田現(xiàn)德，李紅，金振宗，沈榮，呼維剛，康與峰，趙瑩

（萊蕪天元氣體有限公司，山東萊蕪271126）

制氧

提升空分裝置運行穩(wěn)定性的實踐

田現(xiàn)德，李紅，金振宗，沈榮，呼維剛，康與峰，趙瑩

（萊蕪天元氣體有限公司，山東萊蕪271126）

由于機組的型式、容量、設(shè)計、制造、操作維護等各方面不同，且制氧生產(chǎn)時常受到外部用氣量變化的影響，制氧機組運行的穩(wěn)定性不易維持。針對制約機組安全穩(wěn)定運行的瓶頸問題分析研究，采取措施，取得了較好效果。

空分設(shè)備；設(shè)備老化；氧氣輸送；儀表指示

1 機組簡介與現(xiàn)狀

萊鋼天元氣體公司現(xiàn)配置3#～10#空分裝置共八套制氧機組，擔負著熱線廠高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄、電爐等所需的全部氧氣、氮氣、氬氣等氣體產(chǎn)品的供應(yīng)。目前公司氧氣生產(chǎn)總?cè)萘繛?22070 m3/h，另有一套60000 m3/h制氧機于2013年12月投產(chǎn)。通過對3#～10#機組進行全面的研究分析，從工藝、設(shè)備、電器、儀表、外部管網(wǎng)輸送等方面入手，優(yōu)化操作方法，改進工藝流程，提高了裝置的穩(wěn)產(chǎn)保供能力。

2 影響空分裝置穩(wěn)定運行的原因分析

2.1 生產(chǎn)工藝

由于設(shè)備老化，部分機組產(chǎn)品無法正常提??；空分系統(tǒng)換熱器堵塞造成換熱效率下降，產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量下降；局部操作思路不統(tǒng)一，致使開停車時間、運行工況波動較大，甚至難以維持生產(chǎn)。

2.2 運行設(shè)備

DCS系統(tǒng)老化，控制系統(tǒng)程序漏洞；分子篩、空分系統(tǒng)閥門故障；潤滑油冷卻系統(tǒng)效率下降；離心式壓縮機密封氣供應(yīng)不足；低溫液體泵是否能夠安全運行等因素均影響著空分裝置的穩(wěn)定運行。

2.3 其他因素

空分系統(tǒng)儀表指示偏差、質(zhì)量分析的誤差和滯后，為工況調(diào)整帶來一定困難；氧氣管道是否能夠安全運行也給空分裝置的穩(wěn)定運行帶來較大影響。

3 問題的解決

3.1 5#制氧機組及6#制氧機組流程改善

針對5#制氧機組液氬產(chǎn)品內(nèi)部管路缺陷，提出改進措施。5#制氧機組液氧泵冷箱上部有冷氣冒出，隨即進行了仔細檢查，發(fā)現(xiàn)液氧和液氬取出管下方的冷箱上有一條1.5 m的裂縫，珠光砂伴隨著冷氣從裂縫中冒出。經(jīng)分析、檢查確認：是由于液氬取出閥（HCV702）閥后與塔外真空管之間的塔內(nèi)液氬管道有漏點，低溫液體泄漏，造成冷箱凍裂，液氬被迫停止生產(chǎn)。要想恢復液氬生產(chǎn)，需5#制氧機組退出運行，將冷箱內(nèi)珠光砂全部扒出，進行漏冷管路的焊補修復后才能實現(xiàn)。通過對檢測數(shù)據(jù)的分析和冷箱內(nèi)實際管路的排查，提出了采用從保冷箱外部的排液閥V756前接一根不銹鋼管道與液氬儲罐連接，繞開液氬取出閥HCV702閥后管道向液氬貯槽充液的改造方案，并組織進行了實施，見圖1。

圖1 繞開HCV702閥后管道向液氬貯槽充液的改造方案

改造后，精氬塔投入正常運行，確保了5#制氧機組液氬產(chǎn)品的正常生產(chǎn)，經(jīng)濟效益顯著。

針對6#制氧機組液氮貯槽不能正常使用的重大缺陷，對其進行了整改。六氧低壓液氮罐基礎(chǔ)結(jié)霜嚴重，經(jīng)分析判斷，由于在此之前該罐多次出現(xiàn)內(nèi)膽漏液，將泡沫玻璃磚底部鋼板凍裂，經(jīng)過幾次檢修，漏液現(xiàn)象沒有得到明顯改善，結(jié)霜現(xiàn)象仍然十分嚴重，繼續(xù)使用存在很大的安全隱患，該罐已無法使用。液氮通過V8閥取出，而V8閥是微量控制上下塔回流比，由于液氮罐無法使用，液氮則無法取出，影響上下塔的回流比，致使精餾工況不穩(wěn)定，嚴重影響氧氣產(chǎn)量和氬的提取率，增加了設(shè)備能耗。不解決液氮取出問題，六氧空分無法運行在最佳工況。通過對六氧低壓液氮罐進行切除改造，將六氧生產(chǎn)的液氮引至九十氧低壓液氮罐，見圖2。

