吉星 張準(zhǔn)（河南龍宇煤化工股份有限公司，河南永城476600）

大型空分裝置冷態(tài)開車中膨脹量的調(diào)節(jié)及應(yīng)用

吉星 張準(zhǔn)（河南龍宇煤化工股份有限公司，河南永城476600）

空分冷態(tài)開車時易返冷凍壞管道和引起上塔超壓事故，而帶液開車操作難度又大，如何調(diào)節(jié)膨脹量使之不返冷成為關(guān)鍵。

冷態(tài)開車；膨脹量；調(diào)節(jié)；措施

大型空分系統(tǒng)在遭遇短停后，為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)都會選擇冷態(tài)開車，但冷態(tài)開車易出現(xiàn)返冷，操作難度大，很難控制好塔內(nèi)壓力和返流冷量。由于污氮?dú)獾裙芫€都為碳鋼材質(zhì)，返冷嚴(yán)重會造成管道凍裂，同時還會引發(fā)上塔超壓事故。解決此類問題的要點(diǎn)之一在于對膨脹量的控制，如何調(diào)節(jié)膨脹量成為關(guān)鍵。

1 影響膨脹機(jī)制冷量大小的因素

膨脹機(jī)總制冷量Qp(kJ/h)與膨脹量V(m3/h)、單位制冷量 h (kJ/kmol)有關(guān)：

式中的單位制冷量 ^等于單位理論制冷量 ht與膨脹機(jī)效率ηp的乘積。而單位理論制冷量取決于膨脹前的壓力、溫度和膨脹后的壓力。因此，膨脹機(jī)的制冷量與各因素的關(guān)系為：

(1)膨脹量越大，總制冷量也越大。

(2)進(jìn)、出口壓力一定時，機(jī)前溫度越高，單位制冷量越大。例如。當(dāng)膨脹機(jī)前的絕對壓力為0.55MPa，機(jī)后壓力為0.135MPa時，不同的機(jī)前溫度下的單位理論制冷量如表1所示：

表1 膨脹機(jī)前溫度對單位制冷量的影響

(3)當(dāng)機(jī)前溫度和機(jī)后壓力一定時，機(jī)前壓力越高，單位制冷量越大。例如，當(dāng)膨脹機(jī)的進(jìn)口溫度為160K，出口絕對壓力為0.135MPa時，不同進(jìn)口壓力下的單位理論制冷量如表2所示。

表2 膨脹機(jī)前壓力對單位制冷量的影響

(4)膨脹機(jī)后壓力越低，膨脹機(jī)內(nèi)的壓降越大，單位制冷量越大。

(5)膨脹機(jī)絕熱效率越高，制冷量越大。

2 如何通過操作提高膨脹機(jī)制冷量

(1）增加膨脹空氣量，開大膨脹機(jī)噴嘴，提高膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速，同時關(guān)小膨脹機(jī)防喘振閥V01422，提高膨脹機(jī)做功效率。

（2）保持增壓機(jī)三級出口壓力穩(wěn)定，將高換污氮?dú)廪D(zhuǎn)向低換關(guān)小V01391，開大V01390.

（3）當(dāng)機(jī)前溫度和機(jī)后壓力一定時，適當(dāng)提高增壓機(jī)三級出口壓力也能增加膨脹量。

（4）降低空壓機(jī)出口壓力，將設(shè)定值改小后MAC入口導(dǎo)葉投自動。

3 冷態(tài)開車時膨脹量如何調(diào)整

在冷態(tài)開車時，因?yàn)樗?nèi)液體不需要排放冷量較足，啟機(jī)初期要盡量減少膨脹量，同時注意控制上塔壓力防止超壓。出分子篩空氣露點(diǎn)合格后，即可逐步開大低壓空氣進(jìn)氣閥V01381～V01387，打大排放導(dǎo)淋V01510、V01511，降低上下塔壓力。待低壓換熱器熱端溫度復(fù)熱到常溫，啟動膨脹機(jī)，逐漸增加負(fù)荷通過調(diào)節(jié)V01305及板式冷量，使膨脹機(jī)機(jī)前溫度不低于-100℃。控制膨脹機(jī)在正常負(fù)荷的60%逐漸給下塔充壓，同時開大V01388、V01389。根據(jù)上塔壓力上升速度和高壓換熱器返流氣的允許外排量適當(dāng)開大上塔節(jié)流閥V01301～V01304、返流氣調(diào)節(jié)閥V01389～V01392、液氮回流閥V01311，增加裝置負(fù)荷。這樣不僅可以降低主冷凝蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，還可以復(fù)熱高壓換熱器熱端溫度，減少熱端溫差。全開V01760、V01761，增大主冷換熱量，適當(dāng)提高M(jìn)AC出口壓力，使分子篩出口與下塔間維持一定正壓差。等精餾塔內(nèi)液位、阻力等指標(biāo)達(dá)到正常值以后關(guān)閉V01760、V01761、V01510、V01511，并將膨脹量加至正常。最終恢復(fù)到停車前的最佳工況。

4 結(jié)語

空分精餾系統(tǒng)進(jìn)行冷態(tài)開車時，并不是都要保留液體不排放，要根據(jù)具體情況分析。比如，停車時間超過24h就要取樣分析主冷碳?xì)浠衔铮暦治鼋Y(jié)果判斷是否需要排液。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，空分系統(tǒng)膨脹機(jī)啟動時產(chǎn)品氧、氮的合格標(biāo)準(zhǔn)是2h，但是冷態(tài)開車時最快需要8 h氧、氮產(chǎn)品。為了在冷態(tài)狀態(tài)下開車，則需要粗氬塔不排液保留阻力12h內(nèi)氬系統(tǒng)。雖然冷態(tài)開車時能夠大大縮短空分開車時間，但在此時間段和狀態(tài)下進(jìn)行操作實(shí)屬不易，因此，要求參加該項(xiàng)工作的工作人員和操作人員均具備一定的專業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務(wù)水平，能提前判斷冷量的變化及現(xiàn)場返流管線的結(jié)霜情況而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

[1]《新編制氧工問答》湯學(xué)忠、顧福民主編北京2001.7.