空分装置停车时用后备氧系统供气化炉投料的运行总结

李乐伦，李 娜

（1.兖矿新疆煤化工有限公司，新疆乌鲁木齐 830011；2.新疆大学，新疆乌鲁木齐 830046）

兖矿新疆煤化工有限公司600 kt／a醇氨联产项目包括300 kt／a甲醇装置、300 kt／a合成氨装置、520 kt／a CO2汽提法尿素装置，是兖矿集团在新疆煤电化基地布局的第一个工程，利用新疆本地丰富的煤炭资源（就地转化），采用兖矿集团与华东理工大学共同研发的具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术生产合成气，作为尿素和甲醇生产装置的原料气，具有很好的社会效益和经济效益。

项目配备3台气化炉，运行方式为两开一备，单炉日处理原煤量约1 500 t。装置于2010年5月开工建设，2012年9月正式投料生产，目前已实现安全、稳定、长周期、满负荷运行。项目配套了1套80 000m3／h空分装置，采用林德公司的双内压缩全低压流程；同时还配备了1套液氧后备汽化系统（简称后备氧系统），由1台1 500 m3低压液氧贮槽、3台内压缩液氧泵、1台水浴式汽化器及其附件组成，液氧汽化输送能力为8 000 m3／h，设计上作为空分装置跳车时备用。

1 空分装置及后备氧系统流程简述

利用热电车间提供的9.8 MPa蒸汽驱动汽轮机带动空气压缩机压缩经空气过滤器除去灰尘及机械杂质后的空气，再经预冷和纯化等一系列流程将空气变成液态，液空进入精馏塔，采用低温精馏的方法从液空中逐步分离出液氧、液氮、液氩等低温液体产品，为后系统提供纯度为99.6%的氧气和99.99%的氮气。其中，液氧产品从空分主冷取出，出冷箱进入液氧贮槽，需要使用时，液氧通过液氧泵加压重新返回空分冷箱主换热器换热，复温后变成气体，作为高压氧气产品送至气化装置，并与提前磨制好的一定量的水煤浆在多喷嘴对置式气化炉中发生化学反应，最终生成合成气（CO+H2）供后系统使用。

所谓后备氧系统，即当空分装置跳车时通过对其联锁启动满足气化炉的用氧需求。联锁启动后备氧系统后，液氧贮槽中的液氧经液氧泵压缩后不再经过冷箱中主冷换热器进行换热复温，而是通过液氧调节阀切换进入液氧水浴式汽化器（水浴式汽化器由1.2 MPa蒸汽加热），通过汽化得到气态氧气，气态氧气经氧气管网送至气化炉使用。

2 开车模式

煤化工装置从停车到开车，要先进行降温、降压、减少进料一直到切断原料供应，然后进行设备倒空、吹扫、置换等工作，再经历升温、升压、投料、出料等过程，期间操作变化频繁，各工序和各岗位之间联系密切，如果组织不好、指挥不当或联系不周、操作失误，均很容易酿成事故。600 kt／a醇氨联产项目工序众多、工艺复杂、公用工程系统庞杂，每次停车、开车都会耗费大量的人力、物力、财力。

2.1 常规开车模式

一般情况下，在系统短停后组织恢复生产时，空分装置需热电车间供9.8 MPa高压蒸汽进行暖管、汽轮机冲转、空压机加载、增压机加载、气膨／液膨投用等主要操作步骤，完成空分装置的开车，最终产出合格的氮气和高压氧气外供气化装置，随即气化炉投料、升压查漏及完成并气。其中，空分汽轮机启动分为冷态启动、温态启动、热态启动3种状态，所需时间分别为5 h、3 h、1 h。通常情况下，系统短停后，从气膨投用至产出合格气体产品耗时约36 h；若为空分装置跳车，从气膨投用至外供合格气体产品耗时则为7 h。

2.2 新式开车模式

所谓新式开车模式就是区别于常规开车模式的一种新思路新方法，即在配套的空分装置停车时或空分装置跳车时，人为操作启用后备氧系统直接向气化工段供应氧气，以确保气化炉的开车投料，与此同时完成空分装置的开车，从而缩短系统恢复正常生产的时间，实现节能减排、增产创效。截至目前，尚无化工企业空分装置停车后用后备氧系统供气化炉投料的相关文献报道。

2.3 2种开车模式的比较

常规开车流程：汽轮机启动→空压机、增压机加载→气膨／液膨投用→高压氧外供→气化炉建立氧气流量→气化炉投料→并气。

新式开车流程：后备氧系统启动→气化炉建立氧气流量→气化炉投料→并气。

3 后备氧系统供气化炉投料的可行性分析

正常运行时，液氧从空分主冷取出，出冷箱进入液氧贮槽，通过液氧泵加压后，重新返回空分冷箱主换热器复温后作为高压氧气产品送出；当空分装置跳车时，联锁启动后备氧系统，液氧贮槽中的液氧经液氧泵压缩后通过液氧调节阀切换进入水浴式汽化器，汽化后得到的气态氧气送入氧气管网供气化炉使用。正常运行与空分装置跳车时，虽共用3台液氧泵，但两路却分别单独运行。

