大型化工装置空分富裕压缩空气的综合利用

蒋都钦，谢肥东，朱焕青，陈 磊

(河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

大型化工装置空分富裕压缩空气的综合利用

蒋都钦，谢肥东，朱焕青，陈 磊

(河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龙宇煤化工有限公司利用空分装置的压缩空气设计余量，对供气系统进行改造，把空分装置的富裕压缩空气供给锅炉等公用系统的气力输灰、脱硝等装置使用，并对装置在运行中存在的危害因素进行了分析，制定了针对性的的预防措施，技改实施后，每年将为企业节约150多万元。

空分富裕气；改造；气力输灰；危害因素；预防措施；节能减排

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.016

河南龙宇煤化工有限公司二期项目为40万t/a醋酸及20万t/a二醇配套工程，空分装置是开封空分集团生产的型号为KDON(Ar)-55000/93000(1350)型，原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其他机械杂质，空气过滤后在离心式空压机中压缩至0.52 MPa(g)左右，进入空气冷却塔预冷，空气自下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。空气经空气冷却塔冷却后，温度降至约14 ℃，然后进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳氢化合物及残留的水蒸气被吸附。空气经净化后，由于分子筛的吸附热，温度升至约20 ℃，然后分两路：一路空气在低压主换热器中与返流气体(污氮、低压氧等)换热达到接近空气液化温度(约-169 ℃)后进入下塔进行精馏；另一路空气进入增压空气压缩机进行增压，压缩后的这部分空气又分为三部分：①相当于膨胀空气的这部分空气从增压空气压缩机段抽出，经膨胀机的增压端增压后进入高压主换热器。在高压主换热器内被返流气体冷却至-108 ℃时抽出，进入膨胀机膨胀制冷，膨胀后的空气进入下塔进行精馏；②另一部分继续进增压空气压缩机的Ⅱ段增压，从增压空气压缩机的Ⅱ段抽出后进入高压主换热器，与返流的液氧和其他气体换热后冷却，经节流后进入下塔中部；③第三路压缩空气进入仪表控制系统,作为仪表气源。

由于空分装置在建设初步设计时，考虑到后续扩建工程预留，在选型上留有一定的余量，除满足正常的二期气化装置用气外，仍有约5 000 m3的压缩空气余量。

二期热电装置配套的3台220 t高温高压的循环流化床锅炉，为二期公用系统提供高压蒸汽，与其配套的3台250 kW的螺杆空压机为气力输灰系统及脱硝装置提供压缩空气。二期热电装置原始设计单台压缩空气为40 m3/min，二期全部开车后，根据压缩空气需求量统计，需要大约5 028 m3/h的压缩空气量。但由于螺杆空压机的结构特性，在运行中产生压缩空气带水、带油严重、干燥器设计偏小、压缩空气露点品质等参数达不到设计要求的问题，继而导致锅炉输灰系统故障频发，影响锅炉的正常运行，成为制约二期整体生产的瓶颈。二期热电装置压缩空气需求量统计见表1。

表1 二期热电装置压缩空气需求量统计

二期空分装置开车后，根据目前整体试车情况，在未来3年的运行模式下，二期空分装置富裕的大约5 000 m3/h高品质0.5 MPa(g)压缩空气暂时没有用户，均是通过放空就地排放，考虑到该部分富裕压缩空气的压力等级与热电锅炉输灰系统的需求相同，正好可以给予充分利用，替代热电3台螺杆空压机供应压缩空气。

1 改造的具体实施方案

从二期空分引入一条管线，供二期锅炉输灰及喷吹使用，不足部分由螺杆式空压机补充，正常运行状态电动式螺杆空压机只是作为备用。具体改造流程见图1(蓝色为改造部分)。

图1 装置改造后流程

综合考虑到二期空分的安全因素，管线的接入口从二期空冷塔后、空分分子筛前的管道上开孔，管线沿着空分东西管廊从空分厂向东约80 m到南北主管廊，然后顺着二期南北主管廊从北向南约100 m到二期气化厂变换装置南侧，沿着二期变换装置南侧东西管廊从西向东大约60 m左右到热电二期装置南侧，并入热电二期压缩空气母管。

