師少杰

（陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司，山西壽陽 045400）

陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司200kt／a乙二醇裝置所用氮?dú)庥煽辗周囬g KDON-42000／13000型空分裝置提供，空分裝置以潔凈空氣為原料，采用液氧內(nèi)壓縮、空氣增壓膨脹、膨脹空氣進(jìn)上塔流程?？辗盅b置產(chǎn)品有氧氣、氮?dú)狻５獨(dú)猱a(chǎn)品執(zhí)行 《純氮、高純氮和超純氮》（GB／T 8979—2008）高純氮標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)氮?dú)庵醒鹾俊?×10-6、產(chǎn)量13000m3／h，實(shí)際產(chǎn)量為9500 m3／h。液氮貯槽送出的液氮，通過各臺(tái)液氮泵加壓得到不同壓力等級(jí)的液氮，經(jīng)水浴式汽化器復(fù)熱至常溫后進(jìn)入各管網(wǎng)再送往用戶，以滿足不同工序?qū)Φ獨(dú)鈮毫Φ囊螅?］。氮?dú)庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)有0.1MPa、0.42MPa、0.5MPa、0.7MPa、4.5 MPa和10MPa幾個(gè)壓力等級(jí)的管網(wǎng)，整個(gè)氮?dú)庀到y(tǒng)具有壓力等級(jí)多、使用范圍廣、運(yùn)行要求較高的特點(diǎn)，因此，各裝置的應(yīng)急保安氮?dú)庀到y(tǒng)的設(shè)計(jì)及維護(hù)是確保整套裝置本質(zhì)安全的一個(gè)重要方面［1］。

1 氮?dú)庠谝叶佳b置中的應(yīng)用

由于氮?dú)饩哂泻芎玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性，且空分裝置送出的氮?dú)飧稍铩o氧，因此其作為惰性氣體在乙二醇生產(chǎn)中的應(yīng)用較為廣泛：氮?dú)庵饕米鰿O深冷分離裝置分子篩吸附劑的再生氣、冷箱及液氮貯槽夾層的密封氣、壓縮機(jī)組的隔離及密封氣、乙二醇及甲醇貯罐的隔離氣、合成系統(tǒng)異常狀況下的吹除和保護(hù)氣等；液氮?jiǎng)t主要用于CO深冷分離裝置的冷量補(bǔ)充。對于CO深冷分離裝置冷箱與液氮貯槽夾層、氧氣貯槽夾層來說，其所用的密封氮?dú)庖坏┲袛?，就?huì)造成設(shè)備內(nèi)形成負(fù)壓，外界的潮濕空氣就會(huì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)，造成珠光砂受潮結(jié)塊，嚴(yán)重時(shí)砸壞設(shè)備和管道；對于各壓縮機(jī)組及膨脹機(jī)來說，如果沒有 （氮?dú)猓┟芊鈿?，?huì)造成潤滑油進(jìn)入機(jī)組內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)組及工作介質(zhì)受到污染；對于合成系統(tǒng)來說，氮?dú)庵袛鄷?huì)使合成系統(tǒng)在異常情況下缺少保護(hù)及吹掃氣體，輕則引起催化劑超溫失活，重則引起系統(tǒng)著火爆炸。

正常生產(chǎn)情況下，10MPa和4.5MPa液氮泵不運(yùn)行，僅保證氮?dú)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)壓力正常即可；0.7MPa、0.5MPa、0.42MPa和 0.1MPa氮?dú)鈩t需連續(xù)供給，以保障后續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)行。各壓力等級(jí)氮?dú)獾木唧w應(yīng)用情況見表1。

表1 乙二醇裝置各壓力等級(jí)氮?dú)鈶?yīng)用情況統(tǒng)計(jì)

續(xù)表1

2 氮?dú)庀到y(tǒng)工藝流程及設(shè)備簡介

2.1 工藝流程

由空分裝置下塔頂部抽出的溫度-178℃、壓力0.45MPa的氮?dú)猓?jīng)高壓換熱器復(fù)熱至常溫（30℃左右）后送至管網(wǎng)。下塔產(chǎn)生的氮?dú)饨?jīng)主冷器冷凝后，大部分液氮送至下塔頂部作為回流液參與下塔精餾過程，抽出部分液氮經(jīng)過冷器過冷后，一部分送至上塔，一部分送至液氮貯槽。

