樊少波

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

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30 000 m3/h(標態(tài))空分裝置冷態(tài)開車總結(jié)

樊少波

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

熱態(tài)開車是指空分裝置在開車時冷箱內(nèi)設備處于常溫狀態(tài)，而冷態(tài)開車是指空分裝置在開車時冷箱內(nèi)設備處于冷備狀態(tài)。因為空分裝置停車后沒有必要將冷箱內(nèi)所有液體全部排放，將冷箱復熱至常溫，然后在下次開車時將冷箱內(nèi)設備冷卻至冷態(tài)，再進行積液、建立精餾等過程，這樣不僅會造成開車時間延長，而且會造成浪費，次數(shù)頻繁后難免會造成冷箱內(nèi)設備及管道的應力發(fā)生變化而引起泄漏，冷箱就需進行扒砂，然后處理漏點，再進行裝砂等工作，導致空分裝置至少停車30 d左右，給公司造成嚴重的經(jīng)濟損失。冷態(tài)開車是經(jīng)常遇到的開車狀態(tài)，相對于熱態(tài)開車次數(shù)較多，因而掌握其操作要領是很有必要的。山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司30 000 m3/h(標態(tài))空分裝置于2015年11月30日首次進行冷態(tài)開車，現(xiàn)將開車過程及存在的問題進行總結(jié)。

1 分餾塔系統(tǒng)工藝流程

進入分餾塔系統(tǒng)的空氣(168 000 m3/h，標態(tài))分為3股：第1股是分子篩后0.5 MPa(表壓)，16 ℃，84 000 m3/h(標態(tài))的空氣，經(jīng)低壓主換熱器冷卻后進入分餾塔下塔；第2股是透平膨脹機增壓段后的3.9 MPa(表壓)，40 ℃，38 500 m3/h(標態(tài))的空氣，依次經(jīng)高壓主換熱器冷卻、透平膨脹機的膨脹端膨脹后進入分餾塔下塔；第3股是增壓機末端出來的7.0 MPa(表壓)，40 ℃，45 500 m3/h(標態(tài))的空氣，依次經(jīng)高壓主換熱器、8#閥(高壓液空節(jié)流閥)減壓后進入分餾塔下塔。分餾塔下塔中的上升氣體通過與回流液體接觸以增加含氮量，所需的回流液氮來自上塔底部的冷凝蒸發(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)液氧得到蒸發(fā)，而氮氣得到冷凝。

分餾塔下塔從上到下產(chǎn)生純液氮、純氮氣、污液氮、貧液空和富氧液空產(chǎn)品，各產(chǎn)品去向：①純液氮大部分作為下塔回流液，小部分經(jīng)過冷器后作為液氮產(chǎn)品送出；②純氮氣從下塔頂部出來后分成2股，一股去高壓主換熱器復熱后作為產(chǎn)品送出界區(qū)，一股去低壓主換熱器復熱后與上一股匯合后送出界區(qū)；③污液氮經(jīng)2#閥(污液氮節(jié)流閥)節(jié)流后控制流量進入上塔參與精餾；④貧液空經(jīng)4#閥(貧液空節(jié)流閥)節(jié)流后送入上塔參與精餾；⑤富氧液空經(jīng)1#閥(富氧液空節(jié)流閥)節(jié)流后送入上塔參與精餾。為了降低污液氮、貧液空、富氧液空的汽化率，此3股飽和液體先經(jīng)過冷器過冷后再進入上塔，其中富氧液空經(jīng)過冷器后分出一股作為冷源去粗氬塔，被氬氣蒸發(fā)后再返回上塔。

進入上塔的液體(自上往下流)和主冷氧側(cè)被蒸發(fā)的氣體(自下往上升)直接接觸后繼續(xù)進行精餾，在上塔下部得到純液氧，在上塔頂部得到污氮氣。純液氧由液氧泵壓縮至6.0 MPa(表壓)后經(jīng)高壓主換熱器復熱，然后送出界區(qū)。污氮氣從上塔頂部出來后經(jīng)過冷器將富氧液空、貧液空、污液氮冷卻后自身得到升溫，升溫后的污氮氣經(jīng)低壓主換熱器和高壓主換熱器復熱至常溫后送出冷箱。出冷箱的污氮氣分為2股，一股作為分子篩的再生氣，一股作為水冷塔的冷卻氣將循環(huán)水冷卻后排放至大氣。

2 啟動進冷箱前的系統(tǒng)情況

首先啟動汽輪機組，啟動程序按照升速程序進行自動啟動，其操作要點是控制暖管速率和暖機速率，并嚴密監(jiān)控其振動、位移、溫度在正常范圍內(nèi)；待轉(zhuǎn)速升至5 500 r/min后開始逐漸提高空壓機出口壓力，給預冷系統(tǒng)充壓；待預冷系統(tǒng)壓力充至0.45 MPa(表壓)后，依次啟動常溫水泵、冷凍水泵以及冷水機組；待預冷系統(tǒng)正常后，啟動純化系統(tǒng)。

