大型化工裝置空分富裕壓縮空氣的綜合利用

蔣都?xì)J，謝肥東，朱煥青，陳 磊

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

大型化工裝置空分富裕壓縮空氣的綜合利用

蔣都?xì)J，謝肥東，朱煥青，陳 磊

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司利用空分裝置的壓縮空氣設(shè)計(jì)余量，對(duì)供氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，把空分裝置的富裕壓縮空氣供給鍋爐等公用系統(tǒng)的氣力輸灰、脫硝等裝置使用，并對(duì)裝置在運(yùn)行中存在的危害因素進(jìn)行了分析，制定了針對(duì)性的的預(yù)防措施，技改實(shí)施后，每年將為企業(yè)節(jié)約150多萬(wàn)元。

空分富裕氣；改造；氣力輸灰；危害因素；預(yù)防措施；節(jié)能減排

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.016

河南龍宇煤化工有限公司二期項(xiàng)目為40萬(wàn)t/a醋酸及20萬(wàn)t/a二醇配套工程，空分裝置是開(kāi)封空分集團(tuán)生產(chǎn)的型號(hào)為KDON(Ar)-55000/93000(1350)型，原料空氣自吸入口吸入，經(jīng)自潔式空氣過(guò)濾器除去灰塵及其他機(jī)械雜質(zhì)，空氣過(guò)濾后在離心式空壓機(jī)中壓縮至0.52 MPa(g)左右，進(jìn)入空氣冷卻塔預(yù)冷，空氣自下而上穿過(guò)空氣冷卻塔，在冷卻的同時(shí)，又得到清洗。空氣經(jīng)空氣冷卻塔冷卻后，溫度降至約14 ℃，然后進(jìn)入切換使用的分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳?xì)浠衔锛皻埩舻乃魵獗晃??？諝饨?jīng)凈化后，由于分子篩的吸附熱，溫度升至約20 ℃，然后分兩路：一路空氣在低壓主換熱器中與返流氣體(污氮、低壓氧等)換熱達(dá)到接近空氣液化溫度(約-169 ℃)后進(jìn)入下塔進(jìn)行精餾；另一路空氣進(jìn)入增壓空氣壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，壓縮后的這部分空氣又分為三部分：①相當(dāng)于膨脹空氣的這部分空氣從增壓空氣壓縮機(jī)段抽出，經(jīng)膨脹機(jī)的增壓端增壓后進(jìn)入高壓主換熱器。在高壓主換熱器內(nèi)被返流氣體冷卻至-108 ℃時(shí)抽出，進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹制冷，膨脹后的空氣進(jìn)入下塔進(jìn)行精餾；②另一部分繼續(xù)進(jìn)增壓空氣壓縮機(jī)的Ⅱ段增壓，從增壓空氣壓縮機(jī)的Ⅱ段抽出后進(jìn)入高壓主換熱器，與返流的液氧和其他氣體換熱后冷卻，經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入下塔中部；③第三路壓縮空氣進(jìn)入儀表控制系統(tǒng),作為儀表氣源。

由于空分裝置在建設(shè)初步設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到后續(xù)擴(kuò)建工程預(yù)留，在選型上留有一定的余量，除滿足正常的二期氣化裝置用氣外，仍有約5 000 m3的壓縮空氣余量。

二期熱電裝置配套的3臺(tái)220 t高溫高壓的循環(huán)流化床鍋爐，為二期公用系統(tǒng)提供高壓蒸汽，與其配套的3臺(tái)250 kW的螺桿空壓機(jī)為氣力輸灰系統(tǒng)及脫硝裝置提供壓縮空氣。二期熱電裝置原始設(shè)計(jì)單臺(tái)壓縮空氣為40 m3/min，二期全部開(kāi)車(chē)后，根據(jù)壓縮空氣需求量統(tǒng)計(jì)，需要大約5 028 m3/h的壓縮空氣量。但由于螺桿空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特性，在運(yùn)行中產(chǎn)生壓縮空氣帶水、帶油嚴(yán)重、干燥器設(shè)計(jì)偏小、壓縮空氣露點(diǎn)品質(zhì)等參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題，繼而導(dǎo)致鍋爐輸灰系統(tǒng)故障頻發(fā)，影響鍋爐的正常運(yùn)行，成為制約二期整體生產(chǎn)的瓶頸。二期熱電裝置壓縮空氣需求量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 二期熱電裝置壓縮空氣需求量統(tǒng)計(jì)

