林定標(biāo)

(浙江海天氣體有限公司，浙江 臨海 東方大道391號(hào)　317000)

1　問(wèn)題的提出

浙江海天氣體有限公司的前身是臨海市空氣分離氣體有限公司，建于1988年，經(jīng)過(guò)19年的發(fā)展，從一套50 m3/h空分設(shè)備發(fā)展到2006年已具有5套350 m3/h和1套550 m3/h空分設(shè)備、3套外液化設(shè)備、31輛液體槽車(chē)、21只低溫液體貯罐的專(zhuān)業(yè)氣體公司。我公司的設(shè)備都是國(guó)內(nèi)著名空分設(shè)備制造廠(chǎng)的名牌產(chǎn)品，根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)這些先進(jìn)設(shè)備作不斷的挖潛改造，我們將350 m3/h空分設(shè)備的產(chǎn)氧量提高到了600 m3/h，將550 m3/h空分設(shè)備的產(chǎn)氧量提高到了750 m3/h，單位氧能耗不斷降低。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，液氧、液氮市場(chǎng)需求量日益增長(zhǎng)，2006年公司決定再新建一套相當(dāng)于3 000 m3/h氧、氮同時(shí)液化的液體空分設(shè)備，我們走訪(fǎng)了全國(guó)各家空分設(shè)備制造廠(chǎng)，但現(xiàn)有產(chǎn)品中都沒(méi)有我們認(rèn)為理想的節(jié)能型流程。通過(guò)與各家空分制造廠(chǎng)洽談，最終選定一家空分設(shè)備廠(chǎng)愿意接受我們?cè)O(shè)想的節(jié)能型液體空分設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造。要想液體空分能耗降下來(lái)的關(guān)鍵是要有足夠的制冷量，能把放空的氣氮轉(zhuǎn)為液體，同時(shí)利用充足的液氮冷能，改善精餾塔的氣液比，增加上塔的回流液，降低上塔污氮?dú)獾暮趿?，?lái)提高氧的提取率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2　新型KDON-3380Y/4180Y型液體空分設(shè)備流程

本裝置為分子篩凈化空氣、帶高低溫增壓膨脹機(jī)及低溫預(yù)冷器、污氮中壓循環(huán)流程。工藝流程圖見(jiàn)圖1。簡(jiǎn)述如下：

1.原料空氣在空氣過(guò)濾器中去除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)入空氣透平壓縮機(jī)，壓縮到～1.1 MPa后，進(jìn)入空冷塔預(yù)冷，再進(jìn)入兩只相互切換使用的分子篩吸附筒，吸附掉空氣中的H2O、CO2、C2H2等雜質(zhì)。

2.凈化后的加工空氣進(jìn)入中壓主換熱器，冷卻到一定溫度時(shí)，進(jìn)入低溫冷凍機(jī)溫度降至-38℃后又返回中壓主換熱器，在其中被冷卻至飽和后進(jìn)入下塔參與精餾。另外，根據(jù)工況需要，可抽取一部分凈化空氣進(jìn)入氧換熱器與出塔的產(chǎn)品氧氣進(jìn)行換熱，被冷卻至飽和后匯入空氣進(jìn)下塔總流路。

3.空氣經(jīng)下塔初步精餾后，在下塔獲得液空和純氮?dú)?。從下塔底部抽取液空?jīng)液空過(guò)冷器過(guò)冷后，節(jié)流進(jìn)入上塔上部作為回流液。從下塔上部抽取污液氮經(jīng)液氧液氮污液氮過(guò)冷器過(guò)冷后節(jié)流進(jìn)入上塔上部作為回流液。從下塔頂部抽出的純氮?dú)?，進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，與上塔的液氧換熱，液氧氣化，同時(shí)氮?dú)獗焕淠?。冷凝后的液氮大部分回到下塔頂部作為回流液；小部分依次?jīng)液氧液氮污液氮過(guò)冷器進(jìn)行過(guò)冷，作為產(chǎn)品去液氮貯槽。另外，出液氮過(guò)冷器后的液氮，抽取兩路，一路作為冷流回到液氮過(guò)冷器，過(guò)冷液氮；另一路作為冷流進(jìn)入液氧過(guò)冷器，過(guò)冷液氧。兩路氮?dú)獬鲞^(guò)冷器后匯入來(lái)自C膨脹機(jī)的污氮流路。

