30 000 m3/h(標態)空分裝置冷態開車總結

樊少波

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

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30 000 m3/h(標態)空分裝置冷態開車總結

樊少波

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

熱態開車是指空分裝置在開車時冷箱內設備處于常溫狀態，而冷態開車是指空分裝置在開車時冷箱內設備處于冷備狀態。因為空分裝置停車后沒有必要將冷箱內所有液體全部排放，將冷箱復熱至常溫，然后在下次開車時將冷箱內設備冷卻至冷態，再進行積液、建立精餾等過程，這樣不僅會造成開車時間延長，而且會造成浪費，次數頻繁后難免會造成冷箱內設備及管道的應力發生變化而引起泄漏，冷箱就需進行扒砂，然后處理漏點，再進行裝砂等工作，導致空分裝置至少停車30 d左右，給公司造成嚴重的經濟損失。冷態開車是經常遇到的開車狀態，相對于熱態開車次數較多，因而掌握其操作要領是很有必要的。山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司30 000 m3/h(標態)空分裝置于2015年11月30日首次進行冷態開車，現將開車過程及存在的問題進行總結。

1 分餾塔系統工藝流程

進入分餾塔系統的空氣(168 000 m3/h，標態)分為3股：第1股是分子篩后0.5 MPa(表壓)，16 ℃，84 000 m3/h(標態)的空氣，經低壓主換熱器冷卻后進入分餾塔下塔；第2股是透平膨脹機增壓段后的3.9 MPa(表壓)，40 ℃，38 500 m3/h(標態)的空氣，依次經高壓主換熱器冷卻、透平膨脹機的膨脹端膨脹后進入分餾塔下塔；第3股是增壓機末端出來的7.0 MPa(表壓)，40 ℃，45 500 m3/h(標態)的空氣，依次經高壓主換熱器、8#閥(高壓液空節流閥)減壓后進入分餾塔下塔。分餾塔下塔中的上升氣體通過與回流液體接觸以增加含氮量，所需的回流液氮來自上塔底部的冷凝蒸發器，在冷凝蒸發器內液氧得到蒸發，而氮氣得到冷凝。

分餾塔下塔從上到下產生純液氮、純氮氣、污液氮、貧液空和富氧液空產品，各產品去向：①純液氮大部分作為下塔回流液，小部分經過冷器后作為液氮產品送出；②純氮氣從下塔頂部出來后分成2股，一股去高壓主換熱器復熱后作為產品送出界區，一股去低壓主換熱器復熱后與上一股匯合后送出界區；③污液氮經2#閥(污液氮節流閥)節流后控制流量進入上塔參與精餾；④貧液空經4#閥(貧液空節流閥)節流后送入上塔參與精餾；⑤富氧液空經1#閥(富氧液空節流閥)節流后送入上塔參與精餾。為了降低污液氮、貧液空、富氧液空的汽化率，此3股飽和液體先經過冷器過冷后再進入上塔，其中富氧液空經過冷器后分出一股作為冷源去粗氬塔，被氬氣蒸發后再返回上塔。

進入上塔的液體(自上往下流)和主冷氧側被蒸發的氣體(自下往上升)直接接觸后繼續進行精餾，在上塔下部得到純液氧，在上塔頂部得到污氮氣。純液氧由液氧泵壓縮至6.0 MPa(表壓)后經高壓主換熱器復熱，然后送出界區。污氮氣從上塔頂部出來后經過冷器將富氧液空、貧液空、污液氮冷卻后自身得到升溫，升溫后的污氮氣經低壓主換熱器和高壓主換熱器復熱至常溫后送出冷箱。出冷箱的污氮氣分為2股，一股作為分子篩的再生氣，一股作為水冷塔的冷卻氣將循環水冷卻后排放至大氣。

2 啟動進冷箱前的系統情況

首先啟動汽輪機組，啟動程序按照升速程序進行自動啟動，其操作要點是控制暖管速率和暖機速率，并嚴密監控其振動、位移、溫度在正常范圍內；待轉速升至5 500 r/min后開始逐漸提高空壓機出口壓力，給預冷系統充壓；待預冷系統壓力充至0.45 MPa(表壓)后，依次啟動常溫水泵、冷凍水泵以及冷水機組；待預冷系統正常后，啟動純化系統。

