余元軍 ,張國才 ,李 鑫

(陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司 ,陜西神木 719319)

陜西神木化學(xué)有限公司二期空分裝置于 2008年一次試車成功,整套空分裝置采用全低壓分子篩純化,膨脹機帶增壓機制冷,無氫精餾制氬,內(nèi)壓縮流程。機組采用一拖二汽輪機驅(qū)動。

空分系統(tǒng)變負荷操作設(shè)計工況如下:空氣量285000Nm3/h;氧產(chǎn)品56000Nm3/h,純度大于99.6%;低壓氮產(chǎn)品 25 000 Nm3/h,純度小于 10×10-6O2;中壓氮產(chǎn)品 1 100 Nm3/h,純度小于 10×10-6O2;液氬產(chǎn)品 1 400 Nm3/h,純度小于 3×10-6N2,2 ×10-6O2。

變負荷操作是一項復(fù)雜的工況調(diào)整過程,稍有不慎或操作不當,極易造成產(chǎn)品純度、系統(tǒng)壓力及系統(tǒng)工況的波動。系統(tǒng)的波動也會給氬系統(tǒng)帶來波動,輕者減負荷,嚴重時還會發(fā)生氮塞,如果處理不及時的話,很可能會引起氧純度的破壞。這對全廠的連續(xù)生產(chǎn)帶來極大的影響。但在正常生產(chǎn)時還是以正常工況為主,因產(chǎn)品的送出量與加工空氣的量有關(guān)系。本文針對空分系統(tǒng)部分變負荷操作及影響進行分析。

1 變負荷操作

空分系統(tǒng)的變負荷操作,主要以空氣量的變化來操作,包括加負荷操作和減負荷操作兩個方面。無論是哪個方面,都要以變中求穩(wěn),穩(wěn)中求變?yōu)樵瓌t。在具體操作中應(yīng)緩慢進行,不能操之過急,否則引起系統(tǒng)的波動,影響產(chǎn)品純度和供氣壓力的波動。

在調(diào)整過程中為保證系統(tǒng)的相對穩(wěn)定,負荷的加減是通過若干次來完成的,每次的加減程度不能過大,究竟每次的加減量以多少為宜,要根據(jù)不同的系統(tǒng),靈活掌握。本套設(shè)備一般每次加減量控制在設(shè)備加工空氣量的 0.3%左右較好,以主塔的物料參數(shù)不發(fā)生變化為宜 (加減負荷時刻注意工況參數(shù)的變化,若有變壞的跡象,應(yīng)及時的進行調(diào)整)。另外還有間隔時間,每次的加減量必須滿足在下次加減量前,空分設(shè)備已消化了上一次的加減量,且氣氧、低壓氮、中壓氮和氬餾分精氬的主要指標不產(chǎn)生較大波動。

為確保產(chǎn)品純度不產(chǎn)生較大波動,加量時一般采取從空壓機到氬系統(tǒng)由前向后的順序,減量相反。在調(diào)整過程中,可以充分利用歷史趨勢。由于純度檢測本身滯后比較嚴重,操作人員可根據(jù)變化的歷史趨勢,對操作幅度做相應(yīng)的調(diào)整,理想的加減量操作,個流量的趨勢圖應(yīng)是一條平滑的上升或下降直線。

2 變負荷對機組的影響

機組設(shè)備對于整個空分裝置是相當關(guān)鍵的,它的穩(wěn)定運行是整個裝置的前提。而在加負荷時首先要做調(diào)整的就是機組,本套機組加負荷通過開導(dǎo)葉來增加空氣的量,空氣量增加,會引起蒸汽量增加,此時應(yīng)與當班調(diào)度進行聯(lián)系,保證蒸汽的壓力及流量。若沒有與調(diào)度聯(lián)系,因蒸汽壓力的下降導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速下降及其他參數(shù)的變化,嚴重的話引起機組跳車。機組的操作也應(yīng)緩慢進行,每次的加量應(yīng)以機組轉(zhuǎn)速壓力穩(wěn)定后在進行下一次的操作。