二期空分裝置開(kāi)車(chē)后，根據(jù)目前整體試車(chē)情況，在未來(lái)3年的運(yùn)行模式下，二期空分裝置富裕的大約5 000 m3/h高品質(zhì)0.5 MPa(g)壓縮空氣暫時(shí)沒(méi)有用戶，均是通過(guò)放空就地排放，考慮到該部分富裕壓縮空氣的壓力等級(jí)與熱電鍋爐輸灰系統(tǒng)的需求相同，正好可以給予充分利用，替代熱電3臺(tái)螺桿空壓機(jī)供應(yīng)壓縮空氣。

1 改造的具體實(shí)施方案

從二期空分引入一條管線，供二期鍋爐輸灰及噴吹使用，不足部分由螺桿式空壓機(jī)補(bǔ)充，正常運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)式螺桿空壓機(jī)只是作為備用。具體改造流程見(jiàn)圖1(藍(lán)色為改造部分)。

圖1 裝置改造后流程

綜合考慮到二期空分的安全因素，管線的接入口從二期空冷塔后、空分分子篩前的管道上開(kāi)孔，管線沿著空分東西管廊從空分廠向東約80 m到南北主管廊，然后順著二期南北主管廊從北向南約100 m到二期氣化廠變換裝置南側(cè)，沿著二期變換裝置南側(cè)東西管廊從西向東大約60 m左右到熱電二期裝置南側(cè)，并入熱電二期壓縮空氣母管。

2 改造后運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素分析及防范措施

(1)熱電的螺桿空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣內(nèi)是沒(méi)有除去二氧化碳的氣體，一旦反竄到空分裝置，將會(huì)對(duì)空分的后續(xù)工藝，特別是冷箱造成致命的損害。

解決措施：從整體運(yùn)行的安全性考慮，為了防止空分停車(chē)或事故狀態(tài)下壓縮空氣反竄到空分，對(duì)空分造成不必要的安全隱患，在空分內(nèi)管廊與主管廊處設(shè)置一組調(diào)節(jié)閥和快關(guān)閥，同時(shí)設(shè)置遠(yuǎn)傳壓力表和流量計(jì)，用于監(jiān)控流量和壓力情況，并設(shè)置帶壓力聯(lián)鎖和流量聯(lián)鎖的放空裝置，在運(yùn)行中出現(xiàn)熱電壓縮空氣壓力高于壓縮空氣壓力時(shí)，或流量低壓1 000 m3/h，空分快關(guān)閥前后壓差小于0.03 MPa(g)時(shí)，快關(guān)閥自動(dòng)關(guān)閉，放空閥自動(dòng)打開(kāi)，對(duì)空分的后續(xù)空氣流程進(jìn)行保護(hù)，在熱電側(cè)安裝一組逆止閥和手動(dòng)閥，用于檢修期間的隔離及空分不運(yùn)行時(shí)的安全保護(hù)。

(2)由于該接口位置在二期空分分子篩前，壓縮氣體沒(méi)有經(jīng)過(guò)再生干燥，空氣中含水量大，空氣露點(diǎn)達(dá)不到鍋爐的輸灰要求。

解決措施：熱電總廠在管線并入主管道前增加1臺(tái)干燥機(jī)，使壓縮空氣品質(zhì)(空氣露點(diǎn)至少要低于-40 ℃)達(dá)到輸灰使用要求。

