通过优化空分后备氮气系统提高生产能力的研究

2020-08-14刘专淄矿集团内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017313

化工管理 2020年22期

刘专(淄矿集团内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017313)

0 引言

内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司世林化工分公司30万吨/年煤制甲醇项目，利用巴彦高勒煤矿的资源，采用航天干煤粉气化炉技术，利用纯度99.6%以上的氧气与干煤粉发生化学反应生产甲醇原料气。空分装置采用沈鼓制造的MCO1404和3BCL457压缩机组以及四川空分设备制造公司制作的KDON-28000/32000国产化空分装置，该工艺采用深冷法空气分离技术，通过过滤、压缩、冷却、纯化(净化)、热交换、精馏等过程，利用氧气、氮气沸点的不同，把氧气从空气中分离出来，同时生产液氧、液氮等副产品。空分装置于2017年5月技改后再次开车，装置能力得到不断提升，已达到最大设计能力。

1 项目立项的背景和目的

空分氮气系统主要为全厂提供各等级压力氮气，在保证生产运行、安全停车方面有着不可替代的作用。氮气系统的设计原则为：在正常运行期间由空分分馏装置提供，在突发事故状态下由后备氮气系统提供应急氮气。由于设计上仅考虑停车时的应急需求，其连续性、稳定性不高，同时也未考虑在开车期间的需求供应。特别是在开车期间，气化、甲醇车间的试车和气密氮气需要，只能等空分装置正常后产出氮气后才能进行，造成了一定的开车进度滞后。为此空分车间针对此问题确定了课题方向，成立了课题攻关组，以解决此问题。由于甲醇氨压机、合成压缩机的试车及气化、甲醇气密测试必须在氮气保持稳定供应的情况下进行，现有后备氮气的不稳定性，无法满足。因此我们重点围绕现有氮气系统存在的问题研究解决办法，通过改造提升后备氮气系统的稳定性，以节省开车时间，创造经济效益。

2 项目实施情况

2.1 项目意义与必要性

空分后备氮气系统主要为全厂事故状态下提供氮气，是保证公司安全停车、系统置换、气密试车的重要一环，也是影响开车进度的重要因素之一，因此如果保持氮气的连续稳定供应，对全厂安全生产、加快开车进度都有着重要的作用。

后备氮气系统主要有300m3液氮贮槽及各事故氮泵组成。从液氮贮槽总管(DN100)出来后共分六路，一路去0.45MPa事故氮泵(DN100)，一路去6.5MPa事故氮泵(DN65)，一路去8.1MPa事故氮泵(DN40)。剩下三路，一路去自流充车管线(DN40)，一路去充车泵(DN65)，一路去16.5MPa充瓶泵(DN25)。

2.2 主要相关设备技术参数

主要相关设备技术参数见表1。

2.3 事故氮泵介绍

事故氮泵采用美国ACD公司生产的0.45MPa的单级低温液体离心式泵、6.5MPa的三缸往复泵，8.1MPa的两缸往复泵。在系统停车或事故状态下，为后系统提供各等级压力氮气，其中0.45MPa事故氮泵采用水浴式汽化器将低温液氮复热后输出，6.5MPa及8.1MPa事故氮泵采用空温式汽化器，直接与空气换热器后外送。液氮泵采用往复式低温液体泵。泵的工作部分有缸体、活塞、活塞杆、密封组、进排液阀等组成。泵的缸体是进液和排液的主要容器，处于低温状态，由真空套绝热以保持其内液体长时间的低温。活塞与活塞杆支撑一体、活塞环组采用泄漏很小的涨圈密封形式、活塞杆轴封采用组合式轴向预紧密封，且远离冷端，始终处于热的状态而保持弹性。

进液采用轴向进液、保证了较低的吸入压头，镜像排液出口在泵体中部，排液阀组从接头处装入，装拆方便，不用拆卸泵体的其他零件。缸体进液阀前有过滤器，防止杂质异物进入损坏泵阀和运动部件，排液管接有出口缓冲器，减少高压脉动。传动箱以一台恒力矩的电磁调速电机作为动力源，通过皮带轮监督传动，带动偏心轴、连杆、销轴、十字导承传递动力给活塞杆，并通过中间体悬臂支撑整个泵体。十字导承与活塞杆的连接采用了可微调对中结构，减少了由于对中误差引起的力矩。通过电磁调速电机的控制箱实现恒转矩无级调速，达到改变流量的目的。

表1 相关设备技术参数

2.4 项目技术、产品与国内外同类技术、产品的比较

空分氮气系统的设计原则为：在正常运行期间有空分分馏装置提供，在突发事故状态下由后备氮气系统提供应急氮气。国内空分装置一般考虑停车时的应急需求，无法满足开车前至空分正常生产期间的氮气供应，而空分开车时间较长(热态开车需要超过53h以上)，因此后工序氮气使用经常需要等待，造成开车时间的浪费。

3 项目研究的主要问题及改进目标

空分后备氮气系统存在的主要问题有：(1)后备氮泵吸入口与贮罐充液口在同一条管道上，低压氮泵与贮罐充液同时工作时，氮泵容易汽蚀，不能保持氮气的长期连续供应；(2)液氮泵设计均为单台，当出现故障时无法快速启动，缺少备用设备；(3)保冷材料采用泡沫玻璃材料，该材料在下雨潮湿等环境下容易开裂影响造成冷损较大，进一步加剧气蚀。

针对以上问题，主要考虑通过以下方式进行解决：(1)将贮罐充液口与氮泵吸入口分开，解决汽蚀问题；(2)增加备用氮泵，保证主泵故障时可立即启动；(3)研究更换新型保冷材料，减少液氮汽化率。通过本次创新改造，可以保证氮气稳定供应，保证开车阶段的甲醇氨压机、合成压缩机的试车及气密测试的氮气需要，保障大修停车时提前开车16h以上，在小修停车时提前开车3h以上，全年共有1次大修2次小修，全年可提前开车22h。

4 项目实施方案

4.1 贮槽进液及泵入口共用管线的分离改造

液氮贮槽原设计仅有一个总管(DN100)，出来后共分六路，一路去0.45MPa事故氮泵(DN100)，一路去6.5MPa事故氮泵(DN65)，一路去8.1MPa事故氮泵(DN40)。剩下三路，一路去自流充车管线(DN40)，一路去充车泵(DN65)，一路去16.5MPa充瓶泵(DN25)。

由于多台泵公用一个总管，贮槽的进液管道也通过此管道进入贮槽，当槽车向贮槽的充装末期，容易产生气液夹带，气体进入泵入口就容易导致泵气蚀，而中断供液。根据现场流程，由于贮槽属于特种设备无法再单独引出进液管，因此将贮槽内增压管道作为临时充装管道，使得贮槽进液与泵的入口管道进行隔离，避免了充装贮槽时产生的汽液夹带导致的气蚀发生，如图1所示。

图1 贮槽进液与泵的入口管道隔离示意图

4.2 增加国产6.5MPa氮泵系统一套

根据后工序的使用需要，主要对6.5MPa氮气系统的使用频率和需求量较大，综合考虑新增加一套6.5MPa氮泵。将新购置的国产夜氮泵与现有6.5MPa事故氮泵进行并联，公用一个空温式汽化器。主要增加的材料包括：1台SBP-6200/650低温液体泵；1个7751防雨变频柜；5个KDJ型低温截止阀；1个KDA21Y-220P低温安全阀、止回阀；43m304的管道、管材；80kg聚氨酯管道保冷材料。