為15KPa左右，在試車過程中發(fā)現(xiàn)，下塔阻力較小，無法調(diào)整至正常值，導(dǎo)致氮氣純度不達(dá)標(biāo)。

1 問題經(jīng)過及原因分析

2012年10月份整套空分設(shè)備安裝完成，開始進(jìn)入試車階段，在剛開始的吹掃以及裸冷階段，并未發(fā)現(xiàn)有異常情況。在出氧調(diào)試階段，空分按照正常的操作進(jìn)行冷卻、積液。然而在調(diào)純的過程中，隨著液氮回流下塔閥門的逐漸開大，下塔阻力也隨之逐漸增大。但是當(dāng)液氮回流下塔閥門全開之后，下塔阻力只有10KPa，此時空壓機(jī)壓力為 0.49MPa，進(jìn)塔空氣量為 85 000～90 000Nm3/h。其中下塔阻力、進(jìn)塔空氣量和設(shè)計值相差較大，空分設(shè)備氧氣、氮氣產(chǎn)量和純度均不能達(dá)到設(shè)計值。隨后逐步提升空壓機(jī)壓力至0.515MPa，進(jìn)塔空氣量和下塔阻力分別上漲至100 000Nm3/h、12Kpa。此時氧氣產(chǎn)量和純度均能達(dá)到設(shè)計值，但是氮氣純度卻仍不能達(dá)標(biāo)。通過對工況的調(diào)整：改變上下塔的回流比，盡量降低上塔的壓力，旁通部分膨脹空氣量等，下塔頂部氮氣和出分餾塔氮氣中氧氣含量始終保持在400～500ppm左右（氮氣純度設(shè)計值為氮中氧含量小于等于10ppm）。

通過分析認(rèn)為：主冷工作不正常，實際換熱面積不夠，導(dǎo)致進(jìn)塔空氣量、下塔阻力以及下塔回流比偏小，從而造成氮氣純度不合格。關(guān)于主冷換熱面積不夠的原因，排除設(shè)計問題，其它常見的原因就是水、二氧化碳或者一些固體雜質(zhì)顆粒等附著在主冷板翅式換熱器的換熱表面上，導(dǎo)致其傳熱系數(shù)降低，實際換熱面積減小。或者是主冷板翅式換熱器本身，在生產(chǎn)制造焊接過程中補焊太多，導(dǎo)致該板翅式換熱器實際換熱面積減小，盡管這種可能很小，但是沒有足夠的理由將該種可能性排除。同時，也不能排除因為下塔精餾效果不好而導(dǎo)致氮氣純度不達(dá)標(biāo)的情況。

針對出現(xiàn)的問題，決定先對整套空分進(jìn)行排液吹除，全面大加溫，以排除水、二氧化碳或者固體雜質(zhì)顆粒等對設(shè)備產(chǎn)生的影響。在全面加溫吹除結(jié)束之后，測量冷箱內(nèi)各個設(shè)備的露點溫度均已達(dá)標(biāo)。然后重新啟動膨脹機(jī)開始冷卻、積液、調(diào)純。然而此次試車，并未解決之前所產(chǎn)生的問題，整套空分的運行工況和上次試車基本相同，氮氣純度仍然不達(dá)標(biāo)。

但是，通過此次試車，已經(jīng)排除了水、二氧化碳和固體雜質(zhì)顆粒堵塞的原因，所以問題集中在主冷板翅式換熱器和下塔設(shè)備本身上。同時，該套空分設(shè)備采用了雙層主冷，上、下層主冷回流下塔的液氮管道分別從各自的板翅式換熱器液氮通道引出后，再匯總至同一根總管，然后進(jìn)入下塔。由于上、下層主冷的標(biāo)高不同，其液氮靜液柱產(chǎn)生的壓力也不同，可能導(dǎo)致液氮在回流下塔時，相互影響，排液不暢，這也是一種可能的原因。

由于下塔和主冷都安裝在冷箱內(nèi)，只有通過扒砂，才能對其進(jìn)行檢查。于是再次對整套空分設(shè)備進(jìn)行排液、加溫吹除，然后將空分冷箱扒砂，對下塔進(jìn)行檢查。打開下塔人孔之后，發(fā)現(xiàn)下塔有部分塔板已經(jīng)變形，甚至塔盤結(jié)構(gòu)被破壞，其水平度已經(jīng)不能滿足要求，導(dǎo)致下塔精餾效果變差，氮氣純度不合格。因為下塔在廠內(nèi)制造時，已經(jīng)經(jīng)過嚴(yán)格的檢測，各項指標(biāo)均達(dá)到要求，下塔只有在路途運輸或者是現(xiàn)場試壓時有可能導(dǎo)致這種情況。通過分析認(rèn)為，現(xiàn)場在進(jìn)行塔體試壓時，由于操作不當(dāng)，充壓或者是泄壓速度過快，是導(dǎo)致塔板變形的主要原因。

2 問題處理

發(fā)現(xiàn)上述問題后，開始對分餾塔下塔塔板進(jìn)行修復(fù)，首先將下塔內(nèi)的塔板逐塊拆除檢查，對有問題的塔板進(jìn)行修復(fù)和更換，然后將塔板復(fù)裝。在復(fù)裝之前，對下塔筒體的垂直度重新校正，以保證塔板的水平度。另外，由于原來的兩臺主冷板翅式換熱器在檢查時，未發(fā)現(xiàn)有異常情況，而且也沒法對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，所以，在原主冷凝蒸發(fā)器旁邊增加一臺小冷凝蒸發(fā)器，用以增加主冷的負(fù)荷，以彌補主冷換熱面積的不足。同時，對液氮回流下塔管道進(jìn)行改造（如下圖所示：左圖為改造前流程圖，右圖為改造后流程圖）。

改造完之后，重新對設(shè)備進(jìn)行吹掃、裸冷、查漏、珠光砂的填裝、露點的測量，然后啟動膨脹機(jī)進(jìn)行冷卻、積液、調(diào)純工作。此次調(diào)試結(jié)果顯示，各項指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計值，空壓機(jī)出口壓力約為0.49MPa，進(jìn)塔空氣量為100 000Nm3/h，下塔阻力為14KPa，氧氣、氮氣產(chǎn)量和純度均達(dá)到設(shè)計值，整套空分能耗也在設(shè)計范圍之內(nèi)，空分整體運行工況比較穩(wěn)定。

3 結(jié)語

只有在成套空分設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝以及調(diào)試過程中，對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，才能保證最后順利地調(diào)試出合格的產(chǎn)品。

3.1 吹掃時，要注意吹掃管道的先后順序，兼顧到每條管道，將生產(chǎn)和安裝過程中殘留的雜質(zhì)盡量吹掃干凈，以免造成堵塞。

3.2 對于主冷，在吹掃的過程中，尤其是在啟動膨脹機(jī)之前，應(yīng)該在吹掃初期或者是末期將液氮回下塔閥門打開幾個小時，其余吹掃時間應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)。因為該閥門打開時，氣體會被短路而不經(jīng)過主冷，從而不能很好地對主冷進(jìn)行吹除，有可能會導(dǎo)致露點不合格，從而造成主冷冰堵，影響設(shè)備正常工作。

3.3 對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場試壓時，一定要按照規(guī)程進(jìn)行操作，避免升壓和泄壓速度過快，造成設(shè)備損壞，產(chǎn)生不必要的損失。