樊少波

(山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

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30 000 m3/h(標(biāo)態(tài))空分裝置冷態(tài)開車總結(jié)

樊少波

(山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

熱態(tài)開車是指空分裝置在開車時(shí)冷箱內(nèi)設(shè)備處于常溫狀態(tài)，而冷態(tài)開車是指空分裝置在開車時(shí)冷箱內(nèi)設(shè)備處于冷備狀態(tài)。因?yàn)榭辗盅b置停車后沒有必要將冷箱內(nèi)所有液體全部排放，將冷箱復(fù)熱至常溫，然后在下次開車時(shí)將冷箱內(nèi)設(shè)備冷卻至冷態(tài)，再進(jìn)行積液、建立精餾等過(guò)程，這樣不僅會(huì)造成開車時(shí)間延長(zhǎng)，而且會(huì)造成浪費(fèi)，次數(shù)頻繁后難免會(huì)造成冷箱內(nèi)設(shè)備及管道的應(yīng)力發(fā)生變化而引起泄漏，冷箱就需進(jìn)行扒砂，然后處理漏點(diǎn)，再進(jìn)行裝砂等工作，導(dǎo)致空分裝置至少停車30 d左右，給公司造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。冷態(tài)開車是經(jīng)常遇到的開車狀態(tài)，相對(duì)于熱態(tài)開車次數(shù)較多，因而掌握其操作要領(lǐng)是很有必要的。山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司30 000 m3/h(標(biāo)態(tài))空分裝置于2015年11月30日首次進(jìn)行冷態(tài)開車，現(xiàn)將開車過(guò)程及存在的問題進(jìn)行總結(jié)。

1 分餾塔系統(tǒng)工藝流程

進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)的空氣(168 000 m3/h，標(biāo)態(tài))分為3股：第1股是分子篩后0.5 MPa(表壓)，16 ℃，84 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的空氣，經(jīng)低壓主換熱器冷卻后進(jìn)入分餾塔下塔；第2股是透平膨脹機(jī)增壓段后的3.9 MPa(表壓)，40 ℃，38 500 m3/h(標(biāo)態(tài))的空氣，依次經(jīng)高壓主換熱器冷卻、透平膨脹機(jī)的膨脹端膨脹后進(jìn)入分餾塔下塔；第3股是增壓機(jī)末端出來(lái)的7.0 MPa(表壓)，40 ℃，45 500 m3/h(標(biāo)態(tài))的空氣，依次經(jīng)高壓主換熱器、8#閥(高壓液空節(jié)流閥)減壓后進(jìn)入分餾塔下塔。分餾塔下塔中的上升氣體通過(guò)與回流液體接觸以增加含氮量，所需的回流液氮來(lái)自上塔底部的冷凝蒸發(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)液氧得到蒸發(fā)，而氮?dú)獾玫嚼淠?/p>

分餾塔下塔從上到下產(chǎn)生純液氮、純氮?dú)?、污液氮、貧液空和富氧液空產(chǎn)品，各產(chǎn)品去向：①純液氮大部分作為下塔回流液，小部分經(jīng)過(guò)冷器后作為液氮產(chǎn)品送出；②純氮?dú)鈴南滤敳砍鰜?lái)后分成2股，一股去高壓主換熱器復(fù)熱后作為產(chǎn)品送出界區(qū)，一股去低壓主換熱器復(fù)熱后與上一股匯合后送出界區(qū)；③污液氮經(jīng)2#閥(污液氮節(jié)流閥)節(jié)流后控制流量進(jìn)入上塔參與精餾；④貧液空經(jīng)4#閥(貧液空節(jié)流閥)節(jié)流后送入上塔參與精餾；⑤富氧液空經(jīng)1#閥(富氧液空節(jié)流閥)節(jié)流后送入上塔參與精餾。為了降低污液氮、貧液空、富氧液空的汽化率，此3股飽和液體先經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后再進(jìn)入上塔，其中富氧液空經(jīng)過(guò)冷器后分出一股作為冷源去粗氬塔，被氬氣蒸發(fā)后再返回上塔。

進(jìn)入上塔的液體(自上往下流)和主冷氧側(cè)被蒸發(fā)的氣體(自下往上升)直接接觸后繼續(xù)進(jìn)行精餾，在上塔下部得到純液氧，在上塔頂部得到污氮?dú)狻＜円貉跤梢貉醣脡嚎s至6.0 MPa(表壓)后經(jīng)高壓主換熱器復(fù)熱，然后送出界區(qū)。污氮?dú)鈴纳纤敳砍鰜?lái)后經(jīng)過(guò)冷器將富氧液空、貧液空、污液氮冷卻后自身得到升溫，升溫后的污氮?dú)饨?jīng)低壓主換熱器和高壓主換熱器復(fù)熱至常溫后送出冷箱。出冷箱的污氮?dú)夥譃?股，一股作為分子篩的再生氣，一股作為水冷塔的冷卻氣將循環(huán)水冷卻后排放至大氣。

