化工企業(yè)空分裝置液氮?dú)饣夹g(shù)改造及應(yīng)用

何 艷， 梁 棟

(陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400)

1 概述

陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司40萬t/a(一期20萬t/a)乙二醇項(xiàng)目，主要由水處理裝置、鍋爐裝置、空分裝置、煤漿制和氣化裝置、粗煤氣變換、煤氣凈化裝置以及乙二醇合成、精餾等裝置組成。其中，空分裝置為項(xiàng)目提供所需要的氧氣和氮?dú)猓坏獨(dú)夥譃?個(gè)等級，低壓氮?dú)鉃槔湎渲苯油馑停?個(gè)等級的高壓氮?dú)鉃橐旱?jīng)過水浴式汽化器氣化后送至各裝置，液氮?dú)饣锜嵩磥碜藻仩t裝置產(chǎn)生的蒸汽。

2 存在問題

空分裝置外送的氮?dú)庵饕糜跈C(jī)組密封氣、原煤筒倉、產(chǎn)品儲罐、反應(yīng)器內(nèi)催化劑等的保護(hù)氮?dú)猓约跋到y(tǒng)管道吹掃、置換等。且原煤筒倉、產(chǎn)品儲罐等的保護(hù)氣需要連續(xù)供應(yīng)。原設(shè)計(jì)水浴式汽化器氣化氮?dú)獾牧鞒炭梢詽M足系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的需求，但是，在鍋爐裝置停車檢修的情況下，蒸汽停止供應(yīng)，液氮無法液化，導(dǎo)致保護(hù)氮?dú)鉄o法外送，會出現(xiàn)筒倉溫度升高、原料/產(chǎn)品儲罐無保安氮?dú)猓嬖诎踩[患等情況。且管道置換、保壓也需要用到氮?dú)狻Ｋ裕鞒毯驮O(shè)備無法滿足系統(tǒng)停車期間的蒸汽需求。如果使用外購氮?dú)馄縼頋M足氮?dú)庑枨螅顿Y太大，且外購氮?dú)獾钠焚|(zhì)也無法保證。

3 改造方案

經(jīng)過對原設(shè)計(jì)流程及設(shè)備的可改造性研究后，決定對原來的流程進(jìn)行改造。改造方案主要為：在原有水浴式汽化器的流程中增加電加熱器，與水浴式氣化器形成互為備用，當(dāng)蒸汽供應(yīng)不足時(shí)切換為電加熱器對液氮進(jìn)行加熱氣化，當(dāng)蒸汽滿足需求時(shí)，切換為原流程。該方案需增加一臺電加熱器、一臺循環(huán)水泵及電控、儀表設(shè)施，利用電加熱器對脫鹽水進(jìn)行加熱，脫鹽水經(jīng)循環(huán)泵送至電加熱器加熱后循環(huán)進(jìn)入水浴式汽化器氣化液氮。此外，若停車后液氮儲槽液位低，亦可外購液氮進(jìn)行補(bǔ)充，滿足鍋爐停車或者全系統(tǒng)大修期間的氮?dú)夤?yīng)。

原設(shè)計(jì)流程如第130頁圖1，改造后流程如第130頁圖2。

4 設(shè)備選型

該項(xiàng)目停車期間氮?dú)獗ＷC需求量為500 m3/h，經(jīng)過計(jì)算，核實(shí)需要功率為450 kW的電加熱器一臺，根據(jù)脫鹽水熱量載荷核算，需要增加一臺流量為60 t/h的脫鹽水循環(huán)泵，并配置低壓電源柜和一臺電氣控制柜進(jìn)行控制，低壓電源柜采用智能控制器實(shí)現(xiàn)雙電源自動切換。電氣控制柜盤面帶有電壓/電流指示、溫度顯示及電源指示、運(yùn)行指示和故障指示等，并設(shè)置有短路保護(hù)、過載保護(hù)和超溫保護(hù)等，確保設(shè)備的安全、正常運(yùn)行。

電加熱器采用本地溫控表、遠(yuǎn)程DCS自動控制，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，操作人員只需在開機(jī)時(shí)在溫控表上設(shè)置好溫度參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)自動溫控，既可以保護(hù)設(shè)備，又可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖1 原設(shè)計(jì)液氮?dú)饣鞒?/p>

圖2 改造后液氮?dú)饣鞒?/p>

新增電加熱器和循環(huán)水泵參數(shù)見第131頁表1、表2。

5 操作要點(diǎn)

