30 000 m3/h(標態)空分裝置運行總結

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)空分裝置運行總結

樊少波

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

1　工藝流程

山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司新建的30 000 m3/h(標態)空分裝置于2015年10月30日投入使用并運行正常。該裝置包括：空氣過濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、空氣純化系統、分餾塔系統、氮氣壓縮系統及液體貯存系統。

1.1空氣過濾系統

空氣首先進入自潔式空氣過濾器,在過濾器中除去灰塵和其他顆粒雜質后進入空氣壓縮機進行四級壓縮，壓縮后的空氣[0.520 MPa(表壓)、93.6 ℃、177 000 m3/h(標態)]送入空氣預冷系統，壓縮過程中產生的級間熱量由中間冷卻器中的循環冷卻水帶走。

1.2空氣壓縮系統

空氣壓縮系統采用汽輪機一拖二的形式(拖動空氣壓縮機和空氣增壓機)。空氣壓縮機采用四級壓縮，空氣增壓機采用七級壓縮。空氣壓縮機經過一級壓縮后壓力提至0.072 MPa(表壓)，經過二級壓縮后壓力提至0.168 MPa(表壓)，經過三級壓縮后壓力提至0.229 MPa(表壓)，經過四級壓縮后壓力提至0.520 MPa(表壓)后送到空氣預冷系統。空氣增壓機的進氣為分子篩吸附器后分一股0.50 MPa(表壓)、90 000 m3/h(標態)的干燥空氣，經過兩級壓縮后壓力提至1.20 MPa(表壓)，抽出6 000 m3/h(標態)作為全公司儀表用空氣進行外供，其余空氣再經過兩級壓縮后壓力提至2.70 MPa(表壓)，抽出38 500 m3/h(標態)送到透平膨脹機增壓端進口進行增壓，其余45 500 m3/h(標態)的空氣再經過三級壓縮后壓力提至7.00 MPa(表壓)送入冷箱8#閥(高壓液空節流閥)前，經8#閥減壓后送到下塔。

1.3空氣預冷系統

來自空氣壓縮機的0.520 MPa(表壓)、93.6 ℃的空氣進入空氣冷卻塔，在空氣冷卻塔內的空氣依次經32 ℃的循環水和8 ℃的冷凍水進行冷卻，空氣冷卻塔出口的空氣溫度降至10 ℃左右后送入空氣純化系統。循環水來自涼水塔系統、經循環水泵加壓至0.9 MPa(表壓)后送入空氣冷卻塔中部，與空氣進行直接接觸后從下部排放到涼水塔回水管內；冷凍水來自水冷塔、經冷凍水泵加壓至0.9 MPa(表壓)后，經過冷水機組將水冷卻到8 ℃后送入空氣冷卻塔上部，與空氣進行直接接觸后也從空冷塔下部排放到涼水塔回水管內。

1.4空氣純化系統

來自空氣冷卻塔的空氣[10 ℃，177 000 m3/h(標態)，0.5 MPa(表壓)]進入分子篩吸附器(下部裝填Al2O3，上部裝填13X- APG)進行吸附，將空氣中的水、二氧化碳以及碳氫化合物吸附后送入冷箱內。分子篩吸附器采用2臺(吸附、再生各1臺)并聯操作。

1.5分餾塔系統

進入分餾塔系統的空氣[168 000 m3/h(標態)]分3股：第1股分子篩吸附器后的空氣[0.50 MPa(表壓)，16 ℃，84 000 m3/h(標態)]經低壓主換熱器冷卻后才進入分餾塔下塔；第2股透平膨脹機增壓段后的空氣[3.90 MPa(表壓)，40 ℃，38 500 m3/h(標態)]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股增壓機末端出來的空氣[7.0 MPa(表壓)，40 ℃，45 500 m3/h(標態)]依次經高壓主換熱器冷卻、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后含氮量增加，所需的回流液氮來自下塔頂部的冷凝蒸發器，在冷凝蒸發器內液氧得到蒸發，而氮氣得到冷凝。下塔從上到下產生以下產品：純液氮、純氮氣、污液氮、貧液空、富氧液空。各產品去向：純液氮大部分作為下塔的回流液，一小部分經過冷器過冷后作為液氮產品送出；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，另一股去低壓主換熱器復熱后和上一股匯合后送出界區；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；貧液空經4#閥(貧液空節流閥)節流后送入上塔參與精餾；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、富氧液空的氣化率，此3股氣體進入上塔前先經過過冷器過冷后才進入上塔。其中富氧液空經過冷器過冷后分出一股去粗氬塔，被氬氣蒸發后再返回上塔。

進入分餾塔上塔的液體與上升的氣體直接接觸精餾，從而在上塔的下部得到純液氧，在上塔的頂部得到污氮氣。純液氧經過液氧泵壓縮至6.0 MPa(表壓)后經過高壓主換熱器復熱，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，升溫后的污氮氣繼續經低壓主換熱器和高壓主換熱器復熱到常溫后送出冷箱，出冷箱的污氮氣分成2股：一股作為分子篩的再生氣，另一股作為水冷塔的冷卻氣將循環水冷卻后排放至大氣。

