煤化工空分高負荷工況下的運行優(yōu)化與實踐

張雙格

摘 要：文章結(jié)合公司煤制乙二醇配套40000Nm3/h空分裝置的運行實踐，通過分析存在的問題，找出解決問題的應(yīng)對措施，從而實現(xiàn)裝置高負荷運行。同時單位產(chǎn)品消耗高壓蒸汽得以下降，顯著提高了裝置的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：煤化工;空分;高負荷;應(yīng)對措施

陽煤平定化工空分裝置作為公司2×20萬t煤制乙二醇項目的配套裝置，對整個煤制乙二醇項目的運行起著關(guān)鍵性的作用?？辗盅b置主要為氣化裝置提供高壓氧氣，為乙二醇提供低壓氧氣，為全廠提供高、中壓氮氣和低壓氮氣，總制氧能力為40000Nm3/h。

影響空分裝置高負荷生產(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、夏季機組乏汽系統(tǒng)真空度波動、夏季原料空氣中CO2超標(biāo)等。針對以上制約裝置高負荷生產(chǎn)運行的瓶頸問題，空分裝置實施了一系列優(yōu)化提升消除瓶頸的措施。

1 存在的問題及對策

1.1 冷損大及應(yīng)對措施

1.1.1 低溫液氧泵冷損

為提高裝置負荷，實現(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%負荷下維持穩(wěn)定。及時檢查低溫泵泵箱保冷效果，對保冷效果差的泵箱更換珠光砂，冷量損失進一步減少。

1.1.2 板翅式換熱器冷損

為減少板翅式換熱器冷損，空分裝置通過調(diào)整進換熱器空氣量、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

裝置以各單元停車檢修為契機，對冷箱及時補裝珠光砂，以減少冷損。

1.2 氧提取率低及應(yīng)對措施

1.2.1 氧提取率不高

氧的提取率是以產(chǎn)品氧的總氧量與進塔加工空總氧量之比來表示。氧提取率=（氧產(chǎn)量×氧純度）/（進塔空氣量×空氣中的氧含量）。當(dāng)進塔空氣量和產(chǎn)品氧純度一定時，氧提取率的高低取決于氧產(chǎn)量的多少，而氧產(chǎn)量的多少在進氣量一定的條件下，主要取決于污氮氣中含氧量的高低，只有降低污氮中的含氧量才可提高氧提取率?？辗盅b置結(jié)合運行實踐，通過降低上塔壓力，使上塔污氮氣壓力維持在20～25kPa，使得更多的液氧冷卻下來，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計算。

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-儲存的產(chǎn)品增量。

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

2 預(yù)冷系統(tǒng)換熱效果差及應(yīng)對措施

2.1 分布器堵塞分布效果差

抓住歷次停車檢修的機會，對空冷塔、水冷塔分布器進行清洗與擴孔處理，分布器分布孔由3.5mm擴徑至5mm，并及時清理過濾器，防止雜物進入分布管中阻塞分布孔;通過改造，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)冷卻水遠傳溫度點。針對循環(huán)冷卻水溫度波動對預(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)場一次表，存在讀數(shù)不準(zhǔn)的問題，在空壓站循環(huán)冷卻水上水管線上加裝了遠程溫度測量點。通過加裝遠程溫度點，中控操作人員可根據(jù)實時溫度值調(diào)整冷卻水量，為裝置預(yù)冷系統(tǒng)高負荷優(yōu)化運行提供數(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。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)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。當(dāng)冷卻水沿填料層向下流動時，若塑料鮑爾環(huán)填料破損造成流通通道堵塞，會造成傳質(zhì)效率降低。在檢修中，空分裝置通過重新裝填預(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，為高負荷運行奠定了基礎(chǔ)。

2.3 污氮分配不合理

為確?？辗窒到y(tǒng)冷量平衡，做好污氮氣的系統(tǒng)分配，在保障分子篩吸附器工況穩(wěn)定的條件下，空分對各單元分子篩吸附器的污氮再生氣量進行了調(diào)整，再生氣量設(shè)定值控制在40000Nm3/h，加熱時間控制在80min左右，冷吹時間控制在140min，冷吹系數(shù)設(shè)定為1.2。通過對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污氮氣的需求，充分利用污氮氣冷量，勻出來的低溫污氮氣進入預(yù)冷系統(tǒng)，能有效提升預(yù)冷系統(tǒng)制冷效果。

3 機組乏汽系統(tǒng)真空度波動運行不穩(wěn)定及應(yīng)對措施

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

大氣溫度越高，汽輪機乏汽和循環(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)水在最大負荷下?lián)Q熱水量仍然不夠，將會導(dǎo)致汽輪機乏汽壓力上升。乏汽壓力上升，機組真空度下降，將會直接導(dǎo)致汽輪機高壓蒸汽消耗增加。通過對空分裝置的摸索，針對當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c，入夏前對凝汽器循環(huán)水側(cè)管束進行徹底清洗，取得了較好效果，有效地降低了汽輪機排氣壓力，提高了系統(tǒng)真空度。

保障機組乏汽管道真空度的同時，降低了機組蒸汽消耗。通過實踐得出，在設(shè)計乏汽壓力為20kPa時，乏汽壓力每增加5kPa，汽輪機能耗將會增加3%左右。乏汽壓力下降5kPa時，按每套機組蒸汽消耗設(shè)計值168.5t計算，每小時可節(jié)約5.1t高壓蒸汽，空分機組每小時累計節(jié)約30.6t高壓蒸汽。按每t蒸汽100元成本計算，每年將節(jié)約高壓蒸汽費用432萬元。大幅度提高了機組運行平穩(wěn)性，又能節(jié)約運行成本，提高企業(yè)效益。

4 純化系統(tǒng)吸附效果下降及應(yīng)對措施

夏季時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，空壓機入口二氧化碳含量在700ppm～5000ppm之間波動，時間段從每日的10時左右直至下午15時左右持續(xù)5個小時，峰值高且持續(xù)時間長，遠超過空壓機吸入口最大允許二氧化碳含量550ppm。

通過對空分DCS畫面增加自動彈框，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)空壓機吸入口二氧化碳超過700ppm時，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)對原料空氣中二氧化碳超高現(xiàn)象，維持空分裝置高負荷平穩(wěn)運行，最大限度地降低對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

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

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