一般情況下，分子篩裝置停車后都會記錄停車時2臺吸附器所處的狀態。打開處于吸附狀態的吸附器出口空氣閥，用充壓閥緩慢將壓力充至0.45 MPa(表壓)后再打開進口閥，然后開再生空氣閥對再生狀態的吸附器進行熱態再生，檢查各閥門到位情況，將純化系統投自動順序控制。此系統的操作要點是加強現場與總控室的聯系，防止因空氣壓力波動而造成分子篩帶水。

3 裝置冷態開車情況

此時純化器后的0.45 MPa(表壓)干燥空氣已送至進冷箱前的HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325，HV40326這6只閥前和增壓機四段進口閥(FZ4021)前，準備進行冷態開車。

3.1 置換增壓機系統

總控室打開FZ4021開度至5%，此時經純化后的0.45 MPa(表壓)干燥空氣進入增壓機，然后通知現場緩慢關閉四段進口補氣閥。此時應與總控室保持聯系，總控室根據現場閥門關閉情況，緩慢開啟FZ4021(應特別注意FZ4021開度不能過大，防止四段進口空氣從該閥處泄壓進入空氣壓縮機進口)。待現場全關四段進口補氣閥后，再調整FZ4021開度至30%，微開五段出口以及六段出口放空閥和各段冷卻器氣側排放閥進行置換，10 min后通知現場控制四段冷卻器出口空氣露點在-60 ℃以下即為合格，并通知現場外送儀表空氣，將其壓力控制在0.70 MPa后投自動，然后再順序測五段冷卻器、六段冷卻器出口的空氣露點，測每個冷卻器露點的目的就是判斷各段冷卻器是否存在內漏點和濕空氣是否置換合格。如果露點不合格，則表明冷卻器有內漏現象或置換不徹底，必須加以處理或繼續置換，防止濕空氣進入冷箱結成冰，從而堵塞換熱器通道，導致空氣無法進入，使氧氣產量下降，嚴重時造成設備損壞。一般情況下，只要露點在-60 ℃以下，就證明冷卻器沒有內漏或置換已合格，可準備啟動膨脹機系統。啟動膨脹機前，首先檢查各密封氣壓力、油壓是否正常，然后切換至正常模式，通知汽輪機崗位五段出口壓力升至2.5 MPa并維持壓力，通知現場依次打開膨脹機增壓端出口閥、增壓端進口閥、膨脹端出口閥、膨脹端進口閥，現場對膨脹機增壓端冷卻器進行置換，露點小于-60 ℃后關閉排放閥，并通知總控室現場具備啟動條件。

3.2 分餾塔下塔充壓

通知汽輪機崗位穩定三段出口壓力，準備給下塔充壓。充壓時，應緩慢開HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326這6只閥門，每次閥門開度不能超過2.5%，而且6只閥門須同時進氣，此時下塔壓力應緩慢上升，待下塔的壓力和純化后的壓力均衡時(<15 kPa即可)應立即全開這6只閥門。在對下塔充壓的過程中，將上塔壓力控制在50 kPa以下，操作工應時刻觀察上塔的壓力情況，打開低壓主換熱器污氮氣去水冷塔的閥門來穩定上塔壓力，保證上塔壓力不能超壓。

3.3 建立低壓主換熱器循環

待HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326這6只閥門全開后，即建立低壓主換熱器循環。因為低壓主換熱器是3股氣體進行換熱的，一股是經上述6只閥門后進入低壓主換熱器，然后進入下塔，此股氣體是正流空氣，進冷箱后本身是要降溫的；一股是從下塔頂部出來的氮氣，經低壓主換熱器和正流空氣換熱后送出冷箱；另一股就是從上塔頂部出來的污氮氣，經低壓主換熱器復熱至常溫后送出冷箱。所以，建立低壓主換熱器的循環主要是將正流空氣送進下塔，將反流氮氣和污氮氣送出冷箱，從而建立循環。此時應注意進冷箱的正流空氣溫度和反流氮氣和污氮氣的溫度，一般情況下正流空氣溫度和反流空氣溫度近似相等，證明換熱效果最佳；但是，返流氮氣和污氮氣的溫度均不能低于0 ℃，因為出冷箱的氮氣和污氮氣管道材質為碳鋼，其承受不了低溫，一旦低于0 ℃，應立即采取關小反流氮氣和污氮氣閥門的操作進行控制。操作時應有流量的概念，因為設計進低壓主換熱器的正流空氣量為84 000 m3/h(標態)，出低壓主換熱器返流氮氣量為6 000 m3/h(標態)，返流污氮氣量為90 000 m3/h(標態)，所以應根據正、返流氣體的流量來控制閥門開度，以保證正、返流氣體溫度的穩定。在建立低壓主換熱器循環時，應根據上塔工況的變化來開LV40301(下塔液位調節閥)、FV40302(污液氮節流進上塔)和HV40304(液空節流進上塔)這3只閥門，其作用主要是將下塔的物料送入上塔，從而保證下塔的精餾效果。待這3只閥門有開度后，適當開低壓主換熱器的氮氣閥開始放氮氣去消聲塔，從而建立3股氣體的循環，操作時應時刻監控出冷箱的氮氣和污氮氣的溫度變化，防止復熱不足而造成冷損增加。