液氮貯槽出口設(shè)計(jì)有10MPa、4.5MPa和0.7MPa液氮泵，液氮經(jīng)過液氮泵加壓后，分別送至水浴式汽化器，經(jīng)加熱汽化后，再分別送至10MPa、4.5MPa和0.7MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)。4.5MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)的氮?dú)?，主要用于凈化系統(tǒng)及乙二醇合成加氫系統(tǒng)異常情況下的置換充壓，以及用作氫氣循環(huán)氣壓縮機(jī)、解吸氣壓縮機(jī)啟動(dòng)階段的干氣密封密封氣；0.7MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)上設(shè)計(jì)有0.5 MPa氮?dú)鉁p壓閥，0.7MPa氮?dú)饨?jīng)減壓后送至0.5MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)；同樣，在0.42MPa氮?dú)夤芫€上設(shè)計(jì)有0.1MPa氮?dú)鉁p壓閥，0.42MPa氮?dú)饨?jīng)減壓后送至0.1MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)。

氮?dú)庀到y(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 氮?dú)庀到y(tǒng)工藝流程簡圖

2.2 設(shè)備簡述

空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)主要設(shè)備有1臺(tái)500m3絕熱液氮貯槽 （內(nèi)筒壁與外筒壁之間為用珠光砂填充的絕熱層），配置5臺(tái)國產(chǎn)往復(fù)式液氮泵和1臺(tái)進(jìn)口離心式液氮泵，并配備相應(yīng)的水浴式液氮汽化器 （用蒸汽加熱），為整套裝置提供高壓、中壓、低壓氮?dú)猓?臺(tái)空浴式液氮汽化器、氮?dú)怆娂訜崞骱?臺(tái)129m3氮?dú)饩彌_罐作為應(yīng)急備用，共同為系統(tǒng)提供事故氮?dú)??？辗趾髠涞獨(dú)庀到y(tǒng)主要設(shè)備見表2。

表2 空分后備氮?dú)庀到y(tǒng)主要設(shè)備一覽表

3 存在的問題及優(yōu)化改造措施

氮?dú)庀到y(tǒng)總體上能滿足各工序?qū)Φ獨(dú)獾男枨?，其運(yùn)行基本穩(wěn)定，但試車期間暴露出一些問題，問題主要集中在0.7MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)上，以下對試生產(chǎn)期間氮?dú)庀到y(tǒng)存在的問題及所采取的技改措施作—介紹與總結(jié)。

3.1 0.7MPa液氮泵易汽蝕及管網(wǎng)壓力波動(dòng)大

在系統(tǒng)原始開車調(diào)試初期，我們發(fā)現(xiàn)0.7 MPa液氮泵 （液氮泵A）易汽蝕，造成管網(wǎng)壓力波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成過一次系統(tǒng)跳車。一開始我們認(rèn)為原因是0.7MPa液氮泵A屬低溫液體離心泵，其介質(zhì)——液氮溫度很低易汽化［2］，但通過總控室DCS調(diào)出跳車前0.7MPa液氮泵出口壓力、流量、回流閥開度、變頻器頻率的歷史趨勢分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是泵出口用戶用量波動(dòng)大，流量瞬間過大或過小時(shí)液氮泵因汽蝕不打量。當(dāng)時(shí)采取的主要應(yīng)對措施有二：一是空分工段將液氮泵頻率加到85%，穩(wěn)住不變，各工序在使用氮?dú)饣蛏罾溲b置使用液氮時(shí)，及時(shí)聯(lián)系生產(chǎn)調(diào)度，由生產(chǎn)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)各個(gè)崗位的操作，嚴(yán)禁私自開停氮?dú)?；二是各工段用氮?dú)鈺r(shí)調(diào)節(jié)幅度力求平緩，0.7MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力的高低，通過罐區(qū)1臺(tái)貯罐的氮封放空閥予以調(diào)整 （開大或關(guān)?。Ｆ鸪跻欢螘r(shí)間的控制還算穩(wěn)定，但運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，乙二醇罐區(qū)操作人員一個(gè)班下來調(diào)節(jié)過于頻繁，操作強(qiáng)度大，且由于是手動(dòng)操作，個(gè)別班組還會(huì)因調(diào)節(jié)不及時(shí)而造成生產(chǎn)波動(dòng)。

針對此情況，經(jīng)分析后我們認(rèn)為0.7MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力波動(dòng)對合成及凈化系統(tǒng)的4臺(tái)循環(huán)氣壓縮機(jī)組的密封氣的影響最大，氮?dú)鈮毫σ坏┑陀谥笜?biāo)，達(dá)到聯(lián)鎖值就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳車，從而引發(fā)全系統(tǒng)聯(lián)鎖停車。為此，我們提出將0.7MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)和0.5MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)合并，壓力統(tǒng)一定為0.6MPa，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)采用自動(dòng)放空調(diào)節(jié)方式。在與干氣密封廠家溝通后，廠家和我們一致認(rèn)為密封氮?dú)鈮毫Χ?.6MPa不會(huì)影響機(jī)組干氣密封系統(tǒng)的運(yùn)行。

