30 000 m3/h(标态)空分装置冷态开车总结

樊少波

(山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)



30 000 m3/h(标态)空分装置冷态开车总结

樊少波

(山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司山西稷山043200)

热态开车是指空分装置在开车时冷箱内设备处于常温状态，而冷态开车是指空分装置在开车时冷箱内设备处于冷备状态。因为空分装置停车后没有必要将冷箱内所有液体全部排放，将冷箱复热至常温，然后在下次开车时将冷箱内设备冷却至冷态，再进行积液、建立精馏等过程，这样不仅会造成开车时间延长，而且会造成浪费，次数频繁后难免会造成冷箱内设备及管道的应力发生变化而引起泄漏，冷箱就需进行扒砂，然后处理漏点，再进行装砂等工作，导致空分装置至少停车30 d左右，给公司造成严重的经济损失。冷态开车是经常遇到的开车状态，相对于热态开车次数较多，因而掌握其操作要领是很有必要的。山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司30 000 m3/h(标态)空分装置于2015年11月30日首次进行冷态开车，现将开车过程及存在的问题进行总结。

1 分馏塔系统工艺流程

进入分馏塔系统的空气(168 000 m3/h，标态)分为3股：第1股是分子筛后0.5 MPa(表压)，16 ℃，84 000 m3/h(标态)的空气，经低压主换热器冷却后进入分馏塔下塔；第2股是透平膨胀机增压段后的3.9 MPa(表压)，40 ℃，38 500 m3/h(标态)的空气，依次经高压主换热器冷却、透平膨胀机的膨胀端膨胀后进入分馏塔下塔；第3股是增压机末端出来的7.0 MPa(表压)，40 ℃，45 500 m3/h(标态)的空气，依次经高压主换热器、8#阀(高压液空节流阀)减压后进入分馏塔下塔。分馏塔下塔中的上升气体通过与回流液体接触以增加含氮量，所需的回流液氮来自上塔底部的冷凝蒸发器，在冷凝蒸发器内液氧得到蒸发，而氮气得到冷凝。

分馏塔下塔从上到下产生纯液氮、纯氮气、污液氮、贫液空和富氧液空产品，各产品去向：①纯液氮大部分作为下塔回流液，小部分经过冷器后作为液氮产品送出；②纯氮气从下塔顶部出来后分成2股，一股去高压主换热器复热后作为产品送出界区，一股去低压主换热器复热后与上一股汇合后送出界区；③污液氮经2#阀(污液氮节流阀)节流后控制流量进入上塔参与精馏；④贫液空经4#阀(贫液空节流阀)节流后送入上塔参与精馏；⑤富氧液空经1#阀(富氧液空节流阀)节流后送入上塔参与精馏。为了降低污液氮、贫液空、富氧液空的汽化率，此3股饱和液体先经过冷器过冷后再进入上塔，其中富氧液空经过冷器后分出一股作为冷源去粗氩塔，被氩气蒸发后再返回上塔。

进入上塔的液体(自上往下流)和主冷氧侧被蒸发的气体(自下往上升)直接接触后继续进行精馏，在上塔下部得到纯液氧，在上塔顶部得到污氮气。纯液氧由液氧泵压缩至6.0 MPa(表压)后经高压主换热器复热，然后送出界区。污氮气从上塔顶部出来后经过冷器将富氧液空、贫液空、污液氮冷却后自身得到升温，升温后的污氮气经低压主换热器和高压主换热器复热至常温后送出冷箱。出冷箱的污氮气分为2股，一股作为分子筛的再生气，一股作为水冷塔的冷却气将循环水冷却后排放至大气。

2 启动进冷箱前的系统情况

首先启动汽轮机组，启动程序按照升速程序进行自动启动，其操作要点是控制暖管速率和暖机速率，并严密监控其振动、位移、温度在正常范围内；待转速升至5 500 r/min后开始逐渐提高空压机出口压力，给预冷系统充压；待预冷系统压力充至0.45 MPa(表压)后，依次启动常温水泵、冷冻水泵以及冷水机组；待预冷系统正常后，启动纯化系统。