3.4 建立高壓主換熱器循環

因為低壓主換熱器建立循環后，主冷液位會快速下降，所以此時應立即啟動膨脹機來維持冷箱內部的冷量。首先引空氣到8#閥前，先開六段出口送風閥的副線閥，待8#閥前壓力和六段出口壓力均衡后全開六段出口送風閥，并關閉副線閥。啟動膨脹機，將膨脹機轉速維持在22 000 r/min左右，開始建立高壓主換熱器循環。高壓主換熱器是5股氣體進行換熱的，其中2股為正流空氣、3股為返流氣體。2股正流空氣為8#閥前的增壓機末端空氣和膨脹機增壓端出來的空氣；3股返流氣體分別為下塔頂部出來的氮氣、上塔頂部出來的污氮氣和液氧泵出口的高壓氧氣。此時因液氧泵未啟動，所以高壓主換熱器為2股正流空氣和2股返流氣體進行換熱。用膨脹機導葉和防喘閥的開度控制膨脹機的膨脹量，用8#閥控制進下塔的正流空氣量，用PV40333(污氮出高壓主換熱器去水冷塔閥)控制返流污氮量，用FV40335B(氮氣出高壓主換熱器放空閥)控制返流氮氣量。

待高、低壓主換熱器運行正常后，視主冷液位進行積液，若主冷液位較低(指標為≥3 500 mm)，則增大膨脹機負荷，迅速進行積液；若主冷液位高于3 500 mm，則通知現場開11#閥(液氮回流閥)至20%，開啟后觀察下塔阻力，因為開啟11#閥后，表明主冷開始工作，主冷蒸發側的液體開始蒸發而冷凝側的氣體開始冷凝，工況進入精餾階段。此時下塔阻力應為上升趨勢，因為冷凝側的液體會從下塔上部經每一層塔板后流入下塔底部，而上升的氣體經每一層塔板與回流液直接接觸進行提純；當下塔阻力達15 kPa后，氮氣純度基本達標，視情況進行外送。

氮氣外送后，準備啟動液氧泵，根據泵體溫度的高低來決定是先氣冷后液冷還是直接液冷，泵體溫度只要低于-30 ℃，就可直接液冷；如果高于-30 ℃，建議先氣冷，然后再進行液冷。一般情況下，短期停車時液氧泵不排液，所以泵體溫度一般不會高于-30 ℃，在開車時直接進行液冷即可。液冷時，總控室首先打開液氧進液閥和泵回流閥，通知現場開液氧泵進口閥和出口閥，并檢查泵體排氣閥，現場稍開泵后排液閥和泵前排液閥，待有液體排出后關泵前排液閥，稍開泵后排液閥，觀察泵體溫度應處于下降趨勢，待泵體溫度不再下降并處于穩定狀態后維持2 h即可達到啟動條件。液氧泵一旦啟動，應立即調整高壓主換熱器的循環，主要是開大8#閥，控制高壓主換熱器的熱、冷氣體的平衡，調整變頻和回流閥將泵后壓力控制在5.5 MPa，并通知后工段準備接氧，此時空分裝置冷態啟動結束。

4 結語

冷態開車是空分裝置常見的開車狀態，掌握其開車技巧和熟悉開車過程是空分裝置安全運行的前提，要求操作人員熟練掌握現場流程，熟悉每個閥門的位置、開關狀態以及管道的走向、粗細、壓力等級、材質等參數，充分保證每根管線不能超壓、超溫，保證開車過程的順利進行。山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司冷態開車(停車8 h內)從沖轉汽輪機開始計時到合格氮氣、氧氣外送所需時間約為4 h。

2016- 02- 24)