1.A循環(huán)機(jī)；2.B循環(huán)機(jī)；3.A透平膨脹機(jī)；4.D透平膨脹機(jī)；5.B透平膨脹機(jī)；6.C透平膨脹機(jī)；7.主換熱器；8.A低溫預(yù)冷器；9.下塔；10.上塔；11、12、13、14、15.過(guò)冷器；16.氧換熱器；17.廢氣換熱器；18.B低溫預(yù)冷器；19.預(yù)冷器；20.液化換熱器

1)經(jīng)上塔進(jìn)一步精餾后，在上塔底部獲得產(chǎn)品液氧，依次經(jīng)液氧液氮污液氮過(guò)冷器、液氧過(guò)冷器過(guò)冷后，作為產(chǎn)品去液氧貯槽。另外，根據(jù)工況需要，可從上塔底部上升的氧氣流中抽取部分純氧氣，經(jīng)氧氣換熱器復(fù)熱，得到產(chǎn)品氧氣。

2)從上塔頂部抽取的低壓污氮?dú)饨?jīng)液空過(guò)冷器分別進(jìn)入B、C低溫膨脹機(jī)，膨脹制冷。B膨脹機(jī)膨脹后的污氮?dú)饨?jīng)液氧液氮污液氮過(guò)冷器，由中壓主換熱器復(fù)熱出冷箱后分成兩路：一路經(jīng)A循環(huán)壓縮機(jī)壓縮至1.15 MPa，冷卻后進(jìn)入A高溫膨脹機(jī)增壓機(jī)，壓縮至～1.73 MPa并冷卻后進(jìn)入中壓主換熱器，冷卻到一定溫度時(shí)，進(jìn)入低溫冷凍機(jī)冷卻到-38℃后又返回中壓主換熱器，被冷卻到-108.5℃后，大部分進(jìn)入A高溫膨脹機(jī)膨脹，經(jīng)液氮污液氮過(guò)冷器，與來(lái)自B膨脹機(jī)的污氮?dú)鈪R集，構(gòu)成一循環(huán)流路，為液體空分設(shè)備提供冷量，而另一部分污氮在出中壓主換熱器后繼續(xù)進(jìn)入液氮污液氮過(guò)冷器液化，至過(guò)冷狀態(tài)經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入上塔塔頂作為回流液；另一路污氮?dú)膺M(jìn)入廢氣增壓冷卻器及B低溫膨脹機(jī)增壓機(jī)增壓并冷卻，由三通閥控制經(jīng)廢氣增壓冷卻器降溫后直接進(jìn)入分子篩吸附筒，或經(jīng)回?zé)崞鳌㈦娂訜崞髯鳛榉肿雍Y的再生氣體。C膨脹機(jī)膨脹后的污氮?dú)饨?jīng)液氧液氮污液氮過(guò)冷器，由中壓主換熱器復(fù)熱后出冷箱，經(jīng)C低溫膨脹機(jī)增壓機(jī)增壓，進(jìn)入水冷塔作為冷氣源。

3)從A循環(huán)壓縮機(jī)前導(dǎo)出和補(bǔ)充部分污氮?dú)膺M(jìn)入B循環(huán)壓縮機(jī)，B循環(huán)縮壓機(jī)將污氮壓縮到1.2 MPa冷卻后進(jìn)入D高溫膨脹機(jī)增壓機(jī)，壓縮至～1.7 MPa并冷卻后進(jìn)入預(yù)冷機(jī)，冷卻后進(jìn)入液化冷箱中的液化換熱器，其中大部分進(jìn)入D高溫膨脹機(jī)膨脹，在液化換熱器復(fù)熱后回到循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)口，為液體空分設(shè)備提供冷量。而另一部分污氮在出液化換熱器后，經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入上塔塔頂，作為回流液。

從圖1可以看出，該套空分設(shè)備采用的是返流膨脹流程，并將傳統(tǒng)的空分流程與液化流程有機(jī)地結(jié)合在一起，舍棄了傳統(tǒng)液化設(shè)備液化氧氣時(shí)需配備的氧壓機(jī)，減少了投資、降低了能耗。

3　裝置優(yōu)點(diǎn)

該套空分設(shè)備流程，是筆者結(jié)合自身在空分行業(yè)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次的交流和溝通，最終與空分設(shè)備制造廠(chǎng)合作完成流程的組織。相比同等規(guī)模的其他設(shè)備，該套設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)。