3 改造后的運(yùn)行模式

(1)在4#、5#、6#鍋爐全開(kāi)的情況下，壓縮空氣用氣量達(dá)到5 028 m3/h，從二期空壓機(jī)補(bǔ)充5 000 m3/h，熱電只需開(kāi)1臺(tái)進(jìn)行備用和補(bǔ)充，當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，該空壓機(jī)自動(dòng)卸載，當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)加載保證壓縮空氣壓力穩(wěn)定。

(2)在2臺(tái)鍋爐運(yùn)行的情況下，壓縮空氣用量達(dá)到3 500 m3/h左右，僅二期空分供氣，對(duì)二期空分調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)壓，保證壓縮空氣壓力穩(wěn)定。

(3)不管在哪一種工況下運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)熱電廠壓縮空氣壓力高于空分供氣壓力時(shí)，立即自動(dòng)關(guān)閉氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和快關(guān)閥，在新增管線上設(shè)置流量計(jì)，根據(jù)流量計(jì)來(lái)調(diào)整氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，保證空分向熱電供氣量不大于5 000 m3/h。

(4)如果是二期空分送氣和空壓機(jī)供氣并列運(yùn)行時(shí)，空壓機(jī)連鎖動(dòng)作的設(shè)定壓力一定要低于空分送氣壓力以保證含油、含水的壓縮空氣不反竄到空分機(jī)組，保證空分機(jī)組安全運(yùn)行。

4 改造后的效益分析

(1)改造后，可減少2臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行，每臺(tái)空壓機(jī)功率250 kW/h,每天節(jié)電250×2×24=12 000 kW·h。全年按照運(yùn)行330 d計(jì)算，可節(jié)約396萬(wàn)kW·h的電量，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1 800 t，按0.4元/kW·h計(jì)，全年節(jié)約費(fèi)用約158萬(wàn)元。

投入的管線、閥門(mén)、管件、調(diào)節(jié)閥等材料費(fèi)用及施工費(fèi)用約20萬(wàn)元左右，其他設(shè)施均屬于利舊，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

(2)實(shí)施改造后，對(duì)于熱電裝置而言，大大提高了壓縮空氣品質(zhì)，減少了鍋爐除塵輸灰系統(tǒng)的故障率，有利于鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行，安全效益不言而喻。對(duì)于空分而言，減少放空，合理利用，也增加了運(yùn)行操作的安全系數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)改造不僅對(duì)空分的富裕壓縮空氣進(jìn)行了綜合利用，又有效地改善了鍋爐輸灰系統(tǒng)的用氣品質(zhì)，保證了鍋爐的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行，同時(shí)熱電配置的電動(dòng)螺桿空壓機(jī)只是用于備用，節(jié)約了大量的電能，不失為一個(gè)值得大力推廣的節(jié)能減排項(xiàng)目，值得同行業(yè)借鑒。

[1] 劉方，閆俊超.大型空分裝置離心壓縮機(jī)組的布置及管道設(shè)計(jì)[J].河南科技.2014,38(13):148-149.

Comprehensive Utilization of Air Separation of Rich Compressed Air in Large Chemical Plant

JIANG Dou-qin, XIE Fei-dong, ZHU Huan-qing, CHEN Lei

(HenanLongyuCoalChemicalCo.,Ltd.,YongchengHenan476600China)

Using the design margin of compressed air in the air separation equipment, Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd.has transformed the gas supply system, providing the extra compressed air for the pneumatic ash transportation equipment, denitration equipment, etc., in boilers and other public facilities.The risky factors in the operating devices are analyzed, and the preventive measures suggested.With the implementation of technical transformation, more than 1.5 million yuan will be saved for the enterprise each year.

extra gas of air separation; transformation; pneumatic ash transportation; risky factors; preventive measures; energy saving and emission reduction

蔣都?xì)J(1977年-)，男，河南永城人，1996年畢業(yè)于鄭州電力高等專(zhuān)科學(xué)校，工程師，現(xiàn)主要從事公用工程的管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.016

TQ 116.11

B

1004-8901(2016)06-0054-03

2016-07-18