李芳芳， 王麗平

(山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 臨汾 041606)

某公司甲醇廠空分車(chē)間有1#KDON-8000/5000型、2#KDON-6000/12000型空分裝置各一套，分別于2008年1月、2016年6月投產(chǎn)運(yùn)行。裝置為國(guó)內(nèi)第五代帶增壓膨脹機(jī)的全低壓分子篩凈化流程(流程圖見(jiàn)圖1),兩套裝置均利用深度冷凍的方法，將離心式空壓機(jī)送來(lái)的原料空氣，經(jīng)氮水預(yù)冷系統(tǒng)冷卻、分子篩吸附凈化、板式換熱器降溫、膨脹機(jī)制冷、并通過(guò)雙級(jí)精餾塔精餾，分離出氧氣和氮?dú)猓渲?#、2#空分裝置大部分氧氣經(jīng)氧壓機(jī)壓縮供給甲醇一系統(tǒng)、甲醇二系統(tǒng)轉(zhuǎn)化爐使用，氮?dú)庵饕┕靖魃a(chǎn)廠吹掃、置換、熄焦及升溫還原使用。1#空分裝置自投運(yùn)以來(lái)除按系統(tǒng)計(jì)劃停車(chē)外，一直正常運(yùn)行。但在2018年5月份開(kāi)始出現(xiàn)了主換熱器熱端溫差過(guò)大的現(xiàn)象，此現(xiàn)象對(duì)空分裝置的安全運(yùn)行造成了極大的隱患[1-2]。

2018年7月，1#KDON-8000/5000空分裝置運(yùn)行工況進(jìn)一步惡化，主換熱器熱端溫差最大達(dá)17 ℃，裝置冷損嚴(yán)重。

圖1 空分裝置流程圖

1 原因分析

為了查找主換熱器熱端溫差大的原因，從以下幾方面進(jìn)行原因分析:

1.1 主換熱器本身設(shè)計(jì)問(wèn)題

主換熱器本身設(shè)計(jì)換熱能力不足可能造成主換熱器熱端溫差增大。我廠1#空分裝置于2008年初次開(kāi)車(chē)期間，運(yùn)行平穩(wěn)，熱端溫差最大7 ℃，空氣與氧氣通道、氮通道、污氮通道數(shù)量設(shè)計(jì)均能滿足熱交換要求，且多年來(lái)也未曾出現(xiàn)換熱能力不足問(wèn)題，所以主換熱器本身設(shè)計(jì)不存在問(wèn)題。2008年、2018年主換熱器熱端溫度參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 2008年、2018年主換熱器熱端溫度參數(shù)

1.2 微量水分進(jìn)入主換熱器

1#空分裝置若有水分進(jìn)入，造成水分在主換熱器凍結(jié)，也是造成主換熱器熱端溫差大的原因。根據(jù)裝置流程水分可能是通過(guò)以下兩通道進(jìn)入主換熱器(見(jiàn)圖2)，即，增壓空氣帶入水分與正流空氣帶入水分兩種可能性：1) 若可能是增壓機(jī)冷卻器漏水，那么冷卻器后的氣側(cè)導(dǎo)淋閥就應(yīng)有水排出，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排放，導(dǎo)淋排放正常。并采用便攜式露點(diǎn)儀進(jìn)行分析，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10×10-6，排除增壓機(jī)冷卻器漏水可能。2) 由于增壓空氣水分含量達(dá)標(biāo)，所以基本可排除由分子篩來(lái)的正流空氣帶水的可能性。綜合以上兩項(xiàng)分析，有微量水分進(jìn)入主換熱器的可能性可以排除。

圖2 主換熱器正返流氣體示意圖

1.3 加溫、冷卻驟變引起主換熱器破裂

如果是主換熱器微漏，不可能對(duì)換熱器造成如此大的影響，如果泄漏嚴(yán)重的話，那么中壓空氣將大量進(jìn)入低壓返流氣體通道，返流氣體出塔壓力將有明顯的變化，而實(shí)際上各返流氣體的壓力沒(méi)有明顯波動(dòng)，因此可排除主換熱器破裂泄漏原因。

1.4 操作人員調(diào)節(jié)有誤

本空分裝置用的是三個(gè)單元的主換熱器，操作人員在操作中可能存在氣流分配不合理問(wèn)題。為此，車(chē)間專(zhuān)門(mén)在裝置返流氣體流量不變的情況下，通過(guò)V101、V102、V103閥配合調(diào)節(jié)熱端溫差，經(jīng)過(guò)調(diào)整三股返流氣體出塔溫度相等，但熱端溫差仍然很大，所以排除進(jìn)三個(gè)單元換熱器的空氣量分配不合理的原因。