一般情况下，分子筛装置停车后都会记录停车时2台吸附器所处的状态。打开处于吸附状态的吸附器出口空气阀，用充压阀缓慢将压力充至0.45 MPa(表压)后再打开进口阀，然后开再生空气阀对再生状态的吸附器进行热态再生，检查各阀门到位情况，将纯化系统投自动顺序控制。此系统的操作要点是加强现场与总控室的联系，防止因空气压力波动而造成分子筛带水。

3 装置冷态开车情况

此时纯化器后的0.45 MPa(表压)干燥空气已送至进冷箱前的HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325，HV40326这6只阀前和增压机四段进口阀(FZ4021)前，准备进行冷态开车。

3.1 置换增压机系统

总控室打开FZ4021开度至5%，此时经纯化后的0.45 MPa(表压)干燥空气进入增压机，然后通知现场缓慢关闭四段进口补气阀。此时应与总控室保持联系，总控室根据现场阀门关闭情况，缓慢开启FZ4021(应特别注意FZ4021开度不能过大，防止四段进口空气从该阀处泄压进入空气压缩机进口)。待现场全关四段进口补气阀后，再调整FZ4021开度至30%，微开五段出口以及六段出口放空阀和各段冷却器气侧排放阀进行置换，10 min后通知现场控制四段冷却器出口空气露点在-60 ℃以下即为合格，并通知现场外送仪表空气，将其压力控制在0.70 MPa后投自动，然后再顺序测五段冷却器、六段冷却器出口的空气露点，测每个冷却器露点的目的就是判断各段冷却器是否存在内漏点和湿空气是否置换合格。如果露点不合格，则表明冷却器有内漏现象或置换不彻底，必须加以处理或继续置换，防止湿空气进入冷箱结成冰，从而堵塞换热器通道，导致空气无法进入，使氧气产量下降，严重时造成设备损坏。一般情况下，只要露点在-60 ℃以下，就证明冷却器没有内漏或置换已合格，可准备启动膨胀机系统。启动膨胀机前，首先检查各密封气压力、油压是否正常，然后切换至正常模式，通知汽轮机岗位五段出口压力升至2.5 MPa并维持压力，通知现场依次打开膨胀机增压端出口阀、增压端进口阀、膨胀端出口阀、膨胀端进口阀，现场对膨胀机增压端冷却器进行置换，露点小于-60 ℃后关闭排放阀，并通知总控室现场具备启动条件。

3.2 分馏塔下塔充压

通知汽轮机岗位稳定三段出口压力，准备给下塔充压。充压时，应缓慢开HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326这6只阀门，每次阀门开度不能超过2.5%，而且6只阀门须同时进气，此时下塔压力应缓慢上升，待下塔的压力和纯化后的压力均衡时(<15 kPa即可)应立即全开这6只阀门。在对下塔充压的过程中，将上塔压力控制在50 kPa以下，操作工应时刻观察上塔的压力情况，打开低压主换热器污氮气去水冷塔的阀门来稳定上塔压力，保证上塔压力不能超压。

3.3 建立低压主换热器循环

待HV40321，HV40322，HV40323，HV40324，HV40325及HV40326这6只阀门全开后，即建立低压主换热器循环。因为低压主换热器是3股气体进行换热的，一股是经上述6只阀门后进入低压主换热器，然后进入下塔，此股气体是正流空气，进冷箱后本身是要降温的；一股是从下塔顶部出来的氮气，经低压主换热器和正流空气换热后送出冷箱；另一股就是从上塔顶部出来的污氮气，经低压主换热器复热至常温后送出冷箱。所以，建立低压主换热器的循环主要是将正流空气送进下塔，将反流氮气和污氮气送出冷箱，从而建立循环。此时应注意进冷箱的正流空气温度和反流氮气和污氮气的温度，一般情况下正流空气温度和反流空气温度近似相等，证明换热效果最佳；但是，返流氮气和污氮气的温度均不能低于0 ℃，因为出冷箱的氮气和污氮气管道材质为碳钢，其承受不了低温，一旦低于0 ℃，应立即采取关小反流氮气和污氮气阀门的操作进行控制。操作时应有流量的概念，因为设计进低压主换热器的正流空气量为84 000 m3/h(标态)，出低压主换热器返流氮气量为6 000 m3/h(标态)，返流污氮气量为90 000 m3/h(标态)，所以应根据正、返流气体的流量来控制阀门开度，以保证正、返流气体温度的稳定。在建立低压主换热器循环时，应根据上塔工况的变化来开LV40301(下塔液位调节阀)、FV40302(污液氮节流进上塔)和HV40304(液空节流进上塔)这3只阀门，其作用主要是将下塔的物料送入上塔，从而保证下塔的精馏效果。待这3只阀门有开度后，适当开低压主换热器的氮气阀开始放氮气去消声塔，从而建立3股气体的循环，操作时应时刻监控出冷箱的氮气和污氮气的温度变化，防止复热不足而造成冷损增加。

