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))空分裝置運行總結(jié)

樊少波

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

1　工藝流程

山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司新建的30 000 m3/h(標態(tài))空分裝置于2015年10月30日投入使用并運行正常。該裝置包括：空氣過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、氮氣壓縮系統(tǒng)及液體貯存系統(tǒng)。

1.1空氣過濾系統(tǒng)

空氣首先進入自潔式空氣過濾器,在過濾器中除去灰塵和其他顆粒雜質(zhì)后進入空氣壓縮機進行四級壓縮，壓縮后的空氣[0.520 MPa(表壓)、93.6 ℃、177 000 m3/h(標態(tài))]送入空氣預冷系統(tǒng)，壓縮過程中產(chǎn)生的級間熱量由中間冷卻器中的循環(huán)冷卻水帶走。

1.2空氣壓縮系統(tǒng)

空氣壓縮系統(tǒng)采用汽輪機一拖二的形式(拖動空氣壓縮機和空氣增壓機)?？諝鈮嚎s機采用四級壓縮，空氣增壓機采用七級壓縮?？諝鈮嚎s機經(jīng)過一級壓縮后壓力提至0.072 MPa(表壓)，經(jīng)過二級壓縮后壓力提至0.168 MPa(表壓)，經(jīng)過三級壓縮后壓力提至0.229 MPa(表壓)，經(jīng)過四級壓縮后壓力提至0.520 MPa(表壓)后送到空氣預冷系統(tǒng)?？諝庠鰤簷C的進氣為分子篩吸附器后分一股0.50 MPa(表壓)、90 000 m3/h(標態(tài))的干燥空氣，經(jīng)過兩級壓縮后壓力提至1.20 MPa(表壓)，抽出6 000 m3/h(標態(tài))作為全公司儀表用空氣進行外供，其余空氣再經(jīng)過兩級壓縮后壓力提至2.70 MPa(表壓)，抽出38 500 m3/h(標態(tài))送到透平膨脹機增壓端進口進行增壓，其余45 500 m3/h(標態(tài))的空氣再經(jīng)過三級壓縮后壓力提至7.00 MPa(表壓)送入冷箱8#閥(高壓液空節(jié)流閥)前，經(jīng)8#閥減壓后送到下塔。

1.3空氣預冷系統(tǒng)

來自空氣壓縮機的0.520 MPa(表壓)、93.6 ℃的空氣進入空氣冷卻塔，在空氣冷卻塔內(nèi)的空氣依次經(jīng)32 ℃的循環(huán)水和8 ℃的冷凍水進行冷卻，空氣冷卻塔出口的空氣溫度降至10 ℃左右后送入空氣純化系統(tǒng)。循環(huán)水來自涼水塔系統(tǒng)、經(jīng)循環(huán)水泵加壓至0.9 MPa(表壓)后送入空氣冷卻塔中部，與空氣進行直接接觸后從下部排放到?jīng)鏊厮軆?nèi)；冷凍水來自水冷塔、經(jīng)冷凍水泵加壓至0.9 MPa(表壓)后，經(jīng)過冷水機組將水冷卻到8 ℃后送入空氣冷卻塔上部，與空氣進行直接接觸后也從空冷塔下部排放到?jīng)鏊厮軆?nèi)。

1.4空氣純化系統(tǒng)

來自空氣冷卻塔的空氣[10 ℃，177 000 m3/h(標態(tài))，0.5 MPa(表壓)]進入分子篩吸附器(下部裝填Al2O3，上部裝填13X- APG)進行吸附，將空氣中的水、二氧化碳以及碳氫化合物吸附后送入冷箱內(nèi)。分子篩吸附器采用2臺(吸附、再生各1臺)并聯(lián)操作。

1.5分餾塔系統(tǒng)