1.5 分子篩對(duì)二氧化碳、碳?xì)浠衔镂讲粡氐?/h3>

可能是分子篩對(duì)二氧化碳、碳?xì)浠衔镂讲粡氐?，將二氧化碳、碳?xì)浠衔飵胫鲹Q熱器造成主換熱器堵塞。

空分設(shè)備分子篩純化器將空氣中水分、二氧化碳及部分碳?xì)浠衔镂?，吸附后利用污氮?dú)鈱?duì)分子篩進(jìn)行加熱，分子篩純化器設(shè)置兩個(gè)，一個(gè)處于吸附階段，另一個(gè)處于再生階段。

我公司對(duì)生產(chǎn)原料的產(chǎn)購(gòu)一直有嚴(yán)格的采購(gòu)程序，而且分子篩一直用的是上海巷騰分子篩有限公司生產(chǎn)13X-APG,使用多年從無(wú)質(zhì)量問(wèn)題。而且本批次分子篩在2#空分裝置中使用正常，所以能保證分子篩質(zhì)量。

再者，分子篩在使用過(guò)程中嚴(yán)格控制加溫再生程序，在分子篩再生中，操作人員嚴(yán)格按再生程序進(jìn)行加溫、冷吹，控制再生溫度，堅(jiān)持每8 h對(duì)純化器進(jìn)行一次倒換操作，同時(shí)嚴(yán)格保證再生氣量的充足。并嚴(yán)格監(jiān)視分子篩吸附器出口二氧化碳在線分析儀，并同現(xiàn)場(chǎng)人工分析數(shù)據(jù)相比較，確保數(shù)據(jù)的正確性。二氧化碳測(cè)量數(shù)據(jù)都在指標(biāo)范圍內(nèi)，無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。所以，分子篩對(duì)二氧化碳、碳?xì)浠衔镂讲粡氐自蚩膳懦?/p>

1.6 其他異物堵塞了主換熱器通道

排除了以上幾種原因，最有可能就是主換熱器通道被異物(分子篩或其他異物)堵塞，影響了熱交換。

2 處理措施

在確定本次影響主換熱器熱端溫差增大的原因后，停止1#空分裝置運(yùn)行，對(duì)裝置進(jìn)行停車(chē)檢查。

為了盡可能降低空分裝置檢修期間對(duì)整個(gè)甲醇一系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的影響，節(jié)能降耗，充分利用資源，先將2#空分裝置(此時(shí)正值甲醇二系統(tǒng)臨時(shí)停機(jī)檢修，2#裝置氧氣富余)的富余氧氣切入甲醇一系統(tǒng)為1-3#氧壓機(jī)供氣，使2#空分裝置代替1#空分裝置繼續(xù)為系統(tǒng)供氣。

正常生產(chǎn)時(shí)1#空分系統(tǒng)配套的1-3#氧壓機(jī)供甲醇一系統(tǒng)凈化車(chē)間轉(zhuǎn)化爐使用；2#空分系統(tǒng)配套的4-6#氧壓機(jī)供甲醇二系統(tǒng)第二凈化車(chē)間轉(zhuǎn)化爐使用。

2.1 2#空分產(chǎn)品氧氣送入1-3#氧壓機(jī)操作

1) 停4-6#氧壓機(jī)；同時(shí)關(guān)閉V105B閥，開(kāi)V104B閥放散閥；將4-6#氧壓機(jī)完全退出。

2) 關(guān)閉2#空分系統(tǒng)氧氣入氧氣緩沖罐V116閥。

3) 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)氧氣聯(lián)通閥V115閥至50%左右；同時(shí)，根據(jù)2#分餾塔頂部壓力適當(dāng)關(guān)V104B放散閥至全關(guān)；緩慢關(guān)V105A閥門(mén)至全關(guān)，同時(shí)開(kāi)V104A閥放散閥(根據(jù)1#空分分餾塔頂部壓力和氧壓機(jī)入口壓力進(jìn)行操作)。

4) 2#空分氧氣出分餾塔總管閥V132閥至50%左右，一系統(tǒng)氧氣入氧壓機(jī)V1411閥門(mén)關(guān)至70%左右，并調(diào)節(jié)氧氣外送流量為6200 m3/h～6600 m3/h。

