空分设备长周期稳定运行分析探讨

空分设备长周期稳定运行分析探讨

田保旺

液化空气（日照）有限公司山东日照276806

摘要：时至今日，空气低温分离技术已经取得了长足的进步和发展，随着分子筛吸附器用于空气的净化、规整填料精馏塔的使用、计算机模拟和控制、单元设备效率的提高等，空分设备技术较为稳定，为空分设备长周期运行有了有效的技术支持。因此，通过技术改进、设备更新以及不断提高操作技能和水平，保证空分设备安全、稳定、长周期运行是当下各用户企业面临的主要课题。基于此，本文主要对空分设备长周期稳定运行进行分析探讨。

关键词：空分设备；长周期；稳定运行；分析探讨

1、前言

中国石化仪征化纤股份有限公司动力生产中心的E#KDONAr-5000/13000/155型空分设备，于2009年底新建投产，由四川空分设备(集团)有限责任公司制造，采用常温双层分子筛吸附净化、双级增压透平膨胀机、氮气增压循环和规整填料上塔全精馏制氩流程(如图1所示)，为全液体空分设备，制取氮、氧、氩产品。

图1KDONAr-5000/13000/155型空分设备流程示意图

该流程具有设备简单、操作方便、氩提取率高、能耗低的特点，是目前空分领域较为先进的流程。空分设备投产后存在板翅式换热器阻力偏大、主塔液氮回流系统有一定偏差的问题，既限制生产负荷的提升，又难以保证主塔工况稳定;另外因为压缩机存在一些问题，两年来E#空分设备开停车20多次，运行期间主塔工况波动20次以上，其中有5次以上因操作不及时引发氮塞，而最终导致产品纯度波动。下面介绍仪征化纤动力生产中心为实现空分设备长周期稳定运行而采取的优化措施。

2、通过停车检修和技术改造来防范设备原因带来的非计划停车

E#空分设备生产的氧气供给仪征化纤PTA生产中心，为两套PTA装置负荷提升提供气体保证。两套PTA装置每年错开大修一次，利用其中一套的检修时间，可以对E#空分设备实施计划性检修。主要检修近一年来的设备隐患和缺陷，另外检查并更换动设备的易损件、仪表调节阀等。E#空分设备投产后的前两年，均有因高/低压氮压机、膨胀机、调节阀故障而停车的情况出现，有的还发生过数次，尽管每次真正检修消缺的时间较短，但开、停车耗时都在两天以上，不但影响空分设备稳定运行，也影响PTA装置的产量，同时增加了E#空分设备的生产成本。由于前几次检修比较有针对性，自2012年初以来设备故障明显减少，出现的一些小故障都能在运行中得到有效解决。下一步的目标是E#空分设备三年一修，期间如出现影响空分设备正常运行的小故障，可通过部分设备临时停运消缺来解决。

3、提高操作水平

3.1防止氮塞出现以及出现轻微氮塞后的有效处理

氮塞是所有带制氩系统空分设备经常发生的运行障碍，严重时会造成空分设备主产品纯度下降，被迫排液。所以在运行中应尽量避免氮塞的发生。引起E#空分设备发生氮塞的原因:

(1)向液氮贮槽输送液氮产品时，由于液氮输送管道较长，若预冷不彻底，就会造成液氮送出不畅，导致液氮大量聚集在塔板，从而引起氮塞。

(2)主塔工况波动时，由于上塔液氮回流未设置气液分离器，只是通过DN500mm的管道来进行气液分离，回流液的量受液氮送贮槽手动控制阀开度的影响较大。

(3)液氮节流阀或液氮送出阀操作失误(现已增加二次确认按钮以避免出现操作失误)，导致液氮回流液有时过多或过少。

(4)由于粗氩Ⅱ塔粗氩气取出量为手动控制，当进入粗氩Ⅰ塔的加工气量较大，而出粗氩Ⅱ塔的粗氩气取出量过小时，粗氩气纯度升高，循环粗氩泵出口压力升高，回流粗氩Ⅰ塔的液体中氩含量升高，从而使回流上塔中部的液体中氩含量升高，影响上塔中部液氮、氩分布梯度，使粗氩处理不及时引起氮塞，此时必须要增加出粗氩Ⅱ塔的气体量。为给主塔工况波动时的处理留有足够的处理空间，E#空分设备氩馏分中氩含量一般控制在5%12%，氮含量小于600×10－6，其余为氧。氮塞初期，通过有效操作，可以减少对产品纯度的影响。防止氮塞出现以及出现轻微氮塞后的处理措施:

(1)向液氮贮槽输送液氮及产品液氮放空前充分预冷管道;

(2)进行工艺操作时，保证下塔工况稳定;

(3)上塔工况调节时应综合参照中部氩馏分中氩含量、中部温度、提馏段和精馏段阻力;

(4)中部氩馏分中氩含量较高或升高较快时可手动控制液空节流阀;

(5)工况波动时在保证产品纯度的基础上控制中部氩馏分中氩含量在较低水平;

(6)及时调整粗氩塔的氩取出量;

(7)必要时可采用氧气取出量增减法。

3.2维持膨胀机的正常运行

E#空分设备配套冷、热端膨胀机的参数见表1。

膨胀机供油温度的控制:空分设备膨胀机是高速旋转设备，必须要形成一定的油膜为转子提供保护，不同的润滑油形成油膜的最佳温度不同。目前一般的膨胀机都设有供油温控阀，自动调节到一定温度，但由于温控阀自调反应较慢，气温、循环水水温变化较大时，要及时调整水流量。冷端膨胀机轴向力的调整:因冷、热端膨胀机承载着为空分设备提供冷量的任务，但冷端膨胀机转速更高。因流量在38000m3/h以上(设计值为42000m3/h)时，在高速运转中膨胀机转子有可能会朝一端偏移。而膨胀机设计过程中在气体进增压端前引一股进入膨胀机两端叶轮的背面，通过阀门控制压力。当膨胀端油膜压力高，轴温也偏高时，

可适当打开增压端平衡气阀门，减少转子向膨胀端的偏离(反之则增开另一端阀门)，有效保证膨胀机的稳定运行。

冷、热端膨胀机气体流量的合理分配:两台膨胀机组在流路中增压端与冷端膨胀机的膨胀端是串联的关系，而与热端膨胀机的膨胀端又是并联的关系，气源都来自于高压氮压机后，这样气量分配对压缩机的稳定运行较为重要。工艺调整中要考虑到在冷端膨胀机最大限度地发挥制冷效果时调整热端膨胀机的流量，还要考虑到两台膨胀机的振动、轴温是否平稳在正常范围内。出现气量不平衡时要及时调整，否则可能会造成膨胀机因轴温、振动值高而联锁停车。

4、空分设备日常维护

为保证空分设备稳定运行，日常定期操作与维护也非常重要:

(1)要保证主冷一定比例的液氧取出量，从而减少烃类物质在主冷中的聚集;

(2)定期切换冷冻机水泵，根据油阻切换压缩机过滤器等，减少由设备原因带来的非计划停车;

(3)由循环水直接喷淋冷却加工空气流程的空冷塔，要定期用生产水置换，既可以降低空冷塔塔板结垢的速度，又可以从工艺本身减少分子筛带水的可能;

(4)定期切换循环粗氩泵运行，并进行加温吹扫，以提高制氩系统的运行可靠性。

5、结语

随着经济和技术的不断发展，空分设备的单机规模逐渐增大，在大型煤化工企业中承担着整个企业的气体供应任务，一旦发生故障，对后续生产装置的安全、稳定运行影响很大。在空分设备运行过程中出现工况不稳定现象时要勤于分析、善于分析，然后拿出最佳的处理方案，能不停车就尽量不停车。如以上对冷冻水流量下降的不停车处理。空分设备的建设工程浩大、工艺复杂，再好的施工队伍难免也会留有瑕疵，出现问题不可怕，可怕的是盲目处理，既费时、费力而且还不能彻底解决问题。提高空分设备的运行稳定性，确保长周期安全运行是当下每个空分设备用户面临的主要问题。这需要从空分设备的全运行周期的管理和工艺优化两方面共同努力。