制氧空分机组停运后加温方法的比较

樊新庆

（宝钢集团八钢公司能源中心）

1 前言

空分设备经过长期运转，在分馏塔的低温容器和管道可能产生冰、干冰或机械粉末的沉积，阻力逐步增大最终导致在产量和纯度上达不到规定指标。因此，一般空分设备运转两年后，要对分馏塔进行加温解冻以去除这些沉积物。针对周期性运行行业，空分机组一般在一年内运行八九个月后停运三四个月再次投运，空分机组在停运后及投运前需要进行加热处理。对空分设备的加热处理有常规加温法、低压氮气加热法、自然加温法。八钢制氧空分机组对停运后加热法进行了尝试。

2 空分机组停运后的加温方法介绍

2.1 常规加温法

空气吸入压缩——压缩空气的冷却——压缩空气的净化——送入空分塔内进行加温。干燥的常温空气通过换热的原理，不断地将低温下的空分塔逐步加温至常温。在此加温过程的时间段内所需消耗的压缩空气、净化电耗、水耗较大。此加温方式的优点是加温所需时间短，大约需72小时，加温吹扫同时进行；加温时，要保证各部分温度缓慢而均匀回升，避免温差过大损坏设备或管道。加温过程中对所有的测量、分析等检测管线的加温和吹除亦必须同步进行。

具体操作：（1）空分机组停机前，为减少排液时间，减少低温液体排放的浪费，提前停运精氩系统、粗氩系统，将两系统内部的低温液体回上塔后充入储槽。（2）由于空分机组停运后集中排液时间一般不超过8小时，同时排液所需的气化热源为空气，空分机组停运后空压机不停运，空气预冷系统及纯化系统均正常运行，直接使用空气气化器内气化低温液体。（3）空分机组停机后，关闭机组所属全部阀门，排放下塔、主冷、粗氩冷凝器、放粗氩塔Ⅱ液氩、纯氩冷凝器、蒸发器及各管路内的所有液体。（4）保持空气透平压缩机、空气预冷系统、分子筛纯化系统正常，空气压力保持在0.45-0.50MPa，加热初期需要空气量为总的空气量60%，随着空分机组内部温度的升高，所需空气量逐渐下降到总的空气量30%。（5）按加温流程及顺序开启各阀。（6）当加温气出口的气体温度升至0℃以上时，打开加温管路上的检测管线，当加温气体的进出口温度基本相同时，加温结束。

2.2 低压氮气加温法

此方法是将原常规加温法中来自空压机、纯化器的压力为0.48MPa的压缩空气改为其它空分机组主换热器出来的常温氮气，将其机组加热由以往的一步完成分为两步进行：第一步，使用其它空分机组的氮气将需要加温的空分机组内部管道、容器温度提升至常温；第二步在本空分机组启动时，使用纯化器来的压力空气对容器、管道、仪表管线中的杂质吹扫。工艺流程见图1。

图1 空分机组工艺流程简图

（1）各空分机组之间出主换热器的氮气管道系统联网，使氮气在各空分间自由分配，也便于氮压机不受限制的启、停。

（2）自空分机组停机前，为减少排液时间，减少低温液体排放浪费，提前停运精氩系统、粗氩系统，将粗氩系统内部的低温液体回上塔后充入储槽。

（3）空分机组停机后，关闭机组所属全部阀门，排放下塔、主冷、粗氩冷凝器、粗氩塔Ⅱ液氩、纯氩冷凝器及蒸发器、各管路内所有液体后关闭相应排放阀，使用其它气体（氮气或其它机组空气）在气化器内气化低温液体；同时停运空分机组所属空压机及相关空气预冷系统、纯化系统等辅机。

（4）打开需要加热的空分机组氮气输送阀V103，将其它空分机组富裕压力为12kPa的常温加热用氮气通过管网引入系统，加热用氮气进入主换热器氮气通道，沿着通道经过液空（氮）过冷器进入上塔顶部，通过上塔底部主冷液氧及氧气进主换热器排放阀V304排出系统完成对上塔的加热。

（5）打开液氮送上塔阀HV2，将上塔氮气引入下塔顶部，打开下塔底部液空排放阀V312，氮气自下塔顶部流向底部排出完成对下塔的加热。

（6）打开粗氩Ⅱ塔出口工艺氩排放阀HV751，来自上塔中下部氮气通过馏分管进入粗氩Ⅰ塔，由粗氩Ⅰ塔顶部引出进入粗氩Ⅱ塔底部，自下而上的对粗氩Ⅰ、Ⅱ塔进行加热后氮气通过粗氩Ⅱ塔出口工艺氩排放阀HV751排出。

（7）打开粗氩Ⅱ塔出口工艺氩进精氩塔阀HV702，加温氮气进入精氩塔中部，同时打开精氩塔顶部余气放空阀对其中上部进行加热；打开精氩塔底部产品液氩排放阀对其中下部进行加热。

（8）根据氮气的富裕程度及上塔压力大小打开氧气出主换热器放空阀、污氮进水冷塔阀对主换热器氧、污氮通道进行加温，由其结构决定主换热器空气通道随着氧、氮、污氮通道升温自然回升温到常温无需单独加热。操作要点是氧气、污氮放空阀开度的根据出主换热器温度来控制，防止冻坏常温管道。

