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        空分倒灌液氧開車總結(jié)

        2021-06-08 08:45:44荀志偉
        氮肥與合成氣 2021年6期
        關(guān)鍵詞:液閥儲(chǔ)槽液氧

        荀志偉,張 虎

        (靈石中煤化工有限責(zé)任公司,山西靈石 031300)

        靈石中煤化工有限責(zé)任公司是利用中煤九鑫焦化公司的焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)合成氨、尿素產(chǎn)品的企業(yè)??辗盅b置的任務(wù)是將來自3s空氣壓縮機(jī)的空氣中的氧氣、氮?dú)夥蛛x,然后再將氧氣加壓后與來自5s空氣壓縮機(jī)的空氣在靜態(tài)混合器中混合,制成體積分?jǐn)?shù)約32.68%的富氧空氣,送至甲烷轉(zhuǎn)化工段。

        1 生產(chǎn)中存在的問題

        靈石中煤化工有限責(zé)任公司空分裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)氧氣體積流量3 600 m3/h(標(biāo)態(tài))、純度99.6%(體積分?jǐn)?shù)),氮?dú)怏w積流量7 000 m3/h(標(biāo)態(tài))、純度99.99%(體積分?jǐn)?shù))。主要設(shè)備包括:svk25-3s空氣壓縮機(jī)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、增壓膨脹系統(tǒng)、氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)、氧氣增壓系統(tǒng)、液氧貯存及汽化系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。因?yàn)榭辗衷O(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn),在分餾塔的低溫容器和管道可能產(chǎn)生冰、干冰或機(jī)械粉末的沉積,阻力逐漸增大[1-2],所以一般運(yùn)轉(zhuǎn)2 a后,應(yīng)對(duì)分餾塔進(jìn)行加溫復(fù)熱以去除這些沉積物。再次開車時(shí)按照操作規(guī)程執(zhí)行,分為冷卻、積液和調(diào)純3個(gè)階段,開車所需時(shí)間約78 h,而同類型裝置熱態(tài)開車所需時(shí)間為48 h左右,問題主要突顯在系統(tǒng)積液、調(diào)純階段;積液初期系統(tǒng)冷量全靠膨脹機(jī)提供,而膨脹機(jī)的等熵效率不到80%,加上冷損及蒸發(fā),積液速度緩慢。主冷凝蒸發(fā)器積液后由于液體純度較低,在調(diào)純階段需要一定的時(shí)間才能送出合格的氣體產(chǎn)品??辗盅b置的啟動(dòng)過程是一個(gè)只有能量輸入而無產(chǎn)品輸出的無效能耗過程,該過程越短,無效能耗越少,經(jīng)濟(jì)效益越高[3]。

        2 倒灌液氧可行性分析

        在液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液口和主冷凝蒸發(fā)器之間運(yùn)用伯努利方程對(duì)管路壓降等進(jìn)行計(jì)算[4],計(jì)算中假設(shè)閥門全開。液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液口至主冷凝蒸發(fā)器液氧出口之間的高度差為10.11 m,液氧密度為1 141 kg/m3,管道直徑為40 mm,液氧黏度為0.196 mPa·s,DN40管線長(zhǎng)約20 m,共有6個(gè)彎頭和2道角式低溫截止閥,液氧流速取0.35 m/s。經(jīng)計(jì)算,雷諾數(shù)為81 642.86,摩擦因數(shù)為0.018 72,彎頭和閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度為21.8 m??辗稚纤毫Π?0 kPa計(jì),計(jì)算結(jié)果為液氧儲(chǔ)槽壓力只要大于等于0.132 MPa即可實(shí)現(xiàn)液氧儲(chǔ)槽內(nèi)液氧倒灌至主冷凝蒸發(fā)器內(nèi),液氧儲(chǔ)槽設(shè)計(jì)壓力為0.2 MPa,滿足倒灌液氧的要求。工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。

