空分裝置低壓氧氣系統運行改造

曾祥文，曹鎮海，陳明遠，劉玉東

(鄂爾多斯市國泰化工有限公司 內蒙古鄂爾多斯 017418)

空分裝置低壓氧氣系統運行改造

曾祥文，曹鎮海，陳明遠，劉玉東

(鄂爾多斯市國泰化工有限公司 內蒙古鄂爾多斯 017418)

介紹了空分裝置低壓氧氣系統的工藝流程、工藝參數及配套設備，分析了低壓氧氣系統運行中存在的液氧泵運行不穩定、空浴式汽化器不能滿足液氧汽化溫度的原因。針對存在的問題，通過2次改造，徹底解決了低壓氧氣系統存在的問題，較好地滿足了硫回收裝置燃燒爐穩定運行的要求，同時降低了低壓氧氣系統運行成本，取得了良好的經濟效益

空分 低壓氧氣 汽化溫度 改造

某400 kt/a甲醇裝置由公用工程單元和主化工單元2個部分組成，其中：公用工程單元包括水處理裝置、3×160 t/h鍋爐裝置、1套60 000 m3/h空分裝置以及變電站、集控中心等電氣儀表裝置；主化工單元包括2臺日投煤量2 000 t水煤漿氣化爐及其配套煤漿制備、渣水處理、變換裝置，低溫甲醇洗凈化裝置及其配套硫回收裝置，絕熱-管殼式水冷反應器合成裝置，四塔精餾裝置等。

與低溫甲醇洗凈化裝置酸性氣排放配套的硫回收裝置采用了美國福陸公司的純氧燃燒工藝，硫回收率高達99.99%，為硫回收裝置燃燒爐純氧燃燒提供的低壓氧氣來自空分裝置的后備低壓氧氣系統。為了滿足硫回收裝置燃燒爐的正常運行，空分裝置后備低壓氧氣系統需要24 h持續供應0.3 MPa低壓氧氣，但由于低壓氧氣系統經常出現液氧泵運行不穩定、空浴式汽化器不能滿足液氧汽化溫度等問題，給硫回收裝置的調試運行帶來了很大影響。為了保證硫回收裝置的順利開車，通過2次改造后，徹底解決了低壓氧氣系統存在的問題。

1 低壓氧氣系統

低壓氧氣系統工藝流程(虛線為改造部分)如圖1所示。

圖1 低壓氧氣系統工藝流程

自空分裝置主冷引出的液氧通過液位調節閥(LCV8807)排入液氧貯槽(600 m3，常壓)，液氧貯槽引出的液氧通過2臺活塞式低壓液氧泵(1開1備)壓縮至0.30 MPa(表壓)后經空浴式汽化器汽化得到0.30 MPa(表壓)低壓氧氣并送入硫回收裝置燃燒爐參與工藝燃燒。

低壓氧氣系統工藝參數：活塞式低壓液氧泵和空浴式汽化器出口壓力均為0.30 MPa(表壓)，空浴式汽化器出口溫度≥-10 ℃，空浴式汽化器出口流量200 m3/h(標態)。

2 存在的問題及改造措施

2.1 活塞式低壓液氧泵

在配合硫回收裝置試車過程中，由于活塞式低壓液氧泵在運行過程中不時出現壓力降低的問題，經常引起硫回收裝置聯鎖停車事故，給硫回收裝置的正常調試造成很大困難。為了不影響硫回收裝置的試車，通過檢查活塞泵入口管道、入口過濾器以及提高液氧貯槽液位等方法，但都未能解決問題。經與液氧泵制造商溝通，該泵必須返廠進行解體檢查以確定泵體內部吸入閥、排出閥或密封是否存在泄漏等問題。由于硫回收裝置正處于調試階段，需要24 h連續供應低壓氧氣，返廠檢修將耽誤硫回收裝置的正常試車。

