高 波

(河南煤業(yè)化工集團中原大化公司，河南濮陽 457000)

河南煤業(yè)化工集團中原大化公司空分裝置采用杭州制氧股份有限公司設計制造的KDON－52000/61100型空分裝置。設計氧氣產(chǎn)量52000Nm3/h，氮氣產(chǎn)量61100 Nm3/h，氬氣產(chǎn)量1600 Nm3/h?？绽湎到y(tǒng)處理空氣量為279000 Nm3/h。因此，空冷系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn)直接關乎后系統(tǒng)的安全。

1 系統(tǒng)概況

空氣預冷系統(tǒng)連接于空氣過濾壓縮系統(tǒng)和分子篩純化系統(tǒng)之間，主要是為降低進分子篩吸附器的空氣的溫度與含水量。將空壓機組出口的空氣溫度由88℃降至15℃左右，同時降低了空氣中的飽和水分，有利于分子篩的凈化，并洗滌掉空氣中的粉塵、酸性介質(zhì)等。

經(jīng)水泵01P101A(或01P101B)增壓后的外界供水(約835m3/h)，進入空冷塔(01C101)的中部，在空冷塔下段與02空氣壓縮機送入空冷塔下部的濕熱空氣(≤105℃)作逆流直接接觸進行換熱，使空氣初步冷卻，并洗滌空氣中的灰塵及空氣中能溶于水中的NO2、SO2、Cl2、HF等對分子篩有毒害作用的物質(zhì)后，水從空冷塔底經(jīng)閥自動排出?？諝馍仙剿纳隙?，與來自水冷塔的冷水(約14℃)作進一步熱質(zhì)交換，空氣被冷卻到15℃出空冷塔，進入分子篩吸附系統(tǒng)。

空冷塔中部回水(約132m3/h)經(jīng)布水器流入水冷塔(01C102)的上部，在水冷塔內(nèi)被空氣分離設備來的剩余氮氣(污氮氣和純氮氣)冷卻后，水溫降至14℃左右，從塔的下部流出，通過水泵01P102A(或01P102B)增壓至12bar，然后進入空冷塔的上部。這路低溫水與空氣進行熱質(zhì)交換后，匯集在空冷塔中部的中心筒內(nèi)，然后重新回到水冷塔上部。這樣上部形成一個循環(huán)(如圖一)。

考慮到水冷塔頂部被污氮氣帶走的水量、空冷塔中心筒內(nèi)多余溢出到空冷塔下段的水耗，在水冷塔進水管路前設置了一路一次水補水管路，補水量大約為5 m3/h。

圖1 空氣冷卻系統(tǒng)簡圖

2 存在的問題

2.1 循環(huán)水污染

空分系統(tǒng)一直運行良好，但出現(xiàn)過分子篩純化系統(tǒng)出口空氣中二氧化碳含量明顯升高的現(xiàn)象，分析表AI01203的數(shù)值由0.33ppm逐步上漲到4.59ppm(報警值為1.5ppm)，聯(lián)系儀表現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)此數(shù)值為真值。現(xiàn)場打開循環(huán)水導淋，聞到循環(huán)水有刺鼻氣味，聯(lián)系中化室取樣分析，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水中氨含量由平時20ppm上升到1400ppm，監(jiān)護運行發(fā)現(xiàn)有明顯上升趨勢，為避免造成更大事故，緊急停車。

2.2 循環(huán)水加藥帶沫

由于循環(huán)水是長時間反復使用，并且溫度較高，很容易滋生各種藻類和細菌，腐蝕和堵塞管路，所以循環(huán)水要定期加藥。

2010年，我廠發(fā)生一起停車事故。當時操作人員發(fā)現(xiàn)空冷塔液位指示異常，聯(lián)系儀表檢查液位計，發(fā)現(xiàn)無誤后，現(xiàn)場打開循環(huán)水導淋，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水中夾帶大量泡沫，緊急聯(lián)系主控。此時，主控人員發(fā)現(xiàn)空冷塔進出口壓差、出空冷塔空氣溫度明顯異常，為避免分子篩進水，緊急停車。

3 原因分析

中原大化煤化工循環(huán)水系統(tǒng)是和各個工段串在一起的，如果甲醇、氣化和壓縮機組換熱器泄漏，會有大量化工介質(zhì)及油污進入循環(huán)水內(nèi)，通過循環(huán)水循環(huán)進入空分空冷塔內(nèi)。我廠循環(huán)水中分析有氨、油和各種酸性物質(zhì)，進入空冷塔后這些物質(zhì)部分會隨空氣進入分子篩，分子篩是結(jié)晶型的硅鋁酸鹽，對酸堿要求較高，在酸堿環(huán)境下長期使用會使分子篩失效，對分子篩造成不可逆的損壞。