气化炉于5.9 MPa（负荷）运行时，单烧嘴耗氧量V耗＝9 600 m3／h；液氧贮槽液位100%时，V＝1 500 m3，液氧密度 ρ＝1 140 kg／m3（标况下氧气密度 ρ标况＝1.429 kg／m3）。而正常运行时液氧贮槽液位一般为85%，汽化后得到的气态总氧气量为 V气＝m÷ρ标况＝ρV÷ρ标况＝1500×0.85×1140÷1.429＝1 017 144.86 m3，则在投后备氧系统后双炉（8个烧嘴）双系统可持续运行时间τ＝V气÷（V耗×8）＝1017144.86÷（9600×8）＝13.24 h。

可见，空分装置跳车切换为后备氧系统供氧后，仍可维持双炉双系统运行约13 h。因此，当系统短停时，只要后系统（气化工段、甲醇净化工段、甲醇合成工段）具备开车条件，就不必等待空分装置开车完成后再进行后系统开车，可以直接利用后备氧系统供单台气化炉投料并保证运行时间至少15 h。

4 新式开车法操作时间节点及关键步骤

（1）确认液氧贮槽液位在60%以上（可满足单炉至少运行10 h）。

新型干法水泥窑协同处置就是利用水泥回转窑设备在焚烧处理废弃物的同时产生熟料。在继承传统垃圾焚烧炉的优点时，有机地将自身高温、循环等优势发挥出来。既能充分利用废物中的有机成分的热值实现节能，又能完全利用废物中的无机成分作为原料生产熟料；既能使废弃物中的有毒有害有机物在新型干法回转窑的高温环境中完全焚毁，又能使废物中的有毒有害重金属固定到熟料中。同时还可以处理垃圾处理过程中产生的臭气和污水浓缩液，能有效防止二次污染。以热盘炉预焚烧为例的焚烧系统工艺流程如图1所示。

（2）确认液氧泵正常和水浴式汽化器满足运行条件（1.2 MPa蒸汽正常供应）。

（3）确认中低压氮气后备系统投用，能为后系统置换提供介质。

（4）据液氧储量和空分装置开车进度，计算确定气化炉投料时间，做好衔接工作，提前进行烘炉、建立水循环及相关的安全逻辑调试等准备工作。

（5）结合空分装置开车进度情况，气化工段按照开车方案执行开车程序。

（6）建立煤浆流量后，空分岗位联系仪控岗位投后备氧系统，但操作之前需开启气化现场氧气放空阀，以防管线憋压。

（7）气化装置接氧时，空分操作人员通过提高液氧泵负荷的方法缓慢增加氧量，外供高压氧，气化现场进行放空。

（8）建立氧气流量，气化炉投料。

（9）气化炉升压并气，后系统接气开车。

（10）空分装置完成开车，产出液氧产品，待装置运行稳定后进行返氧操作（即充实液氧贮槽）。

（11）热电锅炉负荷根据空分装置开车进度作相应调整，保证后系统蒸汽用量。

采用新式开车法时需特别注意以下两点：本后备氧系统中无放空阀，一旦外供气化装置高压氧超量，如系统未及时调节，将导致氧管线憋压，存在重大安全隐患，故需谨慎操作，空分工段、气化工段及调度需密切配合；此外，一定要根据空分装置开车时长（分为冷态、温态、热态启动）估算气化装置投料时间，以便在后备氧系统运行后期顺利衔接空分装置产出的氧气，保证系统的安全、稳定运行。

5 经济效益

空分装置停车时用后备氧系统供气化炉投料的新方式，主要作用是直接利用后备氧系统供单台气化炉投料，而不必等待空分装置开车完成（节省系统开车时间），系统恢复正常生产的时间大约可节省8 h，对于单炉生产甲醇生产线而言，经济效益非常可观：可节省烘炉用天然气，按天然气耗量120 m3／h、天然气价格2元／m3计算，节省费用120×8×2＝1 920元；提前8 h产出精醇，按精醇产量45 t／h、精醇价格2 100元／t计算，其效益为45×8×2100＝756 000元。上述两项合计，直接经济效益为1920+756000＝757 920元。

6 结束语

600 kt／a醇氨联产项目是一个庞大、复杂的系统，系统水、电、气、汽等公用工程管网密集、互相影响互相制约，通过分析，兖矿新疆煤化工有限公司自主首次创新的 “空分装置停车时用后备氧系统供气化炉投料”的新式开车模式取得了成功。该创举大胆设想、小心求证，实践证明可提前气化装置的投料时间，实现节能减排、增产创效。此新式开车模式不仅是大胆尝试、技术革新，更是为后续的生产操作积累了宝贵的操作经验，为化工生产领域开创了新的思维模式，为业内其他企业生产操作模式的创新提供了一些参考与借鉴。