煤化工空分高负荷工况下的运行优化与实践

张双格

摘 要：文章结合公司煤制乙二醇配套40000Nm3/h空分装置的运行实践，通过分析存在的问题，找出解决问题的应对措施，从而实现装置高负荷运行。同时单位产品消耗高压蒸汽得以下降，显著提高了装置的经济效益。

关键词：煤化工;空分;高负荷;应对措施

阳煤平定化工空分装置作为公司2×20万t煤制乙二醇项目的配套装置，对整个煤制乙二醇项目的运行起着关键性的作用。空分装置主要为气化装置提供高压氧气，为乙二醇提供低压氧气，为全厂提供高、中压氮气和低压氮气，总制氧能力为40000Nm3/h。

影响空分装置高负荷生产的瓶颈主要集中在冷损大、氧提取率低、预冷系统分布器堵塞问题、空冷塔填料存在损坏或偏流现象导致出空冷塔压缩空气温度偏高、夏季机组乏汽系统真空度波动、夏季原料空气中CO2超标等。针对以上制约装置高负荷生产运行的瓶颈问题，空分装置实施了一系列优化提升消除瓶颈的措施。

1 存在的问题及对策

1.1 冷损大及应对措施

1.1.1 低温液氧泵冷损

为提高装置负荷，实现40000Nm3/h外供量，将各单元低压氮泵、高压氮泵回流阀逐渐关闭，减少主冷凝蒸发器液氧消耗，使得主冷凝蒸发器液位能在100%负荷下维持稳定。及时检查低温泵泵箱保冷效果，对保冷效果差的泵箱更换珠光砂，冷量损失进一步减少。

1.1.2 板翅式换热器冷损

为减少板翅式换热器冷损，空分装置通过调整进换热器空气量、出换热器产品量，缩小热端温差在3～6℃，以减少热交换不完全冷量损失。

1.1.3 冷箱冷损

装置以各单元停车检修为契机，对冷箱及时补装珠光砂，以减少冷损。

1.2 氧提取率低及应对措施

1.2.1 氧提取率不高

氧的提取率是以产品氧的总氧量与进塔加工空总氧量之比来表示。氧提取率=（氧产量×氧纯度）/（进塔空气量×空气中的氧含量）。当进塔空气量和产品氧纯度一定时，氧提取率的高低取决于氧产量的多少，而氧产量的多少在进气量一定的条件下，主要取决于污氮气中含氧量的高低，只有降低污氮中的含氧量才可提高氧提取率。空分装置结合运行实践，通过降低上塔压力，使上塔污氮气压力维持在20～25kPa，使得更多的液氧冷却下来，维持主冷凝蒸发器液位正常。

1.2.2 降低氧放散率

氧气放散率是指生产的氧（气态与液态）产品中有多少未被利用而放空的比例。放散率ψfs可按扣除利用的部分来计算。

式中：Vqo、Vyo-生产的气氧和液氧总量;V'qo、V'yo-送出的气氧和液氧总量;V'c-储存的产品增量。

空分装置结合运行实践，主要采取以下两点措施降低氧放散率：①关闭各装置氧气放空阀门，送出更多的气氧，降低氧放散率;②保证后备系统液氧储槽有充足的液氧产品。

2 预冷系统换热效果差及应对措施

2.1 分布器堵塞分布效果差

抓住历次停車检修的机会，对空冷塔、水冷塔分布器进行清洗与扩孔处理，分布器分布孔由3.5mm扩径至5mm，并及时清理过滤器，防止杂物进入分布管中阻塞分布孔;通过改造，预冷系统效果明显，空冷塔压缩空气出口温度与低温冷却水上水温度温差由7℃降至4℃。加装循环冷却水远传温度点。针对循环冷却水温度波动对预冷系统影响较大，空分装置循环冷却水温度表全部为现场一次表，存在读数不准的问题，在空压站循环冷却水上水管线上加装了远程温度测量点。通过加装远程温度点，中控操作人员可根据实时温度值调整冷却水量，为装置预冷系统高负荷优化运行提供数据支持。