3.4 建立高压主换热器循环

因为低压主换热器建立循环后，主冷液位会快速下降，所以此时应立即启动膨胀机来维持冷箱内部的冷量。首先引空气到8#阀前，先开六段出口送风阀的副线阀，待8#阀前压力和六段出口压力均衡后全开六段出口送风阀，并关闭副线阀。启动膨胀机，将膨胀机转速维持在22 000 r/min左右，开始建立高压主换热器循环。高压主换热器是5股气体进行换热的，其中2股为正流空气、3股为返流气体。2股正流空气为8#阀前的增压机末端空气和膨胀机增压端出来的空气；3股返流气体分别为下塔顶部出来的氮气、上塔顶部出来的污氮气和液氧泵出口的高压氧气。此时因液氧泵未启动，所以高压主换热器为2股正流空气和2股返流气体进行换热。用膨胀机导叶和防喘阀的开度控制膨胀机的膨胀量，用8#阀控制进下塔的正流空气量，用PV40333(污氮出高压主换热器去水冷塔阀)控制返流污氮量，用FV40335B(氮气出高压主换热器放空阀)控制返流氮气量。

待高、低压主换热器运行正常后，视主冷液位进行积液，若主冷液位较低(指标为≥3 500 mm)，则增大膨胀机负荷，迅速进行积液；若主冷液位高于3 500 mm，则通知现场开11#阀(液氮回流阀)至20%，开启后观察下塔阻力，因为开启11#阀后，表明主冷开始工作，主冷蒸发侧的液体开始蒸发而冷凝侧的气体开始冷凝，工况进入精馏阶段。此时下塔阻力应为上升趋势，因为冷凝侧的液体会从下塔上部经每一层塔板后流入下塔底部，而上升的气体经每一层塔板与回流液直接接触进行提纯；当下塔阻力达15 kPa后，氮气纯度基本达标，视情况进行外送。

氮气外送后，准备启动液氧泵，根据泵体温度的高低来决定是先气冷后液冷还是直接液冷，泵体温度只要低于-30 ℃，就可直接液冷；如果高于-30 ℃，建议先气冷，然后再进行液冷。一般情况下，短期停车时液氧泵不排液，所以泵体温度一般不会高于-30 ℃，在开车时直接进行液冷即可。液冷时，总控室首先打开液氧进液阀和泵回流阀，通知现场开液氧泵进口阀和出口阀，并检查泵体排气阀，现场稍开泵后排液阀和泵前排液阀，待有液体排出后关泵前排液阀，稍开泵后排液阀，观察泵体温度应处于下降趋势，待泵体温度不再下降并处于稳定状态后维持2 h即可达到启动条件。液氧泵一旦启动，应立即调整高压主换热器的循环，主要是开大8#阀，控制高压主换热器的热、冷气体的平衡，调整变频和回流阀将泵后压力控制在5.5 MPa，并通知后工段准备接氧，此时空分装置冷态启动结束。

4 结语

冷态开车是空分装置常见的开车状态，掌握其开车技巧和熟悉开车过程是空分装置安全运行的前提，要求操作人员熟练掌握现场流程，熟悉每个阀门的位置、开关状态以及管道的走向、粗细、压力等级、材质等参数，充分保证每根管线不能超压、超温，保证开车过程的顺利进行。山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司冷态开车(停车8 h内)从冲转汽轮机开始计时到合格氮气、氧气外送所需时间约为4 h。

2016- 02- 24)