2 啟動(dòng)進(jìn)冷箱前的系統(tǒng)情況

首先啟動(dòng)汽輪機(jī)組，啟動(dòng)程序按照升速程序進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)，其操作要點(diǎn)是控制暖管速率和暖機(jī)速率，并嚴(yán)密監(jiān)控其振動(dòng)、位移、溫度在正常范圍內(nèi)；待轉(zhuǎn)速升至5 500 r/min后開始逐漸提高空壓機(jī)出口壓力，給預(yù)冷系統(tǒng)充壓；待預(yù)冷系統(tǒng)壓力充至0.45 MPa(表壓)后，依次啟動(dòng)常溫水泵、冷凍水泵以及冷水機(jī)組；待預(yù)冷系統(tǒng)正常后，啟動(dòng)純化系統(tǒng)。

一般情況下，分子篩裝置停車后都會(huì)記錄停車時(shí)2臺(tái)吸附器所處的狀態(tài)。打開處于吸附狀態(tài)的吸附器出口空氣閥，用充壓閥緩慢將壓力充至0.45 MPa(表壓)后再打開進(jìn)口閥，然后開再生空氣閥對(duì)再生狀態(tài)的吸附器進(jìn)行熱態(tài)再生，檢查各閥門到位情況，將純化系統(tǒng)投自動(dòng)順序控制。此系統(tǒng)的操作要點(diǎn)是加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)與總控室的聯(lián)系，防止因空氣壓力波動(dòng)而造成分子篩帶水。

3 裝置冷態(tài)開車情況

此時(shí)純化器后的0.45 MPa(表壓)干燥空氣已送至進(jìn)冷箱前的HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325，HV40326這6只閥前和增壓機(jī)四段進(jìn)口閥(FZ4021)前，準(zhǔn)備進(jìn)行冷態(tài)開車。

3.1 置換增壓機(jī)系統(tǒng)

總控室打開FZ4021開度至5%，此時(shí)經(jīng)純化后的0.45 MPa(表壓)干燥空氣進(jìn)入增壓機(jī)，然后通知現(xiàn)場(chǎng)緩慢關(guān)閉四段進(jìn)口補(bǔ)氣閥。此時(shí)應(yīng)與總控室保持聯(lián)系，總控室根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)閥門關(guān)閉情況，緩慢開啟FZ4021(應(yīng)特別注意FZ4021開度不能過(guò)大，防止四段進(jìn)口空氣從該閥處泄壓進(jìn)入空氣壓縮機(jī)進(jìn)口)。待現(xiàn)場(chǎng)全關(guān)四段進(jìn)口補(bǔ)氣閥后，再調(diào)整FZ4021開度至30%，微開五段出口以及六段出口放空閥和各段冷卻器氣側(cè)排放閥進(jìn)行置換，10 min后通知現(xiàn)場(chǎng)控制四段冷卻器出口空氣露點(diǎn)在-60 ℃以下即為合格，并通知現(xiàn)場(chǎng)外送儀表空氣，將其壓力控制在0.70 MPa后投自動(dòng)，然后再順序測(cè)五段冷卻器、六段冷卻器出口的空氣露點(diǎn)，測(cè)每個(gè)冷卻器露點(diǎn)的目的就是判斷各段冷卻器是否存在內(nèi)漏點(diǎn)和濕空氣是否置換合格。如果露點(diǎn)不合格，則表明冷卻器有內(nèi)漏現(xiàn)象或置換不徹底，必須加以處理或繼續(xù)置換，防止?jié)窨諝膺M(jìn)入冷箱結(jié)成冰，從而堵塞換熱器通道，導(dǎo)致空氣無(wú)法進(jìn)入，使氧氣產(chǎn)量下降，嚴(yán)重時(shí)造成設(shè)備損壞。一般情況下，只要露點(diǎn)在-60 ℃以下，就證明冷卻器沒有內(nèi)漏或置換已合格，可準(zhǔn)備啟動(dòng)膨脹機(jī)系統(tǒng)。啟動(dòng)膨脹機(jī)前，首先檢查各密封氣壓力、油壓是否正常，然后切換至正常模式，通知汽輪機(jī)崗位五段出口壓力升至2.5 MPa并維持壓力，通知現(xiàn)場(chǎng)依次打開膨脹機(jī)增壓端出口閥、增壓端進(jìn)口閥、膨脹端出口閥、膨脹端進(jìn)口閥，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)膨脹機(jī)增壓端冷卻器進(jìn)行置換，露點(diǎn)小于-60 ℃后關(guān)閉排放閥，并通知總控室現(xiàn)場(chǎng)具備啟動(dòng)條件。

