空分系统变负荷操作及影响

2011-08-15余元军张国才

河南化工 2011年4期

余元军 ,张国才 ,李鑫

(陕西神木化学工业有限公司 ,陕西神木 719319)

陕西神木化学有限公司二期空分装置于 2008年一次试车成功,整套空分装置采用全低压分子筛纯化,膨胀机带增压机制冷,无氢精馏制氩,内压缩流程。机组采用一拖二汽轮机驱动。

空分系统变负荷操作设计工况如下:空气量285000Nm3/h;氧产品56000Nm3/h,纯度大于99.6%;低压氮产品 25 000 Nm3/h,纯度小于 10×10-6O2;中压氮产品 1 100 Nm3/h,纯度小于 10×10-6O2;液氩产品 1 400 Nm3/h,纯度小于 3×10-6N2,2 ×10-6O2。

变负荷操作是一项复杂的工况调整过程,稍有不慎或操作不当,极易造成产品纯度、系统压力及系统工况的波动。系统的波动也会给氩系统带来波动,轻者减负荷,严重时还会发生氮塞,如果处理不及时的话,很可能会引起氧纯度的破坏。这对全厂的连续生产带来极大的影响。但在正常生产时还是以正常工况为主,因产品的送出量与加工空气的量有关系。本文针对空分系统部分变负荷操作及影响进行分析。

1 变负荷操作

空分系统的变负荷操作,主要以空气量的变化来操作,包括加负荷操作和减负荷操作两个方面。无论是哪个方面,都要以变中求稳,稳中求变为原则。在具体操作中应缓慢进行,不能操之过急,否则引起系统的波动,影响产品纯度和供气压力的波动。

在调整过程中为保证系统的相对稳定,负荷的加减是通过若干次来完成的,每次的加减程度不能过大,究竟每次的加减量以多少为宜,要根据不同的系统,灵活掌握。本套设备一般每次加减量控制在设备加工空气量的 0.3%左右较好,以主塔的物料参数不发生变化为宜 (加减负荷时刻注意工况参数的变化,若有变坏的迹象,应及时的进行调整)。另外还有间隔时间,每次的加减量必须满足在下次加减量前,空分设备已消化了上一次的加减量,且气氧、低压氮、中压氮和氩馏分精氩的主要指标不产生较大波动。

为确保产品纯度不产生较大波动,加量时一般采取从空压机到氩系统由前向后的顺序,减量相反。在调整过程中,可以充分利用历史趋势。由于纯度检测本身滞后比较严重,操作人员可根据变化的历史趋势,对操作幅度做相应的调整,理想的加减量操作,个流量的趋势图应是一条平滑的上升或下降直线。

2 变负荷对机组的影响

机组设备对于整个空分装置是相当关键的,它的稳定运行是整个装置的前提。而在加负荷时首先要做调整的就是机组,本套机组加负荷通过开导叶来增加空气的量,空气量增加,会引起蒸汽量增加,此时应与当班调度进行联系,保证蒸汽的压力及流量。若没有与调度联系,因蒸汽压力的下降导致机组转速下降及其他参数的变化,严重的话引起机组跳车。机组的操作也应缓慢进行,每次的加量应以机组转速压力稳定后在进行下一次的操作。

3 变负荷对氩系统的影响

在变负荷操作过程中,由于加工空气量的变化,会对主塔的回流比产生一定的影响,进而液氧、气氮及氩馏分的取出量会发生变化,对氩系统的影响就更加明显了。众所周知,氧纯度变化 0.1%,氩纯度变化约 1%,可见轻微变化对主塔的影响有多大。氩在上塔的分布是有规律的,在液空进料口上下形成两个氩富集区,最高氩含量 15%,但由于氮含量高,一般取进料口下的氩富集区。设计值一般为:含氧 89%～90%,含氩 10%～11%,含氮 0.02%;但氩的富集区不是一成不变的,随着工况的变化而变化,但氩的抽出口是不变的,当进行负荷调整时,氩馏分的物料组分会不断的变化。

就以增加负荷为例,当近塔的空气流量增加时,下塔的压力随之有所增大,这样主冷凝蒸发器的热负荷增大,冷凝液氮的量增加,同时冷凝蒸发器氧侧的蒸发量也增加,气氧会推动氩的富集区上移,氩馏分处的回流比减小,这样氩馏分中的氧含量增加,氩的含量减少,提取率下降。为了维持氩馏分中的氧含量不变,采用两种调节方式,一种方法是通过节流阀,适当增大上塔的回流比,使得氩的富集区向下移动,维持原来的氩馏分中的氧含量。但这样会使得下塔的回流比有所减小,使得富氧液空中的氧含量升高,而我们这套系统大约有 50%的液空去氩系统。当液空中的氧含量升高时,其相应的饱和温度会升高,缩小了粗氩冷凝器的换热温差,热负荷减小。造成粗氩中的氧含量升高,为保持粗氩中的氧含量不变,就必须减少粗氩的取出量。所以在变负荷操作中,节流阀的开关影响着整个系统的稳定运行,应配合好空气量的加减。另一种方法是通过增大上塔产品氧的取出量,使得上塔上升的气氧相对减少,从而达到上塔氩富集区向下移,维持中部氧含量的稳定。

4 变负荷时氮塞的预防和处理

氮塞是造成氩系统恶化的主要原因,氮塞的形成是因氩馏分中的氮含量过高、粗氩冷凝器的温差减小,甚至为零,这样粗氩冷凝器量减少或不冷凝。粗氩塔不工作,造成氩馏分抽出量减少,上升气量,流速降低造成填料上液体下流。大量粗液氩被打到上塔,破坏上塔主塔精馏工况,主冷液位迅速上涨,氧纯度急剧下降。因此在平时操作时中部氧含量控制 89%～92%(可根据不同的设备作相应的调整)。通过利用历史趋势对工况的变化提前做出判断,众所周知,在线分析表滞后,温度就比较直接,可通过温度的变化提前做出调整。

一旦发生氮塞,应根据氮塞的程度开粗氩气放空阀,使得聚集在粗氩冷凝器的氮组分排出,还应加大精氩塔氮组分的排放,将氩泵回流阀打手动,使得打出去的液体量恒定。适当调整上塔回流比。若严重时,必须切除精氩塔,粗氩直接防空待氩馏分恢复正常时,再投精氩塔。

5 变负荷工况参数的确定

本套设备的设计参数已提到,按比例法可知加工空气量为 213 750 Nm3/h时,氧气 42 000 Nm3/h,液氩 1 050 Nm3/h,低压氮 18 900 Nm3/h,中压氮850 Nm3/h。这组数据为实际操作提供一个参考,不能教条的认为变负荷就按这个来调整。在实际操作中应根据具体情况按比例计算后灵活调整。