2 改造后运行风险因素分析及防范措施

(1)热电的螺杆空压机产生的压缩空气内是没有除去二氧化碳的气体，一旦反窜到空分装置，将会对空分的后续工艺，特别是冷箱造成致命的损害。

解决措施：从整体运行的安全性考虑，为了防止空分停车或事故状态下压缩空气反窜到空分，对空分造成不必要的安全隐患，在空分内管廊与主管廊处设置一组调节阀和快关阀，同时设置远传压力表和流量计，用于监控流量和压力情况，并设置带压力联锁和流量联锁的放空装置，在运行中出现热电压缩空气压力高于压缩空气压力时，或流量低压1 000 m3/h，空分快关阀前后压差小于0.03 MPa(g)时，快关阀自动关闭，放空阀自动打开，对空分的后续空气流程进行保护，在热电侧安装一组逆止阀和手动阀，用于检修期间的隔离及空分不运行时的安全保护。

(2)由于该接口位置在二期空分分子筛前，压缩气体没有经过再生干燥，空气中含水量大，空气露点达不到锅炉的输灰要求。

解决措施：热电总厂在管线并入主管道前增加1台干燥机，使压缩空气品质(空气露点至少要低于-40 ℃)达到输灰使用要求。

3 改造后的运行模式

(1)在4#、5#、6#锅炉全开的情况下，压缩空气用气量达到5 028 m3/h，从二期空压机补充5 000 m3/h，热电只需开1台进行备用和补充，当压力高于设定值时，该空压机自动卸载，当压力低于设定值时，空压机自动加载保证压缩空气压力稳定。

(2)在2台锅炉运行的情况下，压缩空气用量达到3 500 m3/h左右，仅二期空分供气，对二期空分调节阀进行调压，保证压缩空气压力稳定。

(3)不管在哪一种工况下运行，当出现热电厂压缩空气压力高于空分供气压力时，立即自动关闭气动调节阀和快关阀，在新增管线上设置流量计，根据流量计来调整气动调节阀开度，保证空分向热电供气量不大于5 000 m3/h。

(4)如果是二期空分送气和空压机供气并列运行时，空压机连锁动作的设定压力一定要低于空分送气压力以保证含油、含水的压缩空气不反窜到空分机组，保证空分机组安全运行。

4 改造后的效益分析

(1)改造后，可减少2台空压机运行，每台空压机功率250 kW/h,每天节电250×2×24=12 000 kW·h。全年按照运行330 d计算，可节约396万kW·h的电量，折合标准煤1 800 t，按0.4元/kW·h计，全年节约费用约158万元。

投入的管线、阀门、管件、调节阀等材料费用及施工费用约20万元左右，其他设施均属于利旧，经济效益非常显著。

(2)实施改造后，对于热电装置而言，大大提高了压缩空气品质，减少了锅炉除尘输灰系统的故障率，有利于锅炉长周期运行，安全效益不言而喻。对于空分而言，减少放空，合理利用，也增加了运行操作的安全系数。

5 结语

该系统改造不仅对空分的富裕压缩空气进行了综合利用，又有效地改善了锅炉输灰系统的用气品质，保证了锅炉的“安、稳、长、满、优”运行，同时热电配置的电动螺杆空压机只是用于备用，节约了大量的电能，不失为一个值得大力推广的节能减排项目，值得同行业借鉴。

[1] 刘方，闫俊超.大型空分装置离心压缩机组的布置及管道设计[J].河南科技.2014,38(13):148-149.

Comprehensive Utilization of Air Separation of Rich Compressed Air in Large Chemical Plant

JIANG Dou-qin, XIE Fei-dong, ZHU Huan-qing, CHEN Lei

(HenanLongyuCoalChemicalCo.,Ltd.,YongchengHenan476600China)

Using the design margin of compressed air in the air separation equipment, Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd.has transformed the gas supply system, providing the extra compressed air for the pneumatic ash transportation equipment, denitration equipment, etc., in boilers and other public facilities.The risky factors in the operating devices are analyzed, and the preventive measures suggested.With the implementation of technical transformation, more than 1.5 million yuan will be saved for the enterprise each year.

extra gas of air separation; transformation; pneumatic ash transportation; risky factors; preventive measures; energy saving and emission reduction

蒋都钦(1977年-)，男，河南永城人，1996年毕业于郑州电力高等专科学校，工程师，现主要从事公用工程的管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.016

TQ 116.11

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1004-8901(2016)06-0054-03

2016-07-18