1) 該改造方案主要在系統(tǒng)0.5 MPa蒸汽停運(yùn)或者系統(tǒng)檢修時(shí)投入使用。

2) 當(dāng)系統(tǒng)0.5 MPa蒸汽無法滿足水浴式汽化器正常運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉原蒸汽主管閥門，降低液氮汽化量，準(zhǔn)備切換至電加熱器加熱系統(tǒng)。打開新配管路上的閥門，啟動新增水泵并建立起水循環(huán)后，打開電加熱器。將電加熱器進(jìn)口溫度控制在10 ℃以上，進(jìn)出口溫差控制在5 ℃，保證電加熱器的正常運(yùn)行。當(dāng)電加熱器進(jìn)口溫度低于10 ℃時(shí)，需要降低液氮流量，減少冷量。

6 方案投資

該改造方案一次性共計(jì)投資約60萬元，包括電加熱器和循環(huán)水泵撬裝設(shè)備、配管材料、電氣/儀表材料以及施工等全部費(fèi)用。

表1 電加熱器詳細(xì)參數(shù)

表2 新加水泵詳細(xì)參數(shù)

7 注意事項(xiàng)

該改造方案在實(shí)施的過程中以及運(yùn)行過程中需要注意以下幾點(diǎn)。

1) 水浴式汽化器本體開口位置的選擇：由于水浴式汽化器內(nèi)部的液氮盤管繞內(nèi)部盤旋布置，所以在選擇開口位置的時(shí)候一定要避開盤管位置，否則可能造成盤管損壞，脫鹽水、蒸汽等進(jìn)入液氮管，造成氮?dú)馕廴净驇茐暮蠊ば虼呋瘎⒃斐稍O(shè)備損壞或報(bào)廢。

2) 施工過程中新加管道的內(nèi)伸長度：由于液氮盤管是貼著儲罐壁附近盤旋，所以新加管道的內(nèi)伸長度一定要短，如果太長在施工的過程中也可能造成對內(nèi)部盤管的損壞，同樣會污染外送氮?dú)狻?/p>

3) 新加電加熱器功率的選擇：新加電加熱的功率需要滿足液氮?dú)饣锜崃浚孕枰鶕?jù)停車期間保安氮?dú)庥昧縼磉x擇電加熱功率和循環(huán)脫鹽水的流量。

4) 嚴(yán)格控制液氮流量，在電加熱器功率選定后，需要按照設(shè)計(jì)功率液化液氮，如果流量太大，可能造成水浴式汽化器內(nèi)溫度太低，脫鹽水結(jié)冰；所以，在正常操作時(shí)需關(guān)注水浴式汽化器進(jìn)口溫度，嚴(yán)格控制正常進(jìn)口溫度在10 ℃以上，并根據(jù)電加熱器進(jìn)出口溫差監(jiān)督電加熱器運(yùn)行狀況，防止損壞設(shè)備。

8 改造后效果

經(jīng)過對水浴式汽化器進(jìn)行改造，陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司2018年大修期間，全程供應(yīng)保護(hù)氮?dú)猓矀}溫度沒有出現(xiàn)升高，儲罐氮?dú)夤?yīng)及時(shí)，催化劑保護(hù)氮?dú)鉂M足要求。

效益分析：2018年大修期間，該裝置共運(yùn)行400 h，保證了筒倉、產(chǎn)品儲罐保安氮?dú)獾倪B續(xù)供應(yīng)，并在反應(yīng)器更換催化劑期間，及時(shí)提供置換、保護(hù)氮?dú)猓瑫r(shí)滿足其他工藝管道的吹掃和置換。該裝置的運(yùn)行成本約190元/h，大修期間外供氮?dú)?79 067 m3，此部分氣化的氮?dú)馊绻褂闷垦b氮?dú)猓柘募s106 459瓶(每瓶按40 L計(jì)算)，且瓶裝氮?dú)鈨r(jià)格昂貴，氮?dú)赓|(zhì)量也無法保證。去掉項(xiàng)目實(shí)施成本和運(yùn)行成本，只大修期間相對于為改造前可節(jié)約成本1 519.674萬元。

9 結(jié)語

經(jīng)過對液氮?dú)饣b置進(jìn)行改造，可以滿足項(xiàng)目任何情況下的氮?dú)庑枨螅ＷC大修期間全廠檢修工作順利進(jìn)行，筒倉、儲罐等的安全得到保障，改造方案整體達(dá)到了安全環(huán)保、節(jié)約成本的目的。