煤化工空分高負(fù)荷工況下的運(yùn)行優(yōu)化與實(shí)踐

張雙格

摘 要：文章結(jié)合公司煤制乙二醇配套40000Nm3/h空分裝置的運(yùn)行實(shí)踐，通過(guò)分析存在的問(wèn)題，找出解決問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施，從而實(shí)現(xiàn)裝置高負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)單位產(chǎn)品消耗高壓蒸汽得以下降，顯著提高了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：煤化工;空分;高負(fù)荷;應(yīng)對(duì)措施

陽(yáng)煤平定化工空分裝置作為公司2×20萬(wàn)t煤制乙二醇項(xiàng)目的配套裝置，對(duì)整個(gè)煤制乙二醇項(xiàng)目的運(yùn)行起著關(guān)鍵性的作用。空分裝置主要為氣化裝置提供高壓氧氣，為乙二醇提供低壓氧氣，為全廠(chǎng)提供高、中壓氮?dú)夂偷蛪旱獨(dú)猓傊蒲跄芰?0000Nm3/h。

影響空分裝置高負(fù)荷生產(chǎn)的瓶頸主要集中在冷損大、氧提取率低、預(yù)冷系統(tǒng)分布器堵塞問(wèn)題、空冷塔填料存在損壞或偏流現(xiàn)象導(dǎo)致出空冷塔壓縮空氣溫度偏高、夏季機(jī)組乏汽系統(tǒng)真空度波動(dòng)、夏季原料空氣中CO2超標(biāo)等。針對(duì)以上制約裝置高負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，空分裝置實(shí)施了一系列優(yōu)化提升消除瓶頸的措施。

1 存在的問(wèn)題及對(duì)策

1.1 冷損大及應(yīng)對(duì)措施

1.1.1 低溫液氧泵冷損

為提高裝置負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)40000Nm3/h外供量，將各單元低壓氮泵、高壓氮泵回流閥逐漸關(guān)閉，減少主冷凝蒸發(fā)器液氧消耗，使得主冷凝蒸發(fā)器液位能在100%負(fù)荷下維持穩(wěn)定。及時(shí)檢查低溫泵泵箱保冷效果，對(duì)保冷效果差的泵箱更換珠光砂，冷量損失進(jìn)一步減少。

1.1.2 板翅式換熱器冷損

為減少板翅式換熱器冷損，空分裝置通過(guò)調(diào)整進(jìn)換熱器空氣量、出換熱器產(chǎn)品量，縮小熱端溫差在3～6℃，以減少熱交換不完全冷量損失。

1.1.3 冷箱冷損

裝置以各單元停車(chē)檢修為契機(jī)，對(duì)冷箱及時(shí)補(bǔ)裝珠光砂，以減少冷損。

1.2 氧提取率低及應(yīng)對(duì)措施

1.2.1 氧提取率不高

氧的提取率是以產(chǎn)品氧的總氧量與進(jìn)塔加工空總氧量之比來(lái)表示。氧提取率=（氧產(chǎn)量×氧純度）/（進(jìn)塔空氣量×空氣中的氧含量）。當(dāng)進(jìn)塔空氣量和產(chǎn)品氧純度一定時(shí)，氧提取率的高低取決于氧產(chǎn)量的多少，而氧產(chǎn)量的多少在進(jìn)氣量一定的條件下，主要取決于污氮?dú)庵泻趿康母叩停挥薪档臀鄣械暮趿坎趴商岣哐跆崛÷省？辗盅b置結(jié)合運(yùn)行實(shí)踐，通過(guò)降低上塔壓力，使上塔污氮?dú)鈮毫S持在20～25kPa，使得更多的液氧冷卻下來(lái)，維持主冷凝蒸發(fā)器液位正常。

1.2.2 降低氧放散率

氧氣放散率是指生產(chǎn)的氧（氣態(tài)與液態(tài)）產(chǎn)品中有多少未被利用而放空的比例。放散率ψfs可按扣除利用的部分來(lái)計(jì)算。