        3 倒灌液氧操作

        V1—液氧儲(chǔ)槽出液閥;V2—液氧儲(chǔ)槽放空閥;V5—液氧儲(chǔ)槽進(jìn)液閥;V6—液氧儲(chǔ)槽上進(jìn)液閥;V7—液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液閥;V8—液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥;V16—主冷凝蒸發(fā)器排液閥。

        3.1 準(zhǔn)備工作

        (1) 控制液氧儲(chǔ)槽液位在6 000~8 000 mm。

        (2) 空分裝置全面冷卻設(shè)備階段結(jié)束,主冷凝蒸發(fā)器出現(xiàn)液體。

        (3) 負(fù)責(zé)倒液操作人員到位,且中控、現(xiàn)場(chǎng)保持通信暢通。

        (4) 關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽上進(jìn)液閥,打開液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器出口閥,關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽放空閥,微開液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥緩慢給液氧儲(chǔ)槽充壓,待液氧儲(chǔ)槽壓力漲至0.15~0.17 MPa,關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥,保持液氧儲(chǔ)槽壓力穩(wěn)定,若壓力上漲時(shí),開液氧儲(chǔ)槽放空閥穩(wěn)定壓力。

        3.2 操作步驟

        (1) 中控和現(xiàn)場(chǎng)操作人員確認(rèn)倒灌液氧開始操作,打開液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液閥,緩慢打開主冷凝蒸發(fā)器排液閥,中控、現(xiàn)場(chǎng)操作人員密切注意主冷凝蒸發(fā)器和液氧儲(chǔ)槽液位及壓力的變化情況。

        (2) 待主冷凝蒸發(fā)器液位達(dá)到2 800 mm,液氧蒸發(fā)器液位達(dá)到1 800 mm,倒灌液氧結(jié)束。

        (3) 關(guān)閉主冷凝蒸發(fā)器排液閥,關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液閥,關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥,打開液氧儲(chǔ)槽放空閥,待壓力卸至20 kPa后關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽放空閥。

        3.3 注意事項(xiàng)

        (1) 液氧儲(chǔ)槽壓力嚴(yán)禁超過0.2 MPa。

        (2) 在倒灌液氧前期,液氧產(chǎn)品送出閥V16開關(guān)一定要緩慢。

        (3) 倒灌液氧的過程中,控制上塔頂部壓力為30~60 kPa。

        4 結(jié)語(yǔ)

        空分裝置原始開車時(shí),未采用倒灌液氧操作,產(chǎn)出合格氣體產(chǎn)品耗時(shí)78 h;采用倒灌液氧操作,產(chǎn)出合格氣體產(chǎn)品耗時(shí)57 h。由于空分裝置的啟動(dòng)過程是一個(gè)只有能量輸入而無產(chǎn)品輸出的無效能耗過程,所以該過程越短,無效能耗越少,經(jīng)濟(jì)效益越高。采用倒灌液氧操作后,縮短提供合格氣體產(chǎn)品的時(shí)間21 h,3s空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為2 300 kW、冷卻水泵電動(dòng)機(jī)功率為15 kW、冷凍水泵電動(dòng)機(jī)功率為22 kW、循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)功率為37 kW、螺桿式冷水機(jī)組電動(dòng)機(jī)功率為56 kW,純化系統(tǒng)電加熱器功率為432 kW,直接節(jié)省此期間空分裝置各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和再生加熱器耗電53 760 kW·h、合成循環(huán)水泵(560 kW)及風(fēng)機(jī)(75 kW)耗電13 335 kW·h,間接多產(chǎn)氧氣75 600 m3,按電價(jià)為0.5元/(kW·h)計(jì),節(jié)約電費(fèi)3.35萬元;氧氣價(jià)格按0.6 元/m3計(jì)算,間接產(chǎn)生效益4.54萬元;同時(shí),為合成氨和尿素裝置提前開車提供了時(shí)間保障。

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