（9）在空分机组使用氮气加热升温期间，通过调整排放阀开度来控制各容器、管道温度，尽量使温度均匀升高。各部温度均高于-100℃后，将各容器间联络阀逐步打开，保持气体通过，使管道与容器同步变形，减少应力集中损坏管道。如液空进上塔阀HV1打开20%，液空进粗氩冷凝器阀HV702打开100%，粗氩冷凝器液空回上塔阀打开，压力氮进精氩蒸发器阀、液氮出精氩蒸发器回上塔阀、液氮进精氩冷凝器阀、氮气出精氩冷凝器回上塔阀等。低压氮气加温温升曲线见图2。

图2 空分机组低压氮气加温主要温度温升趋势

通过各容器、管道排放阀开度控制温度上升速度及均匀程度，待各部温度均达到常温时加热完成，关闭以上操作的所有阀门。在本空分机组下次启动时，使用空分机组纯化器来的压力空气吹扫容器、管道、仪表管线清除杂质后正常启动即可。由于氮气为窒息性气体，为防止发生意外事故，尽量排放到专用排液系统中在不能进入的区域设置警戒区，防止氮气窒息事故发生。

2.3 自然加温法

此方法是在保障空分机组系统内部各容器均为正压的基础上，首先利用外界的热量通过冷箱表面、珠光砂、容器壁面传导进入空分系统进行加温的一种方式。在本空分机组启动时，使用压力空气吹扫对容器、管道、仪表管线清除杂质。

具体方法：（1）在空分机组停机后，及时停运机组所属空压机，将各容器内的低温液体排净，关闭所有工艺阀门。（2）上塔保压，通过空分氮气输送阀将管网系统中其它机组的低压氮气，引入空分机组主换热器氮气通道，通过主换热器氮气通道进入上塔。（3）上塔氮气通过液空进冷粗氩凝器阀HV702，液氮进精氩冷凝器阀HV706分别对其冷凝器进行保压；通过馏分气体管路进入粗氩Ⅰ塔底部由氩Ⅰ塔顶部出来进入粗氩Ⅱ塔底部，又通过粗氩Ⅱ塔顶部工艺氩调节阀HV705进入精氩塔对氩系统进行保压。（4）上塔氮气通过下塔送上塔液氮、液空阀进入下塔对下塔进行保压。（5）下塔氮气通过压力氮管道进入精氩塔蒸发器后通过调节阀回上塔对精氩塔蒸发器进行保压。（6）主换热器氧气、污氮、空气通道，膨胀空气换热器，液氮、液空过冷器各通道均与相关系统直接连接，可以与系统同时进行保压。

通过以上操作，确保空分机组内部各系统均为正压，防止产生负压吸入外界空气污染系统；随着时间的延续，外界热量通过传导不断进入系统，机组内部温度均匀上升达到常温。温升曲线见图3。

图3 空分机组自然加温主要温度温升趋势

（7）待空分机组启动时按照正常加热过程后期的吹扫操作对整个系统进行继续升温、吹扫。

自然加温的特点为操作简单，无需新增能源消耗，不产生额外噪音，管道变形小。4万m3/h空分机组上塔和粗氩塔II热胀冷缩最高可达200mm，日均变形1.75mm，应力释放均匀，缺点是耗时较长。如2万m3/h空分机组，在夏季的自然加温时间为57天，4万m3/h空分机组，在冬季的自然加温时间为114天。

3 三种加温方式的比较

3.1 常规加温法

此方法操作复杂，需要消耗空气压缩电耗，如2万m3/h空分机组需要消耗电能57.6万kW·h。空气放空产生较大噪音，管道变形大，日均变形67mm，应力释放集中，设备损坏几率偏高。优点为耗时短，一般3天可以全部加热完成。

3.2 低压氮气加温法

此方法操作简单、不消耗电能仅消耗部分富裕氮气，不产生额外噪音，管道变较小，日均变形28.6mm，应力释放均匀，设备损坏程度较低。缺点是耗时长，一般7天可以全部加热完成。

3.3 自然加温法

自然加温的特点为基本无需操作，不消耗电能也不消耗其他介质，不产生额外噪音，管道变形小，日均变形1.75mm，应力释放均匀，设备损坏程度几乎可以忽略。缺点是耗时较长，如2万m3/h空分机组，在夏季的自然加温时间为57天；4万m3/h空分机组，在冬季的自然加温时间为114天。

4 实践应用案例

八钢制氧1#2万m3/h空分机组，于2018年4月7日停运，2018年11月5日启动，使用自然加温法进行系统保压自然升温。启动前氧气出上塔温度达到8.8℃、粗氩出冷凝器温度为10.8℃。由于机组各部温度均在8℃以上，所以不需要进行加温作业，而直接进行系统吹扫作业。11∶30分开始送空气进行吹扫，同时对仪表、检测管线进行吹扫，14∶48氧气出上塔温度为12.8℃、粗氩出冷凝器温度12.2℃，检测各容器露点均低于－65℃，加温吹扫完成。此台空分机组停运时间较长，停运季节为夏季。采用自然加温法吹扫耗时只有3.3h，远远低于常规加温法。

5 结束语

对空分机组停运后的加温应综合考虑时间、安全、能耗、设备保养等因素的影响，根据不同情况进行合理的选择。如时间不紧的情况下，可以采用能耗低、利于设备保养的低压氮气加温法及自然加温法，尽量做到热应力逐步、均匀释放，利于空分设备，提高设备使用寿命，而且节约能源。低压力温法和自然加温法，操作相对简单，而且噪音符合环保要求。