1.6氮氣壓縮系統和液體貯存系統

從分餾塔系統復熱出來的0.44 MPa(表壓)氮氣，一部分作為全公司用氮氣送到氮氣管網，另一部分經氮氣壓縮機加壓到4.00 MPa(表壓)后送出界區。氮氣壓縮機采用兩級壓縮，第1級從0.44 MPa(表壓)加壓至1.30 MPa(表壓)，第2級從1.30 MPa(表壓)加壓至4.00 MPa(表壓)后外送。從分餾塔內出來的液氮、液氧除大部分外送外，一小部分送入液氮、液氧貯槽進行儲存。

2　設備配置

主要靜止設備配置見表1，主要運轉設備配置見表2。

表1　主要靜止設備配置

表2　 主要運轉設備配置

注：汽輪機耗9.8 MPa蒸汽107 t/h，產生蒸汽冷凝液107 t/h，汽封耗2.5 MPa蒸汽0.27 t/h，空氣壓縮機耗循環水1 416 m3/h。

3　開車過程

汽輪機的主蒸汽管道于2015年9月18日吹掃合格，拆除臨時吹掃管線和恢復速關閥。恢復正常后，開始校對汽輪機組的各個測點(包括振動、位移、軸溫、鍵相等)。測點完成后，開始作聯鎖試驗(包括油壓聯鎖、泵自啟聯鎖、現場緊急停車按鈕聯鎖、手動油壓聯鎖、排氣壓力高聯鎖、軸溫高聯鎖、振動大聯鎖、位移大聯鎖等)。汽輪機組所有準備工作于2015年9月20日全部就緒。汽輪機單體試車完畢后，緊接著空氣壓縮機試車。在空壓機試車時，由于汽輪機為熱態而空氣壓縮機為冷態，所以汽輪機的殼體溫度必須降到常溫才能連接聯軸器，降溫時間為72 h；汽輪機和空氣壓縮機聯軸器對中并找正、連接后才能進行空氣壓縮機試車。空氣壓縮機運行正常后，檢查各測點(指空氣壓縮機的振動、位移、軸瓦溫度等)是否在正常范圍內；檢查完成后，穩定運行2 h后開始作空氣壓縮機的防喘試驗，并在電腦上繪制防喘線；完成后，汽輪機和空氣壓縮機停止運行。停正常后，降溫72 h，然后開始連接空氣增壓機和汽輪機的聯軸器，連接并對中完成后，汽輪機組正式聯動開車。

上述工作于2015年10月1日全部完成，具備聯動試車條件。之后，重新啟動汽輪機組并達到正常后開始啟動預冷系統，然后啟動純化系統，對冷箱內部的分餾塔系統進行吹掃，在吹掃露點≤-60 ℃后啟動膨脹機進行裸冷，待管道及設備全部均勻掛霜后，開始冷緊法蘭螺栓；冷緊(冷態下緊固螺栓)完成后，開始復熱冷箱內部設備及管道，于2015年10月12日完成裸冷及查漏并開始復熱。

復熱完成后，處理所有檢查出的漏點，再將冷箱內部融化的水全部清理干凈，然后將汽輪機組及所有設備全部停在安全位置。于2015年10月13日開始裝填珠光砂，至10月20日結束。

空分裝置于2015年10月26日進行聯動開車，于10月27日產出合格氮氣，裝置運行穩定并開始調節液氧泵至2015年10月30日能外送氧氣。

4　運行中存在問題

截止至2015年11月13日，空分裝置已經穩定運行了15 d，各項參數均在設計范圍，運行相對穩定。開車過程中存在的問題：在首次啟動汽輪機時，真空度(啟動條件為-60 kPa，實際是-35 kPa)不夠，達不到汽輪機啟動條件，原因是兩級抽引器的下部疏水管道的法蘭口盲板未抽，蒸汽進入抽引器后冷凝的水排不出去，導致形成水封而起不到抽引器的作用，隨后將盲板抽出后真空度正常；主蒸汽疏水管道、汽輪機本體疏水管道設計規格為DN 20 mm，管道疏水不暢，主要原因是空分裝置疏水管道內部的雜質較多，容易堵塞疏水管道，嚴重時引起疏水管道水擊振動或水直接進入設備內部造成更加嚴重的后果。建議將主蒸汽疏水管道和汽輪機缸體疏水管道全部擴大至DN 32 mm，并將各疏水管道的根部閥和下部導淋閥(原是截止閥的)全部改成閘閥或球閥，以避免雜在閥門通道內堵塞而造成積水。

5　空分裝置運行效果

有關詳細消耗等見表1和表2，空分裝置的產品產量及品質見表3，運行成本測算如表4所示。

表3　空分裝置的產品產量及品質

表4　空分裝置運行成本測算

本套空分裝置一次性開車成功，并能在汽輪機開始沖轉后12 h產出合格的氧、氮產品，氧氣產量為30 000 m3/h(標態)，氧氣的制造成本為0.351元/m3(標態),達到了設計的指標和生產工藝要求。

2015- 11- 30)