進入分餾塔系統(tǒng)的空氣[168 000 m3/h(標態(tài))]分3股：第1股分子篩吸附器后的空氣[0.50 MPa(表壓)，16 ℃，84 000 m3/h(標態(tài))]經(jīng)低壓主換熱器冷卻后才進入分餾塔下塔；第2股透平膨脹機增壓段后的空氣[3.90 MPa(表壓)，40 ℃，38 500 m3/h(標態(tài))]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股增壓機末端出來的空氣[7.0 MPa(表壓)，40 ℃，45 500 m3/h(標態(tài))]依次經(jīng)高壓主換熱器冷卻、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后含氮量增加，所需的回流液氮來自下塔頂部的冷凝蒸發(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。下塔從上到下產(chǎn)生以下產(chǎn)品：純液氮、純氮氣、污液氮、貧液空、富氧液空。各產(chǎn)品去向：純液氮大部分作為下塔的回流液，一小部分經(jīng)過冷器過冷后作為液氮產(chǎn)品送出；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)，另一股去低壓主換熱器復熱后和上一股匯合后送出界區(qū)；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；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；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、富氧液空的氣化率，此3股氣體進入上塔前先經(jīng)過過冷器過冷后才進入上塔。其中富氧液空經(jīng)過冷器過冷后分出一股去粗氬塔，被氬氣蒸發(fā)后再返回上塔。

進入分餾塔上塔的液體與上升的氣體直接接觸精餾，從而在上塔的下部得到純液氧，在上塔的頂部得到污氮氣。純液氧經(jīng)過液氧泵壓縮至6.0 MPa(表壓)后經(jīng)過高壓主換熱器復熱，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，升溫后的污氮氣繼續(xù)經(jīng)低壓主換熱器和高壓主換熱器復熱到常溫后送出冷箱，出冷箱的污氮氣分成2股：一股作為分子篩的再生氣，另一股作為水冷塔的冷卻氣將循環(huán)水冷卻后排放至大氣。

1.6氮氣壓縮系統(tǒng)和液體貯存系統(tǒng)

從分餾塔系統(tǒng)復熱出來的0.44 MPa(表壓)氮氣，一部分作為全公司用氮氣送到氮氣管網(wǎng)，另一部分經(jīng)氮氣壓縮機加壓到4.00 MPa(表壓)后送出界區(qū)。氮氣壓縮機采用兩級壓縮，第1級從0.44 MPa(表壓)加壓至1.30 MPa(表壓)，第2級從1.30 MPa(表壓)加壓至4.00 MPa(表壓)后外送。從分餾塔內(nèi)出來的液氮、液氧除大部分外送外，一小部分送入液氮、液氧貯槽進行儲存。

2　設(shè)備配置

主要靜止設(shè)備配置見表1，主要運轉(zhuǎn)設(shè)備配置見表2。

表1　主要靜止設(shè)備配置

表2　 主要運轉(zhuǎn)設(shè)備配置

注：汽輪機耗9.8 MPa蒸汽107 t/h，產(chǎn)生蒸汽冷凝液107 t/h，汽封耗2.5 MPa蒸汽0.27 t/h，空氣壓縮機耗循環(huán)水1 416 m3/h。