一般情況下，分子篩裝置停車后都會記錄停車時2臺吸附器所處的狀態(tài)。打開處于吸附狀態(tài)的吸附器出口空氣閥，用充壓閥緩慢將壓力充至0.45 MPa(表壓)后再打開進口閥，然后開再生空氣閥對再生狀態(tài)的吸附器進行熱態(tài)再生，檢查各閥門到位情況，將純化系統(tǒng)投自動順序控制。此系統(tǒng)的操作要點是加強現(xiàn)場與總控室的聯(lián)系，防止因空氣壓力波動而造成分子篩帶水。

3 裝置冷態(tài)開車情況

此時純化器后的0.45 MPa(表壓)干燥空氣已送至進冷箱前的HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325，HV40326這6只閥前和增壓機四段進口閥(FZ4021)前，準備進行冷態(tài)開車。

3.1 置換增壓機系統(tǒng)

總控室打開FZ4021開度至5%，此時經(jīng)純化后的0.45 MPa(表壓)干燥空氣進入增壓機，然后通知現(xiàn)場緩慢關(guān)閉四段進口補氣閥。此時應與總控室保持聯(lián)系，總控室根據(jù)現(xiàn)場閥門關(guān)閉情況，緩慢開啟FZ4021(應特別注意FZ4021開度不能過大，防止四段進口空氣從該閥處泄壓進入空氣壓縮機進口)。待現(xiàn)場全關(guān)四段進口補氣閥后，再調(diào)整FZ4021開度至30%，微開五段出口以及六段出口放空閥和各段冷卻器氣側(cè)排放閥進行置換，10 min后通知現(xiàn)場控制四段冷卻器出口空氣露點在-60 ℃以下即為合格，并通知現(xiàn)場外送儀表空氣，將其壓力控制在0.70 MPa后投自動，然后再順序測五段冷卻器、六段冷卻器出口的空氣露點，測每個冷卻器露點的目的就是判斷各段冷卻器是否存在內(nèi)漏點和濕空氣是否置換合格。如果露點不合格，則表明冷卻器有內(nèi)漏現(xiàn)象或置換不徹底，必須加以處理或繼續(xù)置換，防止?jié)窨諝膺M入冷箱結(jié)成冰，從而堵塞換熱器通道，導致空氣無法進入，使氧氣產(chǎn)量下降，嚴重時造成設備損壞。一般情況下，只要露點在-60 ℃以下，就證明冷卻器沒有內(nèi)漏或置換已合格，可準備啟動膨脹機系統(tǒng)。啟動膨脹機前，首先檢查各密封氣壓力、油壓是否正常，然后切換至正常模式，通知汽輪機崗位五段出口壓力升至2.5 MPa并維持壓力，通知現(xiàn)場依次打開膨脹機增壓端出口閥、增壓端進口閥、膨脹端出口閥、膨脹端進口閥，現(xiàn)場對膨脹機增壓端冷卻器進行置換，露點小于-60 ℃后關(guān)閉排放閥，并通知總控室現(xiàn)場具備啟動條件。

3.2 分餾塔下塔充壓

通知汽輪機崗位穩(wěn)定三段出口壓力，準備給下塔充壓。充壓時，應緩慢開HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326這6只閥門，每次閥門開度不能超過2.5%，而且6只閥門須同時進氣，此時下塔壓力應緩慢上升，待下塔的壓力和純化后的壓力均衡時(<15 kPa即可)應立即全開這6只閥門。在對下塔充壓的過程中，將上塔壓力控制在50 kPa以下，操作工應時刻觀察上塔的壓力情況，打開低壓主換熱器污氮氣去水冷塔的閥門來穩(wěn)定上塔壓力，保證上塔壓力不能超壓。

3.3 建立低壓主換熱器循環(huán)

待HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326這6只閥門全開后，即建立低壓主換熱器循環(huán)。因為低壓主換熱器是3股氣體進行換熱的，一股是經(jīng)上述6只閥門后進入低壓主換熱器，然后進入下塔，此股氣體是正流空氣，進冷箱后本身是要降溫的；一股是從下塔頂部出來的氮氣，經(jīng)低壓主換熱器和正流空氣換熱后送出冷箱；另一股就是從上塔頂部出來的污氮氣，經(jīng)低壓主換熱器復熱至常溫后送出冷箱。所以，建立低壓主換熱器的循環(huán)主要是將正流空氣送進下塔，將反流氮氣和污氮氣送出冷箱，從而建立循環(huán)。此時應注意進冷箱的正流空氣溫度和反流氮氣和污氮氣的溫度，一般情況下正流空氣溫度和反流空氣溫度近似相等，證明換熱效果最佳；但是，返流氮氣和污氮氣的溫度均不能低于0 ℃，因為出冷箱的氮氣和污氮氣管道材質(zhì)為碳鋼，其承受不了低溫，一旦低于0 ℃，應立即采取關(guān)小反流氮氣和污氮氣閥門的操作進行控制。操作時應有流量的概念，因為設計進低壓主換熱器的正流空氣量為84 000 m3/h(標態(tài))，出低壓主換熱器返流氮氣量為6 000 m3/h(標態(tài))，返流污氮氣量為90 000 m3/h(標態(tài))，所以應根據(jù)正、返流氣體的流量來控制閥門開度，以保證正、返流氣體溫度的穩(wěn)定。在建立低壓主換熱器循環(huán)時，應根據(jù)上塔工況的變化來開LV40301(下塔液位調(diào)節(jié)閥)、FV40302(污液氮節(jié)流進上塔)和HV40304(液空節(jié)流進上塔)這3只閥門，其作用主要是將下塔的物料送入上塔，從而保證下塔的精餾效果。待這3只閥門有開度后，適當開低壓主換熱器的氮氣閥開始放氮氣去消聲塔，從而建立3股氣體的循環(huán)，操作時應時刻監(jiān)控出冷箱的氮氣和污氮氣的溫度變化，防止復熱不足而造成冷損增加。