3 變負荷對氬系統(tǒng)的影響

在變負荷操作過程中,由于加工空氣量的變化,會對主塔的回流比產(chǎn)生一定的影響,進而液氧、氣氮及氬餾分的取出量會發(fā)生變化,對氬系統(tǒng)的影響就更加明顯了。眾所周知,氧純度變化 0.1%,氬純度變化約 1%,可見輕微變化對主塔的影響有多大。氬在上塔的分布是有規(guī)律的,在液空進料口上下形成兩個氬富集區(qū),最高氬含量 15%,但由于氮含量高,一般取進料口下的氬富集區(qū)。設(shè)計值一般為:含氧 89%～90%,含氬 10%～11%,含氮 0.02%;但氬的富集區(qū)不是一成不變的,隨著工況的變化而變化,但氬的抽出口是不變的,當進行負荷調(diào)整時,氬餾分的物料組分會不斷的變化。

就以增加負荷為例,當近塔的空氣流量增加時,下塔的壓力隨之有所增大,這樣主冷凝蒸發(fā)器的熱負荷增大,冷凝液氮的量增加,同時冷凝蒸發(fā)器氧側(cè)的蒸發(fā)量也增加,氣氧會推動氬的富集區(qū)上移,氬餾分處的回流比減小,這樣氬餾分中的氧含量增加,氬的含量減少,提取率下降。為了維持氬餾分中的氧含量不變,采用兩種調(diào)節(jié)方式,一種方法是通過節(jié)流閥,適當增大上塔的回流比,使得氬的富集區(qū)向下移動,維持原來的氬餾分中的氧含量。但這樣會使得下塔的回流比有所減小,使得富氧液空中的氧含量升高,而我們這套系統(tǒng)大約有 50%的液空去氬系統(tǒng)。當液空中的氧含量升高時,其相應(yīng)的飽和溫度會升高,縮小了粗氬冷凝器的換熱溫差,熱負荷減小。造成粗氬中的氧含量升高,為保持粗氬中的氧含量不變,就必須減少粗氬的取出量。所以在變負荷操作中,節(jié)流閥的開關(guān)影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,應(yīng)配合好空氣量的加減。另一種方法是通過增大上塔產(chǎn)品氧的取出量,使得上塔上升的氣氧相對減少,從而達到上塔氬富集區(qū)向下移,維持中部氧含量的穩(wěn)定。

4 變負荷時氮塞的預(yù)防和處理

氮塞是造成氬系統(tǒng)惡化的主要原因,氮塞的形成是因氬餾分中的氮含量過高、粗氬冷凝器的溫差減小,甚至為零,這樣粗氬冷凝器量減少或不冷凝。粗氬塔不工作,造成氬餾分抽出量減少,上升氣量,流速降低造成填料上液體下流。大量粗液氬被打到上塔,破壞上塔主塔精餾工況,主冷液位迅速上漲,氧純度急劇下降。因此在平時操作時中部氧含量控制 89%～92%(可根據(jù)不同的設(shè)備作相應(yīng)的調(diào)整)。通過利用歷史趨勢對工況的變化提前做出判斷,眾所周知,在線分析表滯后,溫度就比較直接,可通過溫度的變化提前做出調(diào)整。

一旦發(fā)生氮塞,應(yīng)根據(jù)氮塞的程度開粗氬氣放空閥,使得聚集在粗氬冷凝器的氮組分排出,還應(yīng)加大精氬塔氮組分的排放,將氬泵回流閥打手動,使得打出去的液體量恒定。適當調(diào)整上塔回流比。若嚴重時,必須切除精氬塔,粗氬直接防空待氬餾分恢復(fù)正常時,再投精氬塔。

5 變負荷工況參數(shù)的確定

本套設(shè)備的設(shè)計參數(shù)已提到,按比例法可知加工空氣量為 213 750 Nm3/h時,氧氣 42 000 Nm3/h,液氬 1 050 Nm3/h,低壓氮 18 900 Nm3/h,中壓氮850 Nm3/h。這組數(shù)據(jù)為實際操作提供一個參考,不能教條的認為變負荷就按這個來調(diào)整。在實際操作中應(yīng)根據(jù)具體情況按比例計算后靈活調(diào)整。

6 結(jié)束語

系統(tǒng)負荷的調(diào)整對于空分裝置一定要緩慢,調(diào)整過快很可能影響氧、氮、氬的純度,甚至?xí)绊懙綒饣b置的正常運行,氬系統(tǒng)可能會出現(xiàn)嚴重的氮塞,逼迫甩負荷,我們在操作時要慎記。