同時，循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)常會加入一些藥劑，造成循環(huán)水起泡，雖然對其他工段影響不大，但對空分而言，泡沫增多，會造成空冷塔出現(xiàn)假液位，并且泡沫較輕很容易被氣流夾帶，如果液體超過空冷塔進氣口，則會造成更嚴重的夾帶，進而將水帶進分子篩，使分子篩失去活性。

4 改進措施

根據(jù)生產(chǎn)實際情況和對其它空分裝置的了解，空分空冷塔冷卻水改為獨立循環(huán)系統(tǒng)可以排除以上對分子篩影響，延長分子篩壽命，確保分子篩和冷箱安全穩(wěn)定運行。

擬建循環(huán)水系統(tǒng)主要設備需水池一個，風機一臺，循環(huán)水泵兩臺。循環(huán)水泵出口管線和原常溫水泵入口管線聯(lián)通，兩套循環(huán)水系統(tǒng)可互相備用。

4.1 設計參數(shù)

4.2 節(jié)能裝置

本套裝置其中一臺循環(huán)水泵采用水輪機來替代原風葉電機。

水輪機是循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能專用水輪機，該水輪機高效利用循環(huán)水系統(tǒng)中的富裕能量可驅(qū)動水泵轉(zhuǎn)動，從而替代傳統(tǒng)水泵的電機，達到水泵電機100%節(jié)能，并確保水輪機安裝后不增加水輪機所在系統(tǒng)的水泵電流，還可以減小循環(huán)水管道振動、噪聲，降低維保費用。

循環(huán)水從蝸殼進水口流入水輪機，導葉調(diào)節(jié)流入水輪機的水流量，流入水輪機的水流相對于水輪機輸出軸呈360°對稱分布，均勻推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，使水輪機振動減小，水輪機、軸承、軸承座、軸的壽命更長。

4.3 過濾裝置

重力式無閥濾池采用虹吸原理進水和排走洗砂水，并利用小阻力配水系統(tǒng)和池體本身的水箱來進行反沖洗，且可輔以氣、水強制反沖洗。多層濾料級配科學合理，截污能力強，出水濁度低。

它的運行全部自動進行，操作方便，工作穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡單，造價也較低，比較適合在該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中作旁濾池用。

5 改造效果及分析

水通過水泵加壓到4bar后，直接進入常溫水泵進口，通過常溫水泵加壓到12bar后，打入空冷塔中部，回水利用空冷塔5.5bar空氣進入水輪機以帶動水泵運轉(zhuǎn)后，一部分進入無閥濾池，一部分直接進入冷卻塔。

同時此項目投資較小，總投資費用大約70—80萬元，且操作維護相對比較簡單。我廠技術(shù)基礎較好，操作人員有豐富的操作維護及水處理經(jīng)驗，而且能夠解決循環(huán)水加藥起泡分子篩帶水、換熱器泄漏、酸性物質(zhì)造成分子篩中毒難題，從根本上為分子篩長周期運行創(chuàng)造條件，有效延長分子篩壽命，確保冷箱安全穩(wěn)定運行。具有投資小、收益大等優(yōu)點，經(jīng)過專業(yè)人員多次論證，技改項目切實可行。

6 注意事項

(1)投用水輪機時，首先打開水輪機進口閥門，再緩慢打開出口，給蝸殼沖水，嚴禁快速打開水輪機出口閥門。

(2)設備初次運轉(zhuǎn)300小時后須排空潤滑油，再注入新油。以后，每3個月或者連續(xù)運轉(zhuǎn)2000小時更換一次。但若油中異物含量超過2%、金屬磨料超過0.5%或含水量超過2%時，也應及時更換新油。

(3)每日觀察油位，如發(fā)現(xiàn)異常應立即聯(lián)系電氣檢查，避免因缺油導致干磨，出現(xiàn)油封、軸承損壞現(xiàn)象。

(4)由于空冷塔填料經(jīng)過幾次扒出清理，部分填料出現(xiàn)了損壞和老化，產(chǎn)生了較多的碎片，要注意水泵的壓力和流量，及時倒泵清理濾網(wǎng)。

7 結(jié)束語

通過改造，空分循環(huán)水的水質(zhì)有了明顯改善。既保護了分子篩，也避免了因循環(huán)水問題造成不必要的停車，為空分裝置的長周期運行提供了保證。