空分裝置冷態開車過程優化

江福 朱致欣

摘 要：本文對空分裝置冷態開車時間長的表現及原因進行分析，并提出開車過程優化辦法。實踐證明，優化后的冷態開車過程，冷態開車時間大幅縮短，不但降低了能耗，而且為下游裝置提前提供了需要的氮氣和氧氣，有利于后工序提前開車。

關鍵詞：空分裝置；冷態開車；優化

中圖分類號：TQ116.11 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0046-02

Optimization of Cold Start Process for Air Separation Unit

JIANG Fu ZHU Zhixin

（Sichuan Tianhua Limited by Share Ltd， LuzhouSichuan 646207）

Abstract： This paper analyzed the performance and causes of long cold start-up time of air separation unit， and put forward the optimization method of start-up process. Practice had proved that the cold start-up time of the optimized cold start-up process was greatly shortened， which not only reduced energy consumption， but also provided the necessary nitrogen and oxygen for the downstream device in advance， which was conducive to the early start-up of the later process.

Keywords： air separation unit；cold driving；optimization

四川天華公司空分裝置是為PTMEG項目乙炔裝置提供氧氣，自2012年8月投產后，因下游丁二醇裝置需更換催化劑，定期要進行短期停車檢修，空分裝置臨時停開車次數較多，一直存在冷箱導氣困難，主換熱器熱端容易過冷，冷態開車時間較長等問題。原來冷態開車需要12h左右，后經不斷總結經驗，優化操作，從空壓機開車到出氧產品，開車時間縮短至5h左右。若停車24h以內，開車只需要3h即可恢復正常生產。

1 空分裝置冷態開車時間長的表現及其原因

1.1 空分裝置冷態開車時間長的表現

①空壓機開車準備時間長，空壓機升速升壓較慢，預冷系統、分子篩系統充壓需要約40min。

②分子篩投運后，等待手動分析及分析結果的時間較長，長達2h左右。

③導氣階段控制不好，操作時間太長。

空分冷態開車時，在向分餾塔下塔導氣過程中，液體汽化，分餾塔上塔壓力快速上漲難以控制，開大返流氣體污氮、氮氣放空又造成主換熱器熱端過冷，主換熱器熱端溫度難以控制，經常低于零攝氏度，有時甚至達到-20℃左右，對熱端碳鋼管的安全造成危害，可能造成管道脆裂。因此，這時就不得不減少反流氣體量，只有大量開過冷器后導淋V4373、V4374就地排放，導致大量冷量損失掉，否則可能造成分餾塔上塔安全閥起跳。

1.2 原因

①主換熱器進氣和返流氣沒有實現較好的匹配換熱，導致主換熱器冷端的溫度較高，低壓熱空氣進入下塔時，下塔的液體、主冷凝蒸發器的液體快速蒸發，導致下塔和上塔的壓力快速升高。為了避免上塔超壓，主控開大上塔出去的污氮、氮氣返流量，而此時主換熱器進氣量相對較少，不足以將返流氣體復熱到零度以上，因此導致主換熱器熱端過冷。

②停車時，進塔調節閥HV4021/HV4022/HV4023關不死，下塔冷氣向熱端帶出冷量，使主換熱器冷端冷量上移。

③進塔調節閥HV4021/HV4022/HV4023在低開度時，相同輸出對應的實際開度不一致，即各換熱器進氣流量分配不平衡，而返流氣體基本上是均勻地出主換熱器E0404A/B和E0405，導致熱端溫差過大。當發現熱端某點溫度下降時，操作人員就只有開大該點進氣量，而同時其他進氣量又會自然減少，造成溫差難以調平。重復上述操作，使導氣過程進程緩慢。

④調純時間長。為了防止超壓，導氣時下塔回流閥V4011一般是關閉的，導氣正常后再開，延長了產氮氣時間。下塔液位高，常常是快速轉移至上塔，以控制上塔壓力，但氧純度不合格，氧調純時間延長。

⑤膨脹機進出口溫度過低，不敢加負荷。由于主換熱器冷端冷量上移使膨脹機中抽溫度較低，為了控制膨脹機的進口溫度不超標，只有逐漸關小底抽閥V4447，有時甚至需要全關，這導致中抽溫度變得更低，底抽出來的基本上是液空。這對膨脹機安全運行造成威脅，溫度過低可能帶液損壞葉輪。因此，膨脹機不能加負荷，主冷凝蒸發器液位難以維持。