3.1　能耗低

流程中設(shè)置一回?zé)崞鳎寔?lái)自空分塔的再生污氮回收空壓機(jī)壓縮后空氣的熱量，將污氮加熱至將近100℃，再配以二級(jí)電加熱器，調(diào)整好加熱時(shí)間，即可節(jié)約近2/3的電耗，在切換時(shí)間內(nèi)達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。

實(shí)際運(yùn)行中，整套裝置的裝機(jī)容量為6 100 kW，實(shí)際氧氮液體平均能耗僅為1.15 kW/Nm3，比1.20 kW/Nm3的設(shè)計(jì)能耗要低。

3.2　工期短

該設(shè)備分餾塔采用工廠(chǎng)分段組裝、分體運(yùn)輸，并在出廠(chǎng)前完成試壓、焊縫檢驗(yàn)等工作。整個(gè)分餾塔分為三塊：主冷箱、副冷箱和液化冷箱，各冷箱內(nèi)塔器、換熱器等均已安裝就位，管道連接完畢，到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，由大型吊車(chē)完成冷箱的拼裝。冷箱就位、連接完畢后即進(jìn)行各冷箱之間的管道連接、精餾塔垂直度校正等工作。此過(guò)程保證了分餾塔的安裝質(zhì)量，同時(shí)也大大縮短了施工周期。

3.3　工況多

為隨時(shí)適應(yīng)市場(chǎng)變化，該流程靈活地設(shè)置了多種工況。設(shè)備主配一套循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)，外配一套外液化裝置，便于變工況運(yùn)行。裝置主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　裝置的主要性能指標(biāo)Table 1　Main performance indicators of liquid ASU

注：設(shè)計(jì)工況為補(bǔ)充一臺(tái)ZH15000-6型循環(huán)氮?dú)怆x心機(jī)與一臺(tái)預(yù)冷器的性能指標(biāo)。

4　試運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)

盡管我們采用了先進(jìn)的設(shè)備和控制系統(tǒng)，但調(diào)試階段還是發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷的摸索和實(shí)踐，問(wèn)題一個(gè)個(gè)地得到了解決。到目前為止，該套設(shè)備已正常運(yùn)行了三個(gè)月。試運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題及改進(jìn)列述如下：

1．該設(shè)備所配套的循環(huán)氮?dú)怆x心機(jī)的放空回流閥采用的是電動(dòng)蝶閥，由于該閥動(dòng)作不靈敏，操作難度大，容易引起離心機(jī)喘振而跳機(jī)。因此，我們?cè)陔x心機(jī)出口管道上另安裝一條回流管道，設(shè)置氣動(dòng)蝶閥，在啟動(dòng)時(shí)先全開(kāi)此閥，保證離心機(jī)進(jìn)口壓力穩(wěn)定，使其自身氣流形成一個(gè)循環(huán)，不讓原裝的電動(dòng)蝶閥動(dòng)作，先讓機(jī)器穩(wěn)定地運(yùn)行起來(lái)，而后緩慢打開(kāi)出口總閥，配合膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)，逐步形成系統(tǒng)的循環(huán)，最后緩慢關(guān)小氣動(dòng)蝶閥至全關(guān)，完成離心機(jī)的啟動(dòng)。建議今后配套的循環(huán)離心機(jī)回流閥采用氣動(dòng)蝶閥，以確保閥門(mén)調(diào)節(jié)的靈活性，進(jìn)一步提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

2．膨脹機(jī)緊急切斷閥應(yīng)采用可調(diào)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)切斷閥，在膨脹機(jī)啟動(dòng)前緩慢開(kāi)啟，可降低打開(kāi)緊急切斷閥時(shí)氣流對(duì)膨脹機(jī)的沖擊，減少氣流的波動(dòng)，同時(shí)可在膨脹機(jī)可調(diào)噴嘴出現(xiàn)故障時(shí)作為臨時(shí)的調(diào)節(jié)裝置使用。

3．空分殘液排放管在冷箱內(nèi)匯合，再引去廢液池。在試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)廢液池有液體漏出，卻無(wú)法判斷哪些廢液排放閥漏液，只能扒塔檢漏。因此，筆者建議塔內(nèi)殘液排放管應(yīng)單獨(dú)引出冷箱，再匯合至總管去廢液池，各殘液排放閥應(yīng)裝在冷箱外，當(dāng)其中某個(gè)閥門(mén)漏液時(shí)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)檢修。