3.2 分餾塔下塔充壓

通知汽輪機(jī)崗位穩(wěn)定三段出口壓力，準(zhǔn)備給下塔充壓。充壓時(shí)，應(yīng)緩慢開HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326這6只閥門，每次閥門開度不能超過(guò)2.5%，而且6只閥門須同時(shí)進(jìn)氣，此時(shí)下塔壓力應(yīng)緩慢上升，待下塔的壓力和純化后的壓力均衡時(shí)(<15 kPa即可)應(yīng)立即全開這6只閥門。在對(duì)下塔充壓的過(guò)程中，將上塔壓力控制在50 kPa以下，操作工應(yīng)時(shí)刻觀察上塔的壓力情況，打開低壓主換熱器污氮?dú)馊ニ渌拈y門來(lái)穩(wěn)定上塔壓力，保證上塔壓力不能超壓。

3.3 建立低壓主換熱器循環(huán)

待HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326這6只閥門全開后，即建立低壓主換熱器循環(huán)。因?yàn)榈蛪褐鲹Q熱器是3股氣體進(jìn)行換熱的，一股是經(jīng)上述6只閥門后進(jìn)入低壓主換熱器，然后進(jìn)入下塔，此股氣體是正流空氣，進(jìn)冷箱后本身是要降溫的；一股是從下塔頂部出來(lái)的氮?dú)猓?jīng)低壓主換熱器和正流空氣換熱后送出冷箱；另一股就是從上塔頂部出來(lái)的污氮?dú)?，?jīng)低壓主換熱器復(fù)熱至常溫后送出冷箱。所以，建立低壓主換熱器的循環(huán)主要是將正流空氣送進(jìn)下塔，將反流氮?dú)夂臀鄣獨(dú)馑统隼湎?，從而建立循環(huán)。此時(shí)應(yīng)注意進(jìn)冷箱的正流空氣溫度和反流氮?dú)夂臀鄣獨(dú)獾臏囟龋话闱闆r下正流空氣溫度和反流空氣溫度近似相等，證明換熱效果最佳；但是，返流氮?dú)夂臀鄣獨(dú)獾臏囟染荒艿陀? ℃，因?yàn)槌隼湎涞牡獨(dú)夂臀鄣獨(dú)夤艿啦馁|(zhì)為碳鋼，其承受不了低溫，一旦低于0 ℃，應(yīng)立即采取關(guān)小反流氮?dú)夂臀鄣獨(dú)忾y門的操作進(jìn)行控制。操作時(shí)應(yīng)有流量的概念，因?yàn)樵O(shè)計(jì)進(jìn)低壓主換熱器的正流空氣量為84 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，出低壓主換熱器返流氮?dú)饬繛? 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，返流污氮?dú)饬繛?0 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，所以應(yīng)根據(jù)正、返流氣體的流量來(lái)控制閥門開度，以保證正、返流氣體溫度的穩(wěn)定。在建立低壓主換熱器循環(huán)時(shí)，應(yīng)根據(jù)上塔工況的變化來(lái)開LV40301(下塔液位調(diào)節(jié)閥)、FV40302(污液氮節(jié)流進(jìn)上塔)和HV40304(液空節(jié)流進(jìn)上塔)這3只閥門，其作用主要是將下塔的物料送入上塔，從而保證下塔的精餾效果。待這3只閥門有開度后，適當(dāng)開低壓主換熱器的氮?dú)忾y開始放氮?dú)馊ハ曀瑥亩?股氣體的循環(huán)，操作時(shí)應(yīng)時(shí)刻監(jiān)控出冷箱的氮?dú)夂臀鄣獨(dú)獾臏囟茸兓?，防止?fù)熱不足而造成冷損增加。

3.4 建立高壓主換熱器循環(huán)