5) 一系統(tǒng)氧壓機(jī)回流閥V1403閥打手動(dòng)，開(kāi)到65%左右進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。

6) 在倒換過(guò)程中應(yīng)使1-3#氧壓機(jī)吸入壓力≥5.0 kPa。

7) 使1#、2#空分系統(tǒng)分餾塔上塔頂部壓力≤45.0 kPa。

8) 操作流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 2#空分產(chǎn)品氧氣送入1-3#氧壓機(jī)操作圖

2.2 1#空分裝置停車(chē)、檢查確認(rèn)

將1#空分裝置停車(chē)后，打開(kāi)分子篩吸附器頂部,發(fā)現(xiàn)絲網(wǎng)上有大量粉塵，在對(duì)粉塵物質(zhì)進(jìn)行初步分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)遇水時(shí)沒(méi)有熱量產(chǎn)生(分子篩遇水時(shí)產(chǎn)生熱量)，而且吸附器絲網(wǎng)已經(jīng)變形呈凹陷形，基于以上現(xiàn)象，粉塵很可能是從污氮通道進(jìn)入分子篩頂?shù)慕z網(wǎng)上，粉塵物質(zhì)可能是珠光砂。但珠光砂如何進(jìn)入污氮通路，還需進(jìn)一步對(duì)冷箱內(nèi)設(shè)備、管線進(jìn)行查漏。

對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行全面加溫，扒開(kāi)冷箱珠光砂，進(jìn)行保壓查漏。在加溫過(guò)程中發(fā)現(xiàn)從V108污氮排放閥中吹出少量珠光砂，打開(kāi)V107、V109氮、氧排放閥未吹出珠光砂，因此將查漏重點(diǎn)放在污氮管線及所關(guān)聯(lián)的設(shè)備上。當(dāng)拆開(kāi)進(jìn)冷箱充氣閥(V202)法蘭后，打開(kāi)V202閥吹出大量珠光砂。對(duì)氮封管道進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)V202閥出口法蘭處破裂，就是此破裂點(diǎn)使得冷箱內(nèi)的珠光砂通過(guò)此處進(jìn)入污氮通道。

由查漏結(jié)果得出造成空分裝置主換熱器溫差過(guò)大的原因是氮封法蘭泄漏，在分子篩再生時(shí)珠光砂被吸抽到污氮管線后進(jìn)入分子篩吸附器頂部，進(jìn)而在分子篩吸附器正常運(yùn)行時(shí)珠光砂隨空氣進(jìn)入主換熱器，從而使主換熱器換熱面積減少，導(dǎo)致?lián)Q熱器熱端溫差增大。

同時(shí)，清理出分子篩吸附器內(nèi)的分子篩和活性氧化鋁，將其中的珠光砂篩出，并用吹除法將將分子篩頂部及管道、主換熱器中殘余珠光砂吹出。

在對(duì)精餾塔的吹除中沒(méi)發(fā)現(xiàn)有珠光砂存在的痕跡。

3 結(jié)論

1) 將充氮閥及連接管道進(jìn)行更換，對(duì)整個(gè)裝置加溫、吹除處理后，1#裝置再次開(kāi)車(chē)，順利出氧，各項(xiàng)工藝指標(biāo)運(yùn)行正常，均在指標(biāo)控制范圍內(nèi)。

2) 對(duì)這次問(wèn)題的判斷、分析比較準(zhǔn)確，沒(méi)有造成堵塞情況的進(jìn)一步擴(kuò)大化。

3) 在1#裝置停車(chē)檢查期間，充分利用2#裝置富余氧氣進(jìn)行倒換操作，使系統(tǒng)資源得以合理充分的利用，避免了整個(gè)甲醇一系統(tǒng)的全線停車(chē)，為公司生產(chǎn)節(jié)約了成本。

4) 在今后的生產(chǎn)中，要加強(qiáng)粉塵來(lái)源的防范，固體粉塵進(jìn)入空分設(shè)備后輕則堵塞換熱器通道，降低傳熱效率，堵塞精餾塔塔板，降低產(chǎn)品純度和產(chǎn)量；重則堵塞主冷板式氧通道，加速液氧中烴類(lèi)雜質(zhì)的濃縮；同時(shí)，粉塵有可能成為液氧中的引爆源，其危害性不可小視。