3.4 建立高壓主換熱器循環(huán)

因為低壓主換熱器建立循環(huán)后，主冷液位會快速下降，所以此時應立即啟動膨脹機來維持冷箱內(nèi)部的冷量。首先引空氣到8#閥前，先開六段出口送風閥的副線閥，待8#閥前壓力和六段出口壓力均衡后全開六段出口送風閥，并關(guān)閉副線閥。啟動膨脹機，將膨脹機轉(zhuǎn)速維持在22 000 r/min左右，開始建立高壓主換熱器循環(huán)。高壓主換熱器是5股氣體進行換熱的，其中2股為正流空氣、3股為返流氣體。2股正流空氣為8#閥前的增壓機末端空氣和膨脹機增壓端出來的空氣；3股返流氣體分別為下塔頂部出來的氮氣、上塔頂部出來的污氮氣和液氧泵出口的高壓氧氣。此時因液氧泵未啟動，所以高壓主換熱器為2股正流空氣和2股返流氣體進行換熱。用膨脹機導葉和防喘閥的開度控制膨脹機的膨脹量，用8#閥控制進下塔的正流空氣量，用PV40333(污氮出高壓主換熱器去水冷塔閥)控制返流污氮量，用FV40335B(氮氣出高壓主換熱器放空閥)控制返流氮氣量。

待高、低壓主換熱器運行正常后，視主冷液位進行積液，若主冷液位較低(指標為≥3 500 mm)，則增大膨脹機負荷，迅速進行積液；若主冷液位高于3 500 mm，則通知現(xiàn)場開11#閥(液氮回流閥)至20%，開啟后觀察下塔阻力，因為開啟11#閥后，表明主冷開始工作，主冷蒸發(fā)側(cè)的液體開始蒸發(fā)而冷凝側(cè)的氣體開始冷凝，工況進入精餾階段。此時下塔阻力應為上升趨勢，因為冷凝側(cè)的液體會從下塔上部經(jīng)每一層塔板后流入下塔底部，而上升的氣體經(jīng)每一層塔板與回流液直接接觸進行提純；當下塔阻力達15 kPa后，氮氣純度基本達標，視情況進行外送。

氮氣外送后，準備啟動液氧泵，根據(jù)泵體溫度的高低來決定是先氣冷后液冷還是直接液冷，泵體溫度只要低于-30 ℃，就可直接液冷；如果高于-30 ℃，建議先氣冷，然后再進行液冷。一般情況下，短期停車時液氧泵不排液，所以泵體溫度一般不會高于-30 ℃，在開車時直接進行液冷即可。液冷時，總控室首先打開液氧進液閥和泵回流閥，通知現(xiàn)場開液氧泵進口閥和出口閥，并檢查泵體排氣閥，現(xiàn)場稍開泵后排液閥和泵前排液閥，待有液體排出后關(guān)泵前排液閥，稍開泵后排液閥，觀察泵體溫度應處于下降趨勢，待泵體溫度不再下降并處于穩(wěn)定狀態(tài)后維持2 h即可達到啟動條件。液氧泵一旦啟動，應立即調(diào)整高壓主換熱器的循環(huán)，主要是開大8#閥，控制高壓主換熱器的熱、冷氣體的平衡，調(diào)整變頻和回流閥將泵后壓力控制在5.5 MPa，并通知后工段準備接氧，此時空分裝置冷態(tài)啟動結(jié)束。

4 結(jié)語

冷態(tài)開車是空分裝置常見的開車狀態(tài)，掌握其開車技巧和熟悉開車過程是空分裝置安全運行的前提，要求操作人員熟練掌握現(xiàn)場流程，熟悉每個閥門的位置、開關(guān)狀態(tài)以及管道的走向、粗細、壓力等級、材質(zhì)等參數(shù)，充分保證每根管線不能超壓、超溫，保證開車過程的順利進行。山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司冷態(tài)開車(停車8 h內(nèi))從沖轉(zhuǎn)汽輪機開始計時到合格氮氣、氧氣外送所需時間約為4 h。

2016- 02- 24)