2 開車過程優化

2.1 優化開車準備工作

①若臨時停車時間較短，可以不排放表面冷凝器、空冷塔和水冷塔的液體，保持冷凝液泵打循環運行，如果表面冷凝器液位降低，可補充水保持液位，以節約建立液位的時間。

②若停車數小時，可以不關閉3.60MPa蒸汽界區切斷閥和抽汽切斷閥，若時間較長，為了保證安全，應及時關閉3.60MPa蒸汽界區切斷閥和抽汽切斷閥。開車時，要先開蒸汽旁路閥暖管，待暖管充壓合格后可快速打開蒸汽切斷閥。嚴禁充壓未平就快速打開蒸汽切斷閥，以防止透平沖轉。

③當表面冷凝器的負壓抽至-60kPa，就可以提前停盤車建立速關油壓，因為等到速關油壓建立正常，速關閥打開后，表面冷凝器負壓就已經達到正常值-90kPa。

2.2 優化汽機升速和空壓機升壓操作

①對于臨時停車后再開車，機組處于熱態，可視機組停車時間的長短適當降低暖機時間，提前升速到最低控制轉速，節約升速時間。

②當達到最低控制轉速后，要將轉速盡快提升至7500r/min以上，然后一邊開大入口導葉，一邊關小空壓機出口放空閥，操作過程保持轉速波動不大于100r/min即可。初期操作點離喘振控制線很遠，關小防喘振閥可以快一些（表意不明確），等操作點離喘振控制線較近時，就小心操作，嚴防喘振。這樣10min左右空壓機就能升速升壓至正常。

③可先引儀表空氣對預冷系統、分子篩及后系統提前充壓至正常壓力，空壓機運行正常后就可以直接投用預冷系統、分子篩，節約充壓時間。

④冷箱導氣以分子篩出口在線分析合格為準，指定專人檢測分子篩純化器出口氣的露點，確保露點分析合格。定期調校分子篩在線分析儀，保證顯示準確。改變以前導氣以手動分析合格為準的辦法，節省手動分析二氧化碳含量需要2h左右的等待時間。

⑤冷箱充壓時，控制空壓機出口壓力在0.40～0.41MPa，減少進入下塔氣體量，防止液體大量蒸發，有利于控制上塔不超壓。同時，相應少量開主換熱器返流氣體，控制好主換熱器冷熱端溫差，并適當開過冷器后導淋V4373、V4374就地排放，控制上塔壓力約為40kPa。

⑥及時啟動膨脹機加大制冷，維持主冷凝蒸發器液位。避免出現導氣后主換熱器熱端過冷再開膨脹機，這會使操作較為困難。若出現膨脹機進口溫度過低不能控制的情況，可臨時采取提高膨脹機增壓端出氣溫度的辦法來提高膨脹機進口溫度，避免膨脹機大幅減負荷，等進口溫度穩定后，再回調增壓端出氣溫度至正常。

⑦等下塔充壓平衡后，快速將進氣閥HV4021、HV4022、HV4023開至50%左右，保證各主換熱器均勻導氣。均勻開大下塔至上塔節流閥LV4001、HV4004、HV4002平穩導氣，初期下塔液空盡量送至上塔補充主冷凝蒸發器液位，控制下塔有10%的液位即可，同時相應開主換熱器返流氣體和各產品氣，控制好主換熱器冷熱端溫差。重復以上操作，實現平穩快速導氣，節約導氣時間。導氣達到25000Nm3/h后，應及時逐步倒換分子篩再生氣，及時減少水冷塔節流降溫空氣，有利于降低上塔壓力，便于加快導氣量。

⑧若主冷液位較高，應及時啟動液氧泵，便于及時導入中壓空氣，加快積液和產品調純。

⑨加快產品調純。在導氣過程中，按正常比例調節下塔至上塔各閥，當主冷凝蒸發器液位為60%左右且比較穩定后，緩慢開V4011，快速把下塔氮氣產品調純，以滿足后系統開車需要大量氮氣；提前預冷液氧泵，合格后啟動液氧泵，將產品采出量控制在額定產量的30%左右，先滿足乙炔裝置開一列爐需要的氧氣，有助于快速提升純度。當氧氣和氮氣都合格后，逐漸增加負荷并增加產品取出量，滿足工藝需要。

3 優化效果

經過對冷態開車過程進行操作優化，使冷態開車的時間大幅縮短，不但降低了能耗，保證空分運行安全，而且為下游裝置提前提供了需要的氮氣和氧氣，有利于后工序提前開車。

參考文獻：

[1]毛紹融.現代空分設備技術與操作原理[M].杭州：杭州出版社，2007.

[2]湯學忠.制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，2006.