大型空分装置在运行调试中有关问题的对策探析

对策探析

摘要：以空分调试工况为依据，收集空分冷态恢复、负荷调节、氮塞过程中常见的问题，归纳总结出了相应的处理方法，为保证空分的稳定运行提供指导作用

关键词：冷态恢复；负荷调节；氮塞；处理方法 1.华能IGCC空分流程及技术特点概况

为满足煤气化装置生产需要，安装了一套开封空分集团生产制造的46000NM3/h内压缩流程制氧机。该机组空压机、增压机分别采用陕鼓、沈鼓制造的用上海电机拖动的大型离心式压缩机。整套空分采用卧式、双层的前端净化装置；精馏塔下塔采用筛板塔、上塔采用规整填料塔；采用ACD公司制造的增压透平膨胀机；无氢制氩工艺的双泵内压缩流程，其氧、氮产品通过低温液体泵分别送到空分高压板换进行气化升压然后送入管网供后续工艺系统使用；空分变负荷操作范围在75-100%之间。

2．空分冷态恢复时常见问题及处理方法 2.1常见问题

IGCC空分调试过程发生了多次有计划停车和事故停车。停车后精馏塔精馏工况受到破坏，低温液体顺着精馏塔往下运动，下塔、主冷液位急剧上涨。在此状态下恢复系统常会遇到板式换热器热端温差难控制、低压空气进入系统不稳定、上塔压力高等问题。

2.1.1板式换热器热端温差难控制

板式换热器热端温差的控制是空分运行操作中必须关注的问题，设计温差一般在3-4℃左右，其温差过大对系统的负荷和能耗有直接的影响，当板式换热器返流气体的温度低于-30℃时，碳钢管道发生低温脆裂的几率骤然增加。空分冷态恢复的初期由于高压板式换热器内遗留有大量的低温液体，进塔空气温度未达到饱和温度、主冷热负荷大、以及调试初期阀门PID尚未完成调试无法投自动控制等，板式换热器的热端温差在极端工况下达到了-20℃。

2.1.2低压空气进入系统不稳定、上塔压力高

空分冷态恢复的难度相比空分的整体启动在操作难度上要大，操作相对集中，遇到的问题急，出现问题的破坏性大。冷态恢复过程中由于板式换热器工作尚未正常，进塔空气的温度偏高造成主冷负荷大，塔内的低温液体大量蒸发，并使上、下塔压力偏高。膨胀机启动的初期如果负荷调节不合理，上、下塔各个节流阀没做相应的调节会造成低压空气进塔量缓慢减少，并导致低压板式换热器的热端温差逐渐加大，主冷液位消耗，进塔空气量反复波动。

2.2处理方法

2.2.1冷态恢复前消耗高压板式换热器内的低温液体

空分冷态恢复的初期，高压板式换热器内如果遗存大量的低温液体对系统恢复的时间及板换热端温差的控制会带来极大的影响，经过摸索采取有效的处置措施能取得很好的效果。在空分事故停车时，立即对低温液体泵进行隔离，通过排除阀排放高压板式换热器内的液氧和液氮，在下次冷态恢复初期，增压机启动后，打开高压节流阀门10HV1508，待液氧、液氮全部气化后再启动膨胀机。在空分计划停车时，低温液体泵停机后立即对其进行隔离，在膨胀机停车后，增压机继续保持运行20分钟，高压节流阀门10HV1508保持50度开度，确保高压板式换热器内的低温液体气化后排出。

2.2.2膨胀机启动过程中适时加载负荷

膨胀机启动过程中需跨越两个临界转速，及5000-9000转与16000-20500转，膨胀机启动过程中既要防止低压空气进塔量减少、板换热端温差过大，又要

争取冷态恢复时间。增压机启动后，立即启动膨胀机，当膨胀机跨越第一临界转速及9000转后，控制其处于低转速、低负荷运行。膨胀机在低转速状态下运行时稳定空分工况，逐渐开大污液氮、贫液空、富氧液空节流阀，增大低压空气进塔量，稳定板换热端温差。空分工况初步稳定后继续加载膨胀机负荷，直至跨越第二临界转数。