4．空冷塔使用的填料為多面球，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝填等過(guò)程中，因自身質(zhì)量問(wèn)題或擠壓等原因，難免會(huì)造成損壞，裝填后導(dǎo)致空冷塔內(nèi)阻力大，流體情況復(fù)雜。當(dāng)塔內(nèi)阻力達(dá)到一定值時(shí)，冷卻水積留在空冷塔上部，不能及時(shí)回到塔底。當(dāng)塔底水位低于報(bào)警水位時(shí)，控制系統(tǒng)將不斷加大對(duì)空冷塔的補(bǔ)水量，最后導(dǎo)致大量的游離水被空氣帶出空冷塔，進(jìn)入純化系統(tǒng)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)將帶來(lái)嚴(yán)重后果。根據(jù)設(shè)備廠(chǎng)建議，在銷(xiāo)售淡季將改裝規(guī)整填料，以避免事故的發(fā)生。

5　實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及操作要點(diǎn)

該套空分設(shè)備土建施工于2007年2月開(kāi)始，基礎(chǔ)施工一個(gè)半月即全部完成。分餾塔于2月開(kāi)始工廠(chǎng)組裝，并于4月中旬完成，4月18日運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，一天時(shí)間即完成就位。全套設(shè)備于2007年6月中旬完成安裝，歷經(jīng)2個(gè)月。經(jīng)過(guò)半個(gè)月的吹掃、試壓、裸冷與調(diào)試，于7月2日出氧成功。整套設(shè)備啟動(dòng)，只需4h即可出液氧，6h時(shí)即可出液氮，純度達(dá)標(biāo)。

經(jīng)過(guò)不斷的工況調(diào)整，我們總結(jié)出一套完整的調(diào)試方案，目前已連續(xù)正常運(yùn)行3個(gè)月，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)標(biāo)，特別是液氧產(chǎn)量超過(guò)10%。目前運(yùn)行得到的實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)指標(biāo)比較如表2所列。

調(diào)試中，為了充分地提高氧氣提取率，在確保污液氮含氧量控制在1%(設(shè)計(jì)點(diǎn))的前提下，盡可能開(kāi)大污液氮送上塔閥，增加上塔回流液，提高回流比，根據(jù)液氧純度(控制在99.6%～99.7%)，盡量關(guān)小下塔產(chǎn)品液氮送出閥，確保上塔有足夠的回流液和冷量。通過(guò)對(duì)污液氮送上塔閥和產(chǎn)品液氮送出閥的調(diào)節(jié)，將污氮?dú)夂趿靠刂圃?.1%～0.5%。如此調(diào)整控制，大大提高了氧提取率。目前，國(guó)內(nèi)液體空分設(shè)備的污氮含氧量一般為1%～3%。

表2　空分設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)際參數(shù)比較Table 2　Comparison of design and actual parameters of liquid ASU

正常運(yùn)行過(guò)程中，要讓所有設(shè)備盡量運(yùn)行在最佳狀態(tài)。對(duì)于低溫預(yù)冷器，控制氟利昂的進(jìn)口壓力在0.1 MPa(A)左右，盡量降低其蒸發(fā)溫度，使原料空氣和循環(huán)污氮?dú)獬稣舭l(fā)器后的溫度降至-38～-39℃，提高機(jī)器的工作效率。對(duì)于返流膨脹機(jī)，全關(guān)膨脹機(jī)進(jìn)口前的旁通閥，使兩臺(tái)返流膨脹機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，充分發(fā)揮其作用，為裝置提供盡可能多的冷量。

6　結(jié)　論

KDON-3380Y/4180Y型液體空分設(shè)備設(shè)計(jì)先進(jìn)、設(shè)備投資省、建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單方便，工況靈活多變、節(jié)能效果顯著，對(duì)氣體市場(chǎng)有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力。運(yùn)行的效益，使我們更加認(rèn)識(shí)到，起初我們對(duì)新上液體空分設(shè)備的配置要求是正確的。作為專(zhuān)業(yè)氣體企業(yè)，配置新空分設(shè)備，必須根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有創(chuàng)新的思路，同時(shí)要按空分原理，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，不斷探索運(yùn)行規(guī)律，才能實(shí)現(xiàn)新上項(xiàng)目又好、又快、又省，有利于提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。該套空分設(shè)備非常適合企業(yè)對(duì)外投資，現(xiàn)場(chǎng)制氣制液，在國(guó)內(nèi)空分行業(yè)將有很好的發(fā)展前景。