式中：Vqo、Vyo-生產(chǎn)的氣氧和液氧總量;V'qo、V'yo-送出的氣氧和液氧總量;V'c-儲(chǔ)存的產(chǎn)品增量。

空分裝置結(jié)合運(yùn)行實(shí)踐，主要采取以下兩點(diǎn)措施降低氧放散率：①關(guān)閉各裝置氧氣放空閥門(mén)，送出更多的氣氧，降低氧放散率;②保證后備系統(tǒng)液氧儲(chǔ)槽有充足的液氧產(chǎn)品。

2 預(yù)冷系統(tǒng)換熱效果差及應(yīng)對(duì)措施

2.1 分布器堵塞分布效果差

抓住歷次停車(chē)檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)空冷塔、水冷塔分布器進(jìn)行清洗與擴(kuò)孔處理，分布器分布孔由3.5mm擴(kuò)徑至5mm，并及時(shí)清理過(guò)濾器，防止雜物進(jìn)入分布管中阻塞分布孔;通過(guò)改造，預(yù)冷系統(tǒng)效果明顯，空冷塔壓縮空氣出口溫度與低溫冷卻水上水溫度溫差由7℃降至4℃。加裝循環(huán)冷卻水遠(yuǎn)傳溫度點(diǎn)。針對(duì)循環(huán)冷卻水溫度波動(dòng)對(duì)預(yù)冷系統(tǒng)影響較大，空分裝置循環(huán)冷卻水溫度表全部為現(xiàn)場(chǎng)一次表，存在讀數(shù)不準(zhǔn)的問(wèn)題，在空壓站循環(huán)冷卻水上水管線(xiàn)上加裝了遠(yuǎn)程溫度測(cè)量點(diǎn)。通過(guò)加裝遠(yuǎn)程溫度點(diǎn)，中控操作人員可根據(jù)實(shí)時(shí)溫度值調(diào)整冷卻水量，為裝置預(yù)冷系統(tǒng)高負(fù)荷優(yōu)化運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 填料破損傳質(zhì)傳熱效果差

空分裝置空冷塔及水冷塔為填料塔，是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆的方式放置在支承板上。填料的上方安裝有填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。冷卻水從塔頂經(jīng)水分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置分布后，與冷卻水呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。當(dāng)冷卻水沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，若塑料鮑爾環(huán)填料破損造成流通通道堵塞，會(huì)造成傳質(zhì)效率降低。在檢修中，空分裝置通過(guò)重新裝填預(yù)冷系統(tǒng)空冷塔和水冷塔填料，挑出破損的填料，較好地提高了傳質(zhì)傳熱效率，從而提升了預(yù)冷系統(tǒng)換熱效果，降低了出空冷塔壓縮空氣的溫度，為高負(fù)荷運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

2.3 污氮分配不合理

為確保空分系統(tǒng)冷量平衡，做好污氮?dú)獾南到y(tǒng)分配，在保障分子篩吸附器工況穩(wěn)定的條件下，空分對(duì)各單元分子篩吸附器的污氮再生氣量進(jìn)行了調(diào)整，再生氣量設(shè)定值控制在40000Nm3/h，加熱時(shí)間控制在80min左右，冷吹時(shí)間控制在140min，冷吹系數(shù)設(shè)定為1.2。通過(guò)對(duì)分子篩吸附器再生氣量的優(yōu)化調(diào)整，盡可能地減少分子篩吸附器對(duì)污氮?dú)獾男枨螅浞掷梦鄣獨(dú)饫淞浚瑒虺鰜?lái)的低溫污氮?dú)膺M(jìn)入預(yù)冷系統(tǒng)，能有效提升預(yù)冷系統(tǒng)制冷效果。

