小型空分装置运行中出现的问题及解决办法

李敬海（中国石化催化剂有限公司北京奥达分公司，北京　101111）

小型空分装置运行中出现的问题及解决办法

李敬海（中国石化催化剂有限公司北京奥达分公司，北京101111）

首先介绍KDN470/25Y型制氮装置工艺流程和运行中遇到的问题，然后分析问题存在的原因，通过工作中的实践和摸索，提出解决方法，达到节能和系统稳定运行的效果。

小型空分装置；制氮设备；工艺总结

本公司小型空分装置生产高纯度氮气，氧气作为废气用于纯化器再生，采用无油螺杆压缩机、全低压常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀剂制冷，返流气体膨胀循环流程，主要向各生产车间提供正常生产、事故状态和开停车时所需氮气。经过两年的运行，空分装置出现产气量达不到设计能力，空分塔运行不稳定等问题，经过一段时间的摸索，针对以上问题，提出相应的解决办法。

1　空分装置工艺流程

原料空气经除尘压缩经预冷机冷却，预冷后的空气经水分离器除去空气中的冷凝水，再经分子筛纯化器清除空气中的水分、二氧化碳和微量的乙炔等杂质。净化后的空气进入分馏塔，先在板式热交换器E1、E2中被返流气冷却至饱和温度进入精馏塔C底部，然后在精馏塔内逐板上升与塔板上的回流液传质、传热进行精馏，在精馏塔顶部获得高纯度氮气，其中：一部份氮气由塔顶部抽出，经过E1、E2被蒸馏空气复热至常温作为产品氮输出；另一部分在干式主冷K被液化，液化后绝大部分作为精馏塔的回流液，一小部分作为液态产品经液氮罐LNT储存、输出。

精馏后的回流液在精馏塔底部形成富氧液空，抽出后经液空过冷器E3由V-1阀节流送入干式主冷被氮气汽化，作为废气经E2复热后进入透平膨胀机ET，降低温度获得冷量后经板式热交换器E2、E1复热至常温排出冷箱。一部分作为再生气源，另一部分作为透平膨胀机制动风机的气源。

2　空分装置运行中存在的问题

空分装置运行过程中出现的问题进行总结，主要包括以下方面：

2.1经过四年运行，空分装置产气量达不到设计能力，空分装置精馏塔压力存在下降趋势，初始时压力为0.68～0.7Mpa，近期空分系统高压压力为0.58～0.62Mpa。

2.2设备说明书中缺少预冷机出口温度的设定。

2.3由于各车间用气量极不平衡，制约了空分装置的连续稳定运行。空分设备是一个连续稳定的供气装置，后续用气量也应保持在一个相对稳定的状态，长时间、大幅度的不稳定用气，会对空分设备造成一定的危险，特别是在工况变化频繁时，应对措施不合理导致不必要的能源浪费。

3　分析问题及解决措施

3.1系统压力不足问题分析及处理

分析空分系统压力下降的问题分析：首先测量进塔空分压力，排除空压机故障和预冷机和纯化器之间存在漏点造成压力下降的可能性，其次发现精馏塔塔板面上出现多处结霜、结露现象，其中精馏塔正面结霜较严重，在环境温度34℃情况下，塔板面正常温度应为27～29℃，经测量，结霜部位最低温度10℃。初步估计空分塔内部存在管线泄漏，导致空分装置精馏塔压力逐渐降低，产气量下降。

解决措施：停止空分装置运行，放净塔内液空、液氮，并用空压机做气源将空分塔各部位吹除升温至常温。打开分馏塔顶部及底部人孔，清除塔内珍珠岩，对空分塔内管线进行打压试漏，发现空分塔内仪表管线存在四处漏点，分析主要原因是塔内填装珍珠岩时造成仪表管线变形，逐渐形成漏点。利用氩弧焊恢复漏点，空分塔内压力恢复正常，塔表面结霜现象消除。

3.2预冷机出口稳定范围为：5～10摄氏度，不能太低，否则容易引起预冷机管道冰堵；高于工艺温度会影响后续工况的稳定，造成进塔空气露点温度超标。

3.3空分装置的变负荷调节方法

氮气用量的不稳定，应该根据氮气管网压力的情况，适时增减氮气产量，并对空分系统的运行工况作相应的调整，调整时的步骤及注意事项主要包括以下方面：

（1）变负荷操作是从一个平衡到另一个平衡的动态操作过程，其速度主要取决于温度平衡、压力平衡和膨胀机运行工况的调节速度，只要配合得当，很快就能建立稳定工况。所以，变负荷的操作速度不能太快，要实现平稳，其速度不能大于1%/ 4min，操作速度太快会使工况波动太大，空分塔内气液较难形成平衡，造成淹塔、冲塔；

（2）在进行空分设备变负荷操作时，要把握好加工空气量和产品气量之间的增减顺序。在提高运行负荷时，要先增加空气加工量，加工空气量到位1～2分钟后，增加氮气和污氮产量。在减负荷操作时，要先减少氮气产量，最后减少空气加工量；

（3）提前预测各车间氮气的用量，合理调配各车间的氮气使用量，使氮气的供应处于稍有不足的状态，不足的部分则用液氮汽化补充，尽可能的减少反复调整空分设备氮气产量的情况发生。

根据现在空分设备面临的情况，提出以下改造措施：保证氮气产量的稳定，在氮气送出阀后增加自力式压力调节阀，进行阀前压力控制，保证氮气送出阀V101前后压差稳定，保证空分设备能够连续稳定的供气。

4　结语

通过以上措施空分装置产气量达到设计标准，运行稳定性显著挺高。由于空分设备及其辅助设备是一个整体，相互影响，在操作时要充分考虑一部分工况的变化对其他部分带来的影响，以采取相应的措施应对，在操作过程中要保证各主要参数的稳定，同时必须加强人员培训，提高人员的安全意识与技术素质，精细操作，落实好设备的日常维护工作，做到任务层层落实，责任到人，确保空分设备安全、高效运行。

李敬海（1981-），男，北京人，工程师，硕士，主要从事公用功臣供应。