通過查看圖紙，發現從主冷凝蒸發器自流排入液氧貯槽前的液氧壓力約0.31 MPa(主冷凝蒸發器高度約23.9 m，主冷液氧液位2.50 m，上塔壓力39 kPa)，恰好與低壓液氧泵壓縮后的壓力相近。為此，將空分裝置主冷中的液氧直接接入低壓液氧泵后管道(即空浴式汽化器入口)，即繞過低壓液氧泵直接通過空浴式汽化器汽化向硫回收裝置提供氧氣，徹底解決了活塞式低壓液氧泵排壓不時降低所引起的硫回收裝置聯鎖跳車的問題。實際運行情況證明，將主冷液氧排入液氧貯槽的管道，通過導淋接入低壓液氧泵出口管道，并通過空浴式汽化器為硫回收裝置燃燒爐供應低壓氧氣是可行的，改造后的低壓氧氣系統運行非常穩定，完全能夠代替活塞式低壓液氧泵為硫回收裝置提供所需指標的低壓氧氣。

2.2 空浴式汽化器

解決了活塞式低壓液氧泵運行不穩定的問題后，低壓氧氣系統運行一直很穩定，但隨著氣溫下降，逐漸暴露出空浴式汽化器氧氣溫度受外界環境溫度影響較大的問題。夏季氣溫高時，外界環境溫度對低壓氧氣系統運行的影響不是很明顯，但冬季由于公司所處地區最低溫度為-32.1 ℃，且-20 ℃以下氣溫持續時間較長，在這樣的環境下，空浴式汽化器將無法滿足-196 ℃液氧汽化的要求(要求液氧汽化后溫度不得低于-10 ℃)。

為了在冬季到來前解決此問題，提出了增加1套水浴式汽化器、增設氧氣管道伴熱等措施，但均因空間受限或工程改造復雜而被否決。后在空浴式汽化器周圍加裝密封擋板，并在空浴式汽化器翅片空隙中間密布0.5 MPa蒸汽伴熱管，利用調節閥調節蒸汽量給空浴式汽化器翅片加熱，以實現空浴式汽化器出口溫度自動控制。改造后，空浴式汽化器輔助蒸汽伴熱管加溫裝置使液氧汽化后溫度穩定，通過蒸汽伴熱的調節，能夠保證空浴式汽化器出口氧氣溫度，較好地解決了環境溫度對空浴式汽化器出口氧氣溫度影響的問題。

3 結語

由于給硫回收裝置燃燒爐提供純氧的低壓氧氣系統在調試初期的運行非常不穩定，出現了如低壓液氧泵出口壓力不時降低、空浴式汽化器汽化溫度受環境溫度影響較大等問題，給硫回收裝置的穩定運行造成了很大困難。通過反復研究論證，第1次改造直接將空分裝置主冷中液氧引至空浴式汽化器入口，徹底杜絕了低壓液氧泵運行不穩定對低壓氧氣管網壓力的影響；同時，因不再使用活塞式低壓液氧泵，每年節省低壓液氧泵運行電費和維護費用近5萬元。第2次改造時，將空浴式汽化器用擋板封閉，同時增加空浴式氣化器蒸汽自動伴熱裝置，減輕了環境溫度對空浴式汽化器出口氧氣溫度的影響。低壓氧氣系統通過2次改造后，消除了系統運行不穩定的缺陷，較好地滿足了硫回收裝置燃燒爐穩定運行的要求，同時降低了低壓氧氣系統運行成本，取得了良好的經濟效益。

Operation and Renovation of Low Pressure Oxygen System of Air Separation Unit

ZENG Xiangwen, CAO Zhenhai, CHEN Mingyuan, LIU Yudong

(Ordos Guotai Chemical Co., Ltd Inner Mongolia Ordos 017418)

An introduction is given to the process flow, process parameters and associated equipment of low pressure oxygen system of air separation unit, and an analysis is made of reasons in operation of low pressure oxygen system such as unstable operation of liquid oxygen pump, and ambient air vaporizer being unable to meet the requirement of liquid oxygen vaporization temperature. In connection with existing problems, through two renovations, the problems of low pressure oxygen system have been solved completely, the requirement of stable operation of combustion furnace for sulfur recovery is satisfied, at the same time the operation cost of the low pressure oxygen system is reduced, good economic benefit is realized.

air separation low pressure oxygen vaporization temperature renovation

曾祥文(1980—)，男，工程師，鄂爾多斯市國泰化工有限公司空分車間副主任；ykghzxw@126.com。

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1006- 7779(2016)06- 0046- 03

2016- 06- 15)