3 機(jī)組乏汽系統(tǒng)真空度波動(dòng)運(yùn)行不穩(wěn)定及應(yīng)對(duì)措施

機(jī)組乏汽系統(tǒng)真空度波動(dòng)，容易觸發(fā)聯(lián)鎖造成機(jī)組停車(chē)。平定化工空分采用凝汽器來(lái)冷卻汽輪機(jī)后乏汽。乏汽在凝汽器中的換熱效果如何，將直接影響機(jī)組乏汽系統(tǒng)真空度。

大氣溫度越高，汽輪機(jī)乏汽和循環(huán)水的換熱溫差越小，在凝氣器換熱面積一定的條件下，所需換熱的循環(huán)水量越多。如果循環(huán)水在最大負(fù)荷下?lián)Q熱水量仍然不夠，將會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)乏汽壓力上升。乏汽壓力上升，機(jī)組真空度下降，將會(huì)直接導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓蒸汽消耗增加。通過(guò)對(duì)空分裝置的摸索，針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，入夏前對(duì)凝汽器循環(huán)水側(cè)管束進(jìn)行徹底清洗，取得了較好效果，有效地降低了汽輪機(jī)排氣壓力，提高了系統(tǒng)真空度。

保障機(jī)組乏汽管道真空度的同時(shí)，降低了機(jī)組蒸汽消耗。通過(guò)實(shí)踐得出，在設(shè)計(jì)乏汽壓力為20kPa時(shí)，乏汽壓力每增加5kPa，汽輪機(jī)能耗將會(huì)增加3%左右。乏汽壓力下降5kPa時(shí)，按每套機(jī)組蒸汽消耗設(shè)計(jì)值168.5t計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)約5.1t高壓蒸汽，空分機(jī)組每小時(shí)累計(jì)節(jié)約30.6t高壓蒸汽。按每t蒸汽100元成本計(jì)算，每年將節(jié)約高壓蒸汽費(fèi)用432萬(wàn)元。大幅度提高了機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)性，又能節(jié)約運(yùn)行成本，提高企業(yè)效益。

4 純化系統(tǒng)吸附效果下降及應(yīng)對(duì)措施

夏季時(shí)原料空氣中二氧化碳含量高：受裝置布置及夏季風(fēng)力風(fēng)向影響，項(xiàng)目配套的鍋爐裝置煙囪排放的二氧化碳沉降后嚴(yán)重影響空分裝置原料空氣質(zhì)量，空壓機(jī)入口二氧化碳含量在700ppm～5000ppm之間波動(dòng)，時(shí)間段從每日的10時(shí)左右直至下午15時(shí)左右持續(xù)5個(gè)小時(shí)，峰值高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，遠(yuǎn)超過(guò)空壓機(jī)吸入口最大允許二氧化碳含量550ppm。

通過(guò)對(duì)空分DCS畫(huà)面增加自動(dòng)彈框，提示操作人員調(diào)整分子篩吸附周期，以提升分子篩吸附器吸附效果。當(dāng)空壓機(jī)吸入口二氧化碳超過(guò)700ppm時(shí)，操作人員將人為干預(yù)分子篩吸附器吸附程序，縮減分子篩吸附器吸附周期，以應(yīng)對(duì)原料空氣中二氧化碳超高現(xiàn)象，維持空分裝置高負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行，最大限度地降低對(duì)板翅式換熱器及精餾系統(tǒng)的不利影響，確保裝置安全的前提下向氧氮管網(wǎng)保供氧氮。

5 結(jié)語(yǔ)

空分裝置作為煤化工裝置的重要組成部分，確保裝置高負(fù)荷運(yùn)行對(duì)煤化工裝置效益的提升具有關(guān)鍵作用。以上針對(duì)特大型煤化工配套空分裝置的高負(fù)荷工況下運(yùn)行優(yōu)化與實(shí)踐，期望能對(duì)同類(lèi)型空分裝置有一定借鑒作用。

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