40 000 m3/h(氧)空分裝置污液氮節流閥振動處理小結

馮艷興

(宜昌星興藍天科技有限公司，湖北宜昌 443000)

宜昌星興藍天科技有限公司40 000 m3/h(氧)空分裝置于2021年5月投入正常運行，開車后整體運行平穩，各項指標均達到設計能力。開車以來，存在下塔向上塔供污液氮節流閥V2、V3過液不穩定的情況，導致上塔阻力、下塔阻力、上塔頂污氮純度、下塔富氧液空純度均存在不同程度的波動[1-2]；特別是污液氮節流閥V2閥門有較大振動，連接管道也出現明顯振感，為長周期穩定運行埋下隱患。為消除隱患，通過調整工藝思路和優化工藝指標，成功解決了這一問題。

1 流程概況

本套空分裝置采用杭氧成套空分工藝及設備，采用氧、氮內壓縮流程，設計產量分別為40 000 m3/h(氧)、38 000 m3/h(氮)，上下塔均采用填料塔，并配備增效塔。

液體從下塔至上塔分為3路流路。

第一路：下塔底部富氧液空(氧的質量分數約為38%)經過過冷器后，一部分經液空節流閥V1節流后進上塔中部，另一部分進入增效塔冷凝器作冷源。

第二路：下塔中部污液氮Ⅰ(氧的質量分數約為21%)經過過冷器后,經污液氮節流閥V2節流后進上塔中上部。

第三路：上塔頂部污液氮Ⅱ(氧的質量分數約為6%)經過過冷器后，經污液氮節流閥V3節流后進上塔頂部。

2 振動現象

空分裝置冷開車導氣后運行均正常，但當增加負荷后，污液氮節流閥V2、V3閥后充氣管路發生較大晃動，帶動冷箱欄桿爬梯振動，其所屬管道振動導致管道與支架之間產生摩擦。

分析生產不穩定時污液氮節流閥、液空節流閥閥前溫度，見表1。

表1 生產不穩定時節流閥前溫度統計表 ℃

由表1可知：V1、V2、V3閥前溫度以升高1～2 min為周期出現正弦波波動，波動幅度約為2 ℃，波動嚴重偏高。

分析生產不穩定時上塔頂污氮氣中氧質量分數、V1閥門開度和上塔阻力，見表2。

由表2可知：3項指標均有較大的波動，特別是污氮氣氧質量分數波動較大，說明下塔至上塔的液體流動不穩定。

表2 生產不穩定時工藝指標統計表

3 振動原因分析

通過數據分析發現，V1、V2、V3閥的液空、污液氮流動處于不穩定狀態是造成閥門、管道振動的原因[3-5]。

(1) V1、V2、V3閥調節不穩定或者閥芯振動造成閥門振動。節流閥廠家到現場檢查后排除了閥門自身原因，且現階段均采用防振閥芯，可以排除閥門自身結構原因。

(2) 主冷液氮回流量過大導致下塔液體含氮量大，但溫度較高的空氣通過充氣閥進入管道后被迅速液化，造成閥門管道振動。

(3) 充氣閥充氣量與本身液體量對應關系不匹配，無法將液位送入上塔，或者充氣量太大，引起閥門、管道振動。

4 處理方法及效果分析

4.1 處理方法一

關小閥后充氣閥。按照理論設計值進行充氣閥調整，通過減少充氣量來匹配節流閥的液體通過量。節流閥后充氣壓力對照見表3。

表3 節流閥后充氣壓力對照表

實際操作中，大幅度關小V2、V3閥后，充氣閥后閥門、管道振動消失，但是下塔液位迅速上升，上塔污氮氣氧含量滿表(質量分數超過10%)。后續，對充氣閥開度與通過閥門的液體量兩個變量，經過長時間的摸索均未找到結合點，通過最小充氣量來控制振動的方法效果不佳。

4.2 處理方法二

通過調節V2、V3閥門開度，讓流動更加平穩。將V2開度從65%向40%調整，以及將V3開度從30%向80%調整，均未對閥門管道減小振動產生明顯效果，說明閥門振動與閥門開度關系不大。

4.3 處理方法三

開大充氣閥，降低至上塔流路的液體充氣密度，并提高閥后流動速度。2月18日15:00，將V2的閥后充氣閥開滿，通過降低閥后混合密度來加快流經V2閥的速度并提高流量，開滿后V1閥門開度由70%左右自動關小到40%左右，但是閥門、管道振動情況未好轉，富氧液空純度變化不明顯。持續運行至21:00，下塔液位突然大幅度降低，V1閥門自動關小，手動將V2、V3大幅度關小，同步關小V2的充氣閥，V1閥逐步恢復正常，富氧液空純度由30%提高到38%～40%，現場閥門、管道振動現象消失。

分析生產穩定時V1、V2、V3閥前溫度(見表4)。

表4 生產穩定時節流閥前溫度統計表 ℃

由表4可知：V1、V2、V3閥前溫度基本無波動。在線分析比較生產穩定時污氮氣純度，V1閥開度和上塔阻力穩定。分析生產穩定時運行數據(見表5)。

表5 生產穩定時工藝指標統計表

經過關鍵數據分析，發現指標恢復穩定。現場閥門、管道振動現象已經消除，本次調整獲得成功。

5 結語

通過此次工藝操作調整,本套空分裝置運行更加穩定，并長期保持在38 000～39 000 m3/h(氧)和35 000～36 000 m3/h(氮)的產能，效益明顯。同時通過閥門振動的處理過程，加深了V1、V2、V3節流閥后充氣閥作用的理解，也加深了下塔至上塔的3個流路作用的認識。空分精餾塔的工況調節是一個緩慢的過程，當對某一個閥門進行微小的調整后，需要一段時間來觀察效果。