空分倒灌液氧開車總結

荀志偉，張 虎

(靈石中煤化工有限責任公司，山西靈石 031300)

靈石中煤化工有限責任公司是利用中煤九鑫焦化公司的焦爐煤氣生產合成氨、尿素產品的企業。空分裝置的任務是將來自3s空氣壓縮機的空氣中的氧氣、氮氣分離，然后再將氧氣加壓后與來自5s空氣壓縮機的空氣在靜態混合器中混合，制成體積分數約32.68%的富氧空氣，送至甲烷轉化工段。

1 生產中存在的問題

靈石中煤化工有限責任公司空分裝置設計產氧氣體積流量3 600 m3/h(標態)、純度99.6%(體積分數)，氮氣體積流量7 000 m3/h(標態)、純度99.99%(體積分數)。主要設備包括：svk25-3s空氣壓縮機、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、增壓膨脹系統、氮氣增壓系統、氧氣增壓系統、液氧貯存及汽化系統、儀控系統和電控系統。因為空分設備經過長期運轉，在分餾塔的低溫容器和管道可能產生冰、干冰或機械粉末的沉積，阻力逐漸增大[1-2]，所以一般運轉2 a后，應對分餾塔進行加溫復熱以去除這些沉積物。再次開車時按照操作規程執行，分為冷卻、積液和調純3個階段，開車所需時間約78 h，而同類型裝置熱態開車所需時間為48 h左右，問題主要突顯在系統積液、調純階段；積液初期系統冷量全靠膨脹機提供，而膨脹機的等熵效率不到80%，加上冷損及蒸發，積液速度緩慢。主冷凝蒸發器積液后由于液體純度較低，在調純階段需要一定的時間才能送出合格的氣體產品。空分裝置的啟動過程是一個只有能量輸入而無產品輸出的無效能耗過程，該過程越短，無效能耗越少，經濟效益越高[3]。

2 倒灌液氧可行性分析

在液氧儲槽下進液口和主冷凝蒸發器之間運用伯努利方程對管路壓降等進行計算[4]，計算中假設閥門全開。液氧儲槽下進液口至主冷凝蒸發器液氧出口之間的高度差為10.11 m，液氧密度為1 141 kg/m3，管道直徑為40 mm，液氧黏度為0.196 mPa·s，DN40管線長約20 m，共有6個彎頭和2道角式低溫截止閥，液氧流速取0.35 m/s。經計算，雷諾數為81 642.86，摩擦因數為0.018 72，彎頭和閥門的當量長度為21.8 m。空分上塔壓力按30 kPa計，計算結果為液氧儲槽壓力只要大于等于0.132 MPa即可實現液氧儲槽內液氧倒灌至主冷凝蒸發器內，液氧儲槽設計壓力為0.2 MPa，滿足倒灌液氧的要求。工藝流程簡圖見圖1。

3 倒灌液氧操作

V1—液氧儲槽出液閥；V2—液氧儲槽放空閥；V5—液氧儲槽進液閥；V6—液氧儲槽上進液閥；V7—液氧儲槽下進液閥；V8—液氧儲槽蒸發器進液閥；V16—主冷凝蒸發器排液閥。

3.1 準備工作

(1) 控制液氧儲槽液位在6 000～8 000 mm。

(2) 空分裝置全面冷卻設備階段結束，主冷凝蒸發器出現液體。

(3) 負責倒液操作人員到位，且中控、現場保持通信暢通。

(4) 關閉液氧儲槽上進液閥，打開液氧儲槽蒸發器出口閥，關閉液氧儲槽放空閥，微開液氧儲槽蒸發器進液閥緩慢給液氧儲槽充壓，待液氧儲槽壓力漲至0.15～0.17 MPa，關閉液氧儲槽蒸發器進液閥，保持液氧儲槽壓力穩定，若壓力上漲時，開液氧儲槽放空閥穩定壓力。

3.2 操作步驟

(1) 中控和現場操作人員確認倒灌液氧開始操作，打開液氧儲槽下進液閥，緩慢打開主冷凝蒸發器排液閥，中控、現場操作人員密切注意主冷凝蒸發器和液氧儲槽液位及壓力的變化情況。

(2) 待主冷凝蒸發器液位達到2 800 mm，液氧蒸發器液位達到1 800 mm，倒灌液氧結束。

(3) 關閉主冷凝蒸發器排液閥，關閉液氧儲槽下進液閥，關閉液氧儲槽蒸發器進液閥，打開液氧儲槽放空閥，待壓力卸至20 kPa后關閉液氧儲槽放空閥。

3.3 注意事項

(1) 液氧儲槽壓力嚴禁超過0.2 MPa。

(2) 在倒灌液氧前期，液氧產品送出閥V16開關一定要緩慢。

(3) 倒灌液氧的過程中，控制上塔頂部壓力為30～60 kPa。

4 結語

空分裝置原始開車時，未采用倒灌液氧操作，產出合格氣體產品耗時78 h；采用倒灌液氧操作，產出合格氣體產品耗時57 h。由于空分裝置的啟動過程是一個只有能量輸入而無產品輸出的無效能耗過程，所以該過程越短，無效能耗越少，經濟效益越高。采用倒灌液氧操作后，縮短提供合格氣體產品的時間21 h，3s空氣壓縮機電動機功率為2 300 kW、冷卻水泵電動機功率為15 kW、冷凍水泵電動機功率為22 kW、循環水泵電動機功率為37 kW、螺桿式冷水機組電動機功率為56 kW，純化系統電加熱器功率為432 kW，直接節省此期間空分裝置各運轉設備和再生加熱器耗電53 760 kW·h、合成循環水泵(560 kW)及風機(75 kW)耗電13 335 kW·h，間接多產氧氣75 600 m3，按電價為0.5元/(kW·h)計，節約電費3.35萬元；氧氣價格按0.6 元/m3計算，間接產生效益4.54萬元；同時，為合成氨和尿素裝置提前開車提供了時間保障。