2.2 填料破损传质传热效果差

空分装置空冷塔及水冷塔为填料塔，是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆的方式放置在支承板上。填料的上方安装有填料压板，以防被上升气流吹动。冷却水从塔顶经水分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与冷却水呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。当冷却水沿填料层向下流动时，若塑料鲍尔环填料破损造成流通通道堵塞，会造成传质效率降低。在检修中，空分装置通过重新装填预冷系统空冷塔和水冷塔填料，挑出破损的填料，较好地提高了传质传热效率，从而提升了预冷系统换热效果，降低了出空冷塔压缩空气的温度，为高负荷运行奠定了基础。

2.3 污氮分配不合理

为确保空分系统冷量平衡，做好污氮气的系统分配，在保障分子筛吸附器工况稳定的条件下，空分对各单元分子筛吸附器的污氮再生气量进行了调整，再生气量设定值控制在40000Nm3/h，加热时间控制在80min左右，冷吹时间控制在140min，冷吹系数设定为1.2。通过对分子筛吸附器再生气量的优化调整，尽可能地减少分子筛吸附器对污氮气的需求，充分利用污氮气冷量，匀出来的低温污氮气进入预冷系统，能有效提升预冷系统制冷效果。

3 机组乏汽系统真空度波动运行不稳定及应对措施

机组乏汽系统真空度波动，容易触发联锁造成机组停车。平定化工空分采用凝汽器来冷却汽轮机后乏汽。乏汽在凝汽器中的换热效果如何，将直接影响机组乏汽系统真空度。

大气温度越高，汽轮机乏汽和循环水的换热温差越小，在凝气器换热面积一定的条件下，所需换热的循环水量越多。如果循环水在最大负荷下换热水量仍然不够，将会导致汽轮机乏汽压力上升。乏汽压力上升，机组真空度下降，将会直接导致汽轮机高压蒸汽消耗增加。通过对空分装置的摸索，针对当地气候特点，入夏前对凝汽器循环水侧管束进行彻底清洗，取得了较好效果，有效地降低了汽轮机排气压力，提高了系统真空度。

保障机组乏汽管道真空度的同时，降低了机组蒸汽消耗。通过实践得出，在设计乏汽压力为20kPa时，乏汽压力每增加5kPa，汽轮机能耗将会增加3%左右。乏汽压力下降5kPa时，按每套机组蒸汽消耗设计值168.5t计算，每小时可节约5.1t高压蒸汽，空分机组每小时累计节约30.6t高压蒸汽。按每t蒸汽100元成本计算，每年将节约高压蒸汽费用432万元。大幅度提高了机组运行平稳性，又能节约运行成本，提高企业效益。

4 纯化系统吸附效果下降及应对措施

夏季时原料空气中二氧化碳含量高：受装置布置及夏季风力风向影响，项目配套的锅炉装置烟囱排放的二氧化碳沉降后严重影响空分装置原料空气质量，空压机入口二氧化碳含量在700ppm～5000ppm之间波动，时间段从每日的10时左右直至下午15时左右持续5个小时，峰值高且持续时间长，远超过空压机吸入口最大允许二氧化碳含量550ppm。

通过对空分DCS画面增加自动弹框，提示操作人员调整分子筛吸附周期，以提升分子筛吸附器吸附效果。当空压机吸入口二氧化碳超过700ppm时，操作人员将人为干预分子筛吸附器吸附程序，缩减分子筛吸附器吸附周期，以应对原料空气中二氧化碳超高现象，维持空分装置高负荷平稳运行，最大限度地降低对板翅式换热器及精馏系统的不利影响，确保装置安全的前提下向氧氮管网保供氧氮。

5 结语

空分装置作为煤化工装置的重要组成部分，确保装置高负荷运行对煤化工装置效益的提升具有关键作用。以上针对特大型煤化工配套空分装置的高负荷工况下运行优化与实践，期望能对同类型空分装置有一定借鉴作用。

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