3.空分变负荷的常见问题及处理方法

为满足气化炉的生产及今后电网负荷变化的需要，空分需要经常进行变负荷调节。同时，空分变负荷是降低IGCC厂用电消耗、适应电网需要的重要手段，空分变负荷调节及加工空气量、产品产量的调节，其变负荷能力主要取决于精馏塔、压缩机和膨胀机的变负荷能力，在变负荷的运行操作中常会遇到主冷液位波动大、产品纯度波动大、工况不稳定等问题，通过调试发现空分设备的性能受人力控制的因素较小，运行操作应该从冷量平衡、物料平衡多方面进行考虑。

3.1常见问题

3.1.1冷量与空分负荷不匹配

空分的冷量通过节流和膨胀两种方式产生，运行过程中空分属于动态稳定的状态，板换热端温差的冷损和装置本身与外界环境的冷损及空分总冷损，只有通过膨胀和节流产生的总制冷量与总冷损相等时空分才能稳定运行。负荷调节过程中板换热端温差波动较大、液体产量不相同，因此负荷调节时膨胀和节流量需要进行相应的调整。空分调试过程中由于冷量与负荷调节不匹配主冷下层液位曾高达4500mm，主冷温差缓慢降低到1℃以下，低压空气进塔量由6万逐渐降到3.5万。

3.1.2氧、氮产量与空分负荷不匹配

氧、氮产量与空分负荷不匹配是空分调试及运行过程中的常见问题，调试过程中由于未充分重视其影响导致上塔低压氮气和氧气的纯度长时间未达到设计值。

3.2处理方法

3.2.1确保板换热端温差，坚持膨胀量与负荷调整同时进行

主冷液氧液位是衡量空分冷量是否平衡的重要标志。负荷调节时需通过高、低压板换污氮与低压氮返流量的调整将板换热端温差控制在设计值以内，液位逐渐下降说明冷量欠缺需要增加膨胀量，液位上涨说明冷量过剩需要降低膨胀量。通过调试发现主冷下层主冷液位控制在3500mm，上层液位控制在2500mm时，主冷液氧侧温度达到-180.6℃，液氮侧温度达到-178.7℃，此时空分负荷能达到95%以上并能实现稳定运行。

3.2.2坚持空气量与产品产量协调调整

正常运行时负荷调整可以先调整空气量后调整产品产量也可先调整产品产量后调整空气量，虽然调节方式不同但都必须根据工况对上下塔回流比进行调整并确保空气量与产品产量的匹配。

4.空分氩系统调试过程中“氮塞”的原因及处理方法 4.1“氮塞”的原因

分子筛吸附器的切换、主冷液面波动、氩馏份抽取量过大、液空进上塔的流量突然增加、液氮进上塔量过大都会直接或者间接引起上塔馏份抽口上方氮区下移，氩馏份的抽取量过大会造成馏份中的氮含量过高，使馏份中氮含量升高，从而导致“氮塞”，粗氩塔顶部TI1572温度呈下降趋势。

4.2 “氮塞”的处理方法

首先，减少馏份的抽出量10%，同时增加粗氩气放空量20％。在不影响上塔低压氮气纯度的情况下适当减少液氮10FV1502进上塔量。其次，增加进塔空气量2％～3％。通过以上操作轻微氮塞应可以很快得到控制。若TI1572温度值仍持续下降，粗氩I塔、精氩塔换热器温差减小，无法正常换热，主塔底部富氧夜空液位极具上涨可视为严重氮塞。此时，应快速将馏份取出量减少40％，同时快速开大放空量40～50％；减少液氮进上塔量；增加加工空气量4％～5％；适当减少氧气或氮气产量。消除氮塞后逐步恢复正常工况，运行过程中如出现较严重的氮塞，不宜盲目地做过大的调节，影响产品的正常供应。

5.结束语

空分的冷态恢复、负荷调节、氮塞处理是空分调试及运行过程中常见的问题，及时、高效的判断事故的原因并采取合理的处理手段是运行生产必须培养的能力，以上分析可为空分稳定运行，突发事故处理提供指导性作用。