圖2 6#氧空分至液氮罐管道改造前后示意

通過改造，6#氧所產(chǎn)的液氮可以順利取出，并且不影響空分工況的正常運行，確保了氧、氮、氬的產(chǎn)量和純度不受影響。

3.2 空分系統(tǒng)主換熱器堵塞現(xiàn)象的處理

針對主換熱器堵塞現(xiàn)象，我們認真分析了冷卻系統(tǒng)由于游離水的存在以及機械雜質(zhì)造成主換熱器堵塞，通過對工藝流程組織的研究，提出了一種解決主換熱器堵塞的方法：（1）空氣分離系統(tǒng)停車，卸掉裝置內(nèi)的壓力，關(guān)閉上精餾塔與下精餾塔之間的閥門；（2）當二氧化碳和/或機械雜質(zhì)堵塞主換熱器時，加溫氣體從主換熱器的一端進入其內(nèi)部，從另一端排出，直至主換熱器導通；（3）當水分含量超過預設(shè)值堵塞主換熱器時，加溫氣體反流（主換熱器正常工作時從上部進口到下部出口為正）吹掃，直至主換熱器導通。本方法只對主換熱器進行加溫處理，即空分系統(tǒng)的局部加溫，避免了對整個系統(tǒng)進行加溫，從而避免了再次啟動該系統(tǒng)時需要制取大量用來冷卻精餾塔內(nèi)容器、管道和積累液體所需的冷量，此外還減少了加溫氣體的流量，進而節(jié)省了加溫和啟動投運的時間。上述解決方法簡便，節(jié)省時間，還降低了能量消耗，因此，降低了生產(chǎn)成本，見圖3。

3.3 統(tǒng)一操作思路，形成標準化作業(yè)規(guī)程

針對各機組運行的提點，認真總結(jié)工作經(jīng)驗結(jié)合空氣分離專業(yè)知識形成了“空分裝置導氣過程實操法”、“低溫液體蒸發(fā)輸送的優(yōu)化操作”、“三同時法倒換循環(huán)液氧泵”、“氧壓機的啟動操作法”、“變負荷調(diào)整操作法”、“三調(diào)一橫穩(wěn)定主塔工況”等先進操作法并納入標準化作業(yè)規(guī)程。

3.4 4#制氧機組采用ABB公司提供貝利操作系統(tǒng)，現(xiàn)行操作系統(tǒng)與通訊數(shù)據(jù)無法進行有效轉(zhuǎn)換，為機組的穩(wěn)定運行帶來不利因素，通過對原有系統(tǒng)的升級改造，將原有系統(tǒng)更新為西門子操作系統(tǒng)，與原有硬件進行良好的匹配，確保了機組安全穩(wěn)定運行。3.5系統(tǒng)閥門的故障分析與處理

空分裝置氣動薄膜閥電磁閥故障，通過對空分系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥進行了分析?？辗窒到y(tǒng)閥門位于室外，敞露安裝，電磁閥較為分散，只做了較為簡單的防雨處理，且閥門帶有模擬量4～20 mA輸出控制，電源電壓為24 V。電磁閥或控制電纜由于老化等其他原因?qū)е麻y門失去控制。如圖4所示。

通過利用TRIZ創(chuàng)新方法，最終選擇了“采用其他控制系統(tǒng)替代電磁閥的作用”，分析了閥門開關(guān)的快慢對空分系統(tǒng)安全運行的影響，確定了部分閥門可取消電磁閥控制回路，而由工程師站輸入閥門的聯(lián)鎖，由DCS控制系統(tǒng)來實現(xiàn)閥門的緊急開關(guān)，目前9#機組進氣閥門V113、V114以及液氧、液氮蒸發(fā)系統(tǒng)已實現(xiàn)了此項措施的改進，目前系統(tǒng)運行良好。

圖3 針對主換熱器堵塞改造示意圖

圖4 氣動薄膜閥

3.6 壓縮機油路冷卻系統(tǒng)改造

針對各運轉(zhuǎn)設(shè)備潤滑油溫度偏高的問題，確定改造方案，將原來并聯(lián)運行方式改為串聯(lián)運行。拆除兩只油冷的部分管路及溫控器，將預制好的管道再一次進行酸洗，連接好后啟動油泵檢查，管路應(yīng)無滲漏油，并調(diào)整好供油壓力。

經(jīng)改造后測試，供油溫度明顯降低，夏季由原來的61℃左右降至45℃左右，冬季需切除一只油冷，提高了壓縮機的運行穩(wěn)定性，從根本上解決了油溫高而帶來的安全隱患，見圖5。

3.7 提出了離心式壓縮機密封氣系統(tǒng)改造

當壓縮機運行年限較長導致機體磨損過大，進而使密封氣泄漏量過大，隨之使混合氣泄漏量也就過大，這樣將會造成機體密封腔內(nèi)密封氣壓力降低（密封氣壓力是壓縮機啟動條件之一），造成壓縮機無法啟動的情況，即使壓縮機啟動了，還是會因密封腔內(nèi)密封氣壓低，導致工藝氣進入油側(cè)，造成潤滑不良，或者使?jié)櫥瓦M入氣側(cè)造成外供氣體帶油，從而影響用戶的使用。對于氧氣壓縮機有可能造成氧氣與油直接接觸，經(jīng)過高溫高壓后釀成不可挽回的事故，見圖6。