3　開車過程

汽輪機的主蒸汽管道于2015年9月18日吹掃合格，拆除臨時吹掃管線和恢復速關(guān)閥。恢復正常后，開始校對汽輪機組的各個測點(包括振動、位移、軸溫、鍵相等)。測點完成后，開始作聯(lián)鎖試驗(包括油壓聯(lián)鎖、泵自啟聯(lián)鎖、現(xiàn)場緊急停車按鈕聯(lián)鎖、手動油壓聯(lián)鎖、排氣壓力高聯(lián)鎖、軸溫高聯(lián)鎖、振動大聯(lián)鎖、位移大聯(lián)鎖等)。汽輪機組所有準備工作于2015年9月20日全部就緒。汽輪機單體試車完畢后，緊接著空氣壓縮機試車。在空壓機試車時，由于汽輪機為熱態(tài)而空氣壓縮機為冷態(tài)，所以汽輪機的殼體溫度必須降到常溫才能連接聯(lián)軸器，降溫時間為72 h；汽輪機和空氣壓縮機聯(lián)軸器對中并找正、連接后才能進行空氣壓縮機試車?？諝鈮嚎s機運行正常后，檢查各測點(指空氣壓縮機的振動、位移、軸瓦溫度等)是否在正常范圍內(nèi)；檢查完成后，穩(wěn)定運行2 h后開始作空氣壓縮機的防喘試驗，并在電腦上繪制防喘線；完成后，汽輪機和空氣壓縮機停止運行。停正常后，降溫72 h，然后開始連接空氣增壓機和汽輪機的聯(lián)軸器，連接并對中完成后，汽輪機組正式聯(lián)動開車。

上述工作于2015年10月1日全部完成，具備聯(lián)動試車條件。之后，重新啟動汽輪機組并達到正常后開始啟動預冷系統(tǒng)，然后啟動純化系統(tǒng)，對冷箱內(nèi)部的分餾塔系統(tǒng)進行吹掃，在吹掃露點≤-60 ℃后啟動膨脹機進行裸冷，待管道及設(shè)備全部均勻掛霜后，開始冷緊法蘭螺栓；冷緊(冷態(tài)下緊固螺栓)完成后，開始復熱冷箱內(nèi)部設(shè)備及管道，于2015年10月12日完成裸冷及查漏并開始復熱。

復熱完成后，處理所有檢查出的漏點，再將冷箱內(nèi)部融化的水全部清理干凈，然后將汽輪機組及所有設(shè)備全部停在安全位置。于2015年10月13日開始裝填珠光砂，至10月20日結(jié)束。

空分裝置于2015年10月26日進行聯(lián)動開車，于10月27日產(chǎn)出合格氮氣，裝置運行穩(wěn)定并開始調(diào)節(jié)液氧泵至2015年10月30日能外送氧氣。

4　運行中存在問題

截止至2015年11月13日，空分裝置已經(jīng)穩(wěn)定運行了15 d，各項參數(shù)均在設(shè)計范圍，運行相對穩(wěn)定。開車過程中存在的問題：在首次啟動汽輪機時，真空度(啟動條件為-60 kPa，實際是-35 kPa)不夠，達不到汽輪機啟動條件，原因是兩級抽引器的下部疏水管道的法蘭口盲板未抽，蒸汽進入抽引器后冷凝的水排不出去，導致形成水封而起不到抽引器的作用，隨后將盲板抽出后真空度正常；主蒸汽疏水管道、汽輪機本體疏水管道設(shè)計規(guī)格為DN 20 mm，管道疏水不暢，主要原因是空分裝置疏水管道內(nèi)部的雜質(zhì)較多，容易堵塞疏水管道，嚴重時引起疏水管道水擊振動或水直接進入設(shè)備內(nèi)部造成更加嚴重的后果。建議將主蒸汽疏水管道和汽輪機缸體疏水管道全部擴大至DN 32 mm，并將各疏水管道的根部閥和下部導淋閥(原是截止閥的)全部改成閘閥或球閥，以避免雜在閥門通道內(nèi)堵塞而造成積水。

5　空分裝置運行效果

有關(guān)詳細消耗等見表1和表2，空分裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)見表3，運行成本測算如表4所示。

表3　空分裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)

表4　空分裝置運行成本測算

本套空分裝置一次性開車成功，并能在汽輪機開始沖轉(zhuǎn)后12 h產(chǎn)出合格的氧、氮產(chǎn)品，氧氣產(chǎn)量為30 000 m3/h(標態(tài))，氧氣的制造成本為0.351元/m3(標態(tài)),達到了設(shè)計的指標和生產(chǎn)工藝要求。

2015- 11- 30)