因?yàn)榈蛪褐鲹Q熱器建立循環(huán)后，主冷液位會(huì)快速下降，所以此時(shí)應(yīng)立即啟動(dòng)膨脹機(jī)來(lái)維持冷箱內(nèi)部的冷量。首先引空氣到8#閥前，先開六段出口送風(fēng)閥的副線閥，待8#閥前壓力和六段出口壓力均衡后全開六段出口送風(fēng)閥，并關(guān)閉副線閥。啟動(dòng)膨脹機(jī)，將膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速維持在22 000 r/min左右，開始建立高壓主換熱器循環(huán)。高壓主換熱器是5股氣體進(jìn)行換熱的，其中2股為正流空氣、3股為返流氣體。2股正流空氣為8#閥前的增壓機(jī)末端空氣和膨脹機(jī)增壓端出來(lái)的空氣；3股返流氣體分別為下塔頂部出來(lái)的氮?dú)?、上塔頂部出?lái)的污氮?dú)夂鸵貉醣贸隹诘母邏貉鯕狻４藭r(shí)因液氧泵未啟動(dòng)，所以高壓主換熱器為2股正流空氣和2股返流氣體進(jìn)行換熱。用膨脹機(jī)導(dǎo)葉和防喘閥的開度控制膨脹機(jī)的膨脹量，用8#閥控制進(jìn)下塔的正流空氣量，用PV40333(污氮出高壓主換熱器去水冷塔閥)控制返流污氮量，用FV40335B(氮?dú)獬龈邏褐鲹Q熱器放空閥)控制返流氮?dú)饬俊?/p>

待高、低壓主換熱器運(yùn)行正常后，視主冷液位進(jìn)行積液，若主冷液位較低(指標(biāo)為≥3 500 mm)，則增大膨脹機(jī)負(fù)荷，迅速進(jìn)行積液；若主冷液位高于3 500 mm，則通知現(xiàn)場(chǎng)開11#閥(液氮回流閥)至20%，開啟后觀察下塔阻力，因?yàn)殚_啟11#閥后，表明主冷開始工作，主冷蒸發(fā)側(cè)的液體開始蒸發(fā)而冷凝側(cè)的氣體開始冷凝，工況進(jìn)入精餾階段。此時(shí)下塔阻力應(yīng)為上升趨勢(shì)，因?yàn)槔淠齻?cè)的液體會(huì)從下塔上部經(jīng)每一層塔板后流入下塔底部，而上升的氣體經(jīng)每一層塔板與回流液直接接觸進(jìn)行提純；當(dāng)下塔阻力達(dá)15 kPa后，氮?dú)饧兌然具_(dá)標(biāo)，視情況進(jìn)行外送。

氮?dú)馔馑秃?，?zhǔn)備啟動(dòng)液氧泵，根據(jù)泵體溫度的高低來(lái)決定是先氣冷后液冷還是直接液冷，泵體溫度只要低于-30 ℃，就可直接液冷；如果高于-30 ℃，建議先氣冷，然后再進(jìn)行液冷。一般情況下，短期停車時(shí)液氧泵不排液，所以泵體溫度一般不會(huì)高于-30 ℃，在開車時(shí)直接進(jìn)行液冷即可。液冷時(shí)，總控室首先打開液氧進(jìn)液閥和泵回流閥，通知現(xiàn)場(chǎng)開液氧泵進(jìn)口閥和出口閥，并檢查泵體排氣閥，現(xiàn)場(chǎng)稍開泵后排液閥和泵前排液閥，待有液體排出后關(guān)泵前排液閥，稍開泵后排液閥，觀察泵體溫度應(yīng)處于下降趨勢(shì)，待泵體溫度不再下降并處于穩(wěn)定狀態(tài)后維持2 h即可達(dá)到啟動(dòng)條件。液氧泵一旦啟動(dòng)，應(yīng)立即調(diào)整高壓主換熱器的循環(huán)，主要是開大8#閥，控制高壓主換熱器的熱、冷氣體的平衡，調(diào)整變頻和回流閥將泵后壓力控制在5.5 MPa，并通知后工段準(zhǔn)備接氧，此時(shí)空分裝置冷態(tài)啟動(dòng)結(jié)束。

4 結(jié)語(yǔ)

冷態(tài)開車是空分裝置常見的開車狀態(tài)，掌握其開車技巧和熟悉開車過(guò)程是空分裝置安全運(yùn)行的前提，要求操作人員熟練掌握現(xiàn)場(chǎng)流程，熟悉每個(gè)閥門的位置、開關(guān)狀態(tài)以及管道的走向、粗細(xì)、壓力等級(jí)、材質(zhì)等參數(shù)，充分保證每根管線不能超壓、超溫，保證開車過(guò)程的順利進(jìn)行。山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司冷態(tài)開車(停車8 h內(nèi))從沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)開始計(jì)時(shí)到合格氮?dú)?、氧氣外送所需時(shí)間約為4 h。

2016- 02- 24)