改造前只能通過減壓閥302進入密封氣總?cè)肟诠苈?01。改造后，密封氣同時由303旁通閥和302減壓閥共同進入整個系統(tǒng)，確保了壓縮機穩(wěn)定運行。

3.8 空分系統(tǒng)泵體的安全穩(wěn)定運行

低溫液體泵當密封氣壓力值較小時，密封裝置不能完全密封低溫液體，會出現(xiàn)泄漏問題，然而，當密封氣體壓力值過大時，密封氣體會通過密封迷宮泄漏到泵內(nèi)，造成泵的葉輪內(nèi)帶氣，進而引起葉輪空轉(zhuǎn)，出口壓力下降，影響正常生產(chǎn)，見圖7。

圖5 壓縮機油路冷卻系統(tǒng)改造

圖6 密封式壓縮機密封系統(tǒng)改造

通過改造，當供氣干路12的第一閥門裝置13完全打開時，密封氣體的壓力仍然無法滿足密封裝置11所需的壓力時，可將本具體實施方式所提供的供氣系統(tǒng)的供氣支路14上的第二閥門裝置15打開，供氣支路14可補給供氣干路12密封氣體，進而提高供氣干路12的供氣壓力，從而使得密封氣體壓力滿足密封裝置所需的密封壓力。

圖7 密封氣體回路改造示意

3.9 3#制氧機由于主冷液氧液位、下塔液空液位，及粗氬冷凝器液空液位等重要控制參數(shù)，均無指示或指示失靈，嚴重影響了工況的調(diào)整和系統(tǒng)的安全。經(jīng)過扒砂檢查，發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)的儀表導壓管的敷設(shè)存在缺陷，且無備用的管路。為此確定對其進行改造，并增設(shè)主冷液氧液位的測量備用管線。將其原水平管道改為向上傾斜15°，并延長了此段管路，增加了倒U型彎管，使低溫液體能夠充分復熱氣化。

據(jù)實踐證明，經(jīng)過此次改造后，3#氧的主冷液氧液位、下塔液空液位，及粗氬冷凝器液空液位等重要參數(shù)能夠正常顯示，滿足監(jiān)控的要求。

3.10 氧氣管線在使用過程中由于輸氧管線或氧氣球罐內(nèi)留有鐵銹、粉塵、焊渣等雜物，重新投用時，氧氣帶動鐵銹、粉塵和焊渣等雜質(zhì)快速流動，導致上述雜質(zhì)與管道內(nèi)壁或閥口摩擦而產(chǎn)生高溫，甚至產(chǎn)生靜電火花，存在發(fā)生燃燒爆炸的安全隱患。

具體步驟如下：

（1）向氧氣存輸設(shè)備中通入氮氣，并使氮氣和氧氣源側(cè)的氧氣的壓力差不大于0.1 MPa；

（2）打開氧氣存輸設(shè)備上與氧氣源相連的進氣閥；

（3）打開氧氣存輸設(shè)備上與外界相連的排氣閥，以使氧氣由氧氣源通入氧氣存輸設(shè)備內(nèi)，并將氮氣排出。

通過創(chuàng)新氧氣存輸設(shè)備投用的防爆方法，在使用過程中有效地避免了氧氣快速流動而發(fā)生摩擦，避免產(chǎn)生高溫和靜電火花，消除氧氣存輸設(shè)備在投用時發(fā)生爆炸的安全隱患。

4 結(jié)束語

“提升空分裝置穩(wěn)定性的研究與應(yīng)用”項目的實施，分析研究了制約空分裝置穩(wěn)定性的因素，并采取有效措施予以解決，目前3#～8#制氧機組生產(chǎn)能力、安全性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性等指標均有較大的提高。本項目中所提出實施的幾項工藝改進，已申請國家實用新型專利多項，目前已在多臺機組應(yīng)用，同時對空氣分離行業(yè)的其他機組的優(yōu)化有著很好的借鑒意義。

Research and Practice of Improving the Operation Stability of Air Separation Plant

TIAN Xiande，LI Hong，JIN Zhenzong，SHEN Rong，HU Weigang，KANG Yufeng，ZHAO Ying
(Tianyuan Gas Company of Laiwu Iron and Steel Company,Laiwu,Shandong 271126,China)

Due to differences in equipment type,capacity,design,manufacture,operation and maintenance and the effect of the changing external consumption on oxygen production,it is difficult to maintain the operation stability of oxygen generating unit.The bottleneck problems affecting the safe and stable operation of oxygen generating unit were analyzed and studied and relevant measures were taken,which have achieved favorable results.

air separation plant;equipment aging;oxygen delivery;meter indication

TB657.7

B

1006-6764(2015)03-0015-04

2014－12－30

田現(xiàn)德（1970－），男，1992年畢業(yè)于浙江大學低溫專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。