優(yōu)化改造措施：在系統(tǒng)不停車的情況下，慢慢打開調(diào)節(jié)閥副線，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥及后手動(dòng)閥，在調(diào)節(jié)閥與后手動(dòng)閥之間的短管上增加1條臨時(shí)管線 （DN50），就近直接引至管網(wǎng)安全閥出口管線。整個(gè)改造新增管線長度不足1.5m，新增DN50閥門1臺(tái)。改造完成后，逐步打開調(diào)節(jié)閥副線，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥后手動(dòng)閥，打開新增的DN50閥門，通知總控利用自調(diào)閥調(diào)整管網(wǎng)壓力至0.6 MPa，投自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)調(diào)整各機(jī)組干氣密封氮?dú)鉁p壓閥、乙二醇罐區(qū)氮?dú)庾粤κ秸{(diào)節(jié)閥等。改造后1a多來，0.7MPa液氮泵及0.7MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)一直運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 全廠停車檢修期間氮?dú)夤?yīng)量不足

我公司200kt／a乙二醇裝置是一套單獨(dú)的裝置，整個(gè)工業(yè)園區(qū)內(nèi)也沒有其他可供應(yīng)的氮?dú)夂驼羝?，空分裝置雖然設(shè)有1臺(tái)500m3液氮貯槽，但在鍋爐及空分裝置停車后氮?dú)夤?yīng)量還是不足。在煤化工裝置中，總有一部分氮?dú)獗环Q作是“保命氮”，比如冷箱的隔離氮?dú)狻⒋呋瘎┑谋Ｗo(hù)氮?dú)夂凸迏^(qū)的氮封等。2016年10月全廠停車檢修期間，沒有蒸汽供給時(shí)，使用空浴式汽化器對后續(xù)工序供應(yīng)氮?dú)?，后續(xù)工序?qū)Φ獨(dú)獾男枨罅吭?000m3／h，而空浴式汽化器設(shè)計(jì)氮?dú)夤?yīng)能力為3000m3／h，空浴式汽化器設(shè)計(jì)供應(yīng)能力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致氮?dú)鉁囟葻o法升至常溫［3］，即出現(xiàn)氮?dú)鉁囟冗^低且供給不足的問題。

優(yōu)化改造措施：在液氮泵出口增加了1套電加熱式氮?dú)饧訜崞?，其功率?5kW，氮?dú)饬髁繛?000m3／h。改造后全廠停車檢修期間氮?dú)夤?yīng)量不足的問題得到解決。

3.3 氮?dú)庀到y(tǒng)帶水

2017年5月裝置檢修完開車期間，投用機(jī)組密封氣時(shí)，打開氮?dú)鈱?dǎo)淋閥，發(fā)現(xiàn)有霧狀水排出，立即逐一排查各氮?dú)馐褂命c(diǎn)，并拆開機(jī)組界區(qū)氮?dú)夥ㄌm進(jìn)行吹掃，直至露點(diǎn)達(dá)-35℃以下后投用。最終分析氮?dú)庀到y(tǒng)帶水的原因是：攪拌機(jī)的平衡罐補(bǔ)充脫鹽水工作壓力為0.8MPa，而充壓用氮?dú)鈮毫?.6MPa，系統(tǒng)停車后，平衡罐內(nèi)還維持一定的壓力，而充壓用氮?dú)夤芫€沒有設(shè)置止回閥，僅有1臺(tái)自力式減壓閥和手動(dòng)閥，氮?dú)庀到y(tǒng)停運(yùn)后，脫鹽水通過減壓閥倒流入氮?dú)庀到y(tǒng)，造成氮?dú)鈳?/p>

優(yōu)化改造措施：在各攪拌機(jī)平衡罐氮?dú)庋a(bǔ)入閥后增加1臺(tái)止回閥和8字盲板，生產(chǎn)管理上要求氮?dú)庀到y(tǒng)停運(yùn)后及時(shí)堵好此處盲板并關(guān)閉手動(dòng)閥。改造后氮?dú)庀到y(tǒng)帶水的問題得到解決。

3.4 0.7MPa氮?dú)夤?yīng)緊張

正常生產(chǎn)情況下0.7MPa氮?dú)庥昧繛?500 m3／h，在深冷系統(tǒng)加減負(fù)荷和合成系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作需用大量氮?dú)庵脫Q時(shí)，會(huì)出現(xiàn)0.7MPa氮?dú)夤?yīng)不足、壓力波動(dòng)大的情況。據(jù)氮?dú)夤┬杵胶鈭D分析，罐區(qū)氮?dú)庥昧吭?00m3／h，0.42MPa氮?dú)庠跐M負(fù)荷運(yùn)行情況下放空調(diào)節(jié)閥還有12%～18%的開度，即0.42MPa氮?dú)饪梢酝ㄟ^再平衡勻出600m3／h供罐區(qū)使用。

優(yōu)化改造措施：在乙二醇罐區(qū)的0.6MPa氮?dú)夤芫€ （如3.1所述）上增加1條與0.42MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)的聯(lián)通管線 （DN80），并調(diào)整罐區(qū)氮?dú)鉁p壓閥開度，在氮?dú)夤芫€上增加節(jié)流孔板，正常生產(chǎn)時(shí)關(guān)閉0.6MPa氮?dú)夤芫€去乙二醇罐區(qū)閥門，勻出一部分0.42MPa氮?dú)庾鳛楦髻A罐的密封氮?dú)?。改造后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不但減少了0.42MPa氮?dú)獾姆趴?，而且?jié)約了液氮的用量。

3.5 DMO合成系統(tǒng)氮?dú)獬鋲褐脫Q時(shí)間過長

DMO合成系統(tǒng)充壓及置換用氮?dú)馐堑蛪阂旱盟蛠淼?.6MPa氮?dú)?，在單系統(tǒng)檢修完開車投料前，系統(tǒng)需要充壓置換時(shí)管網(wǎng)可用氮?dú)饬績H有300m3／h左右，嚴(yán)重影響開車進(jìn)度及公司的經(jīng)濟(jì)效益。

綜合平衡氮?dú)庀到y(tǒng)后，我們提出以下方案：可暫?；驕p少CO深冷分離裝置分子篩的干燥氮?dú)?，短時(shí)間內(nèi)減少低溫甲醇洗氣提氮?dú)獾挠昧?，從而在短時(shí)間內(nèi)將0.42MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)勻出約2500m3／h的氮?dú)夤?yīng)0.6MPa氮?dú)夤芫W(wǎng)；同時(shí)，DMO合成系統(tǒng)用的0.6MPa氮?dú)夤芫€也不取消，在催化劑保護(hù)和系統(tǒng)異常吹掃時(shí)仍然使用0.6MPa氮?dú)狻?/p>

優(yōu)化改造措施：在原有DMO合成系統(tǒng)3個(gè)系列的催化劑還原用氮?dú)夤芫€上分別增加1條去合成酯化塔的DN100管線，引至酯化塔底部一備用管口上，用于DMO合成系統(tǒng)開車期間的置換及充壓。改造后，DMO合成系統(tǒng)氮?dú)獬鋲褐脫Q時(shí)間過長的問題得到解決，DMO合成系統(tǒng)催化劑保護(hù)和系統(tǒng)異常吹掃用0.6MPa氮?dú)庖膊皇苋魏斡绊憽?/p>

4 改造效果及下一步改造計(jì)劃

通過上述一系列的優(yōu)化改造，生產(chǎn)中的瓶頸和難題得到有效解決，自改造完成以來，氮?dú)庀到y(tǒng)一直運(yùn)行平穩(wěn)，整套裝置沒有1次因氮?dú)獠▌?dòng)而造成停車或影響生產(chǎn)的事故，不僅穩(wěn)定了生產(chǎn)，而且提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但目前仍存在如下一些問題亟待解決。

一是各工序氮?dú)馐褂昧坑兄鹪略黾拥内厔?，?dǎo)致氮?dú)夥派⒘枯^大，浪費(fèi)嚴(yán)重。下一步還需根據(jù)各工序的使用情況，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，在各工序氮?dú)膺M(jìn)口增設(shè)流量計(jì)，并予以嚴(yán)格考核；對于低壓液氮泵，還需通過采取調(diào)整其變頻、回流閥開度等措施進(jìn)一步減少氮?dú)獾呐欧拧?/p>

二是乙二醇罐區(qū)貯罐氮封改造后用的是0.42MPa氮?dú)?，需氮封的貯罐數(shù)量達(dá)14臺(tái)，一旦發(fā)生事故，會(huì)釀成更大的危險(xiǎn)。下一步計(jì)劃將乙二醇罐區(qū)貯罐氮封改造為更為安全的0.1MPa氮?dú)狻?/p>

5 結(jié)束語

氮?dú)庀到y(tǒng)在乙二醇等生產(chǎn)中屬于公用工程，用途廣泛，系統(tǒng)龐大，牽涉范圍較廣，在裝置的設(shè)計(jì)及試車階段，一定要搞清楚氮?dú)庠谡＜爱惓Ｇ闆r下的用量和用途，做好氮?dú)庀到y(tǒng)的設(shè)計(jì)工作；在生產(chǎn)階段，必須加強(qiáng)氮?dú)庀到y(tǒng)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和精細(xì)化操作，確保氮?dú)庀到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而確保主裝置的安全、穩(wěn)定、長周期、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。