1201*空分裝置設備及運行總結

KDONAr-1201*/201*0/400空分裝設備及運行總結

張明榮劉發(fā)友朱衛(wèi)東韓學華劉連剛

（山東壽光巨能特鋼有限公司，山東壽光262711）

摘要：簡要介紹了KDONAr-1201*/201*0/400空分裝的一些設備特點，對運行中出現(xiàn)的問題進行分析并采取改進和修正措施，提高了空分裝的安全穩(wěn)定性。

關鍵詞：空分裝；設備；運行；總結

山東壽光巨能特鋼有限公司于201*年9月投運的KDONAr-1201*/201*0/400型空分裝，采用DCS控制、全低壓常溫分子篩吸附純化、增壓透平膨脹機制冷、規(guī)整填料塔全精餾無氫制氬和氧、氮外壓縮流程。現(xiàn)將該空分裝的一些設備特點以及運行中出現(xiàn)的問題處理進行總結如下，供同行參考。1、空壓機進氣過濾系統(tǒng)

空壓機進氣過濾系統(tǒng)采用自潔式空氣過濾器，處理氣量按照空分運行所需氣量（61500m3/h）的2倍考慮，主要是因為在二期技改項目中還配套一臺進口阿特拉斯10000Nm3/h/0.9MPa（A）的壓縮空氣用離心式空壓機，因此將這臺離心式空壓機與空分用空壓機的空氣過濾系統(tǒng)合二為一，在不增加總的設備投資的前提下，充分利用了空分用主空壓機的空氣過濾系統(tǒng)的優(yōu)越性，提高了壓縮空氣最終可用壓縮空氣的氣量和質量，也降低了其進氣過濾器的更換費用（進口空壓機進氣過濾器的價格非常高）。2、空壓機系統(tǒng)

空壓機系統(tǒng)配套沈鼓集團的DH80-26型離心式壓縮機，從壓縮機的整體運行情況來看，振動、軸承溫度等都比較正常，但有以下幾個方面的問

題值得注意：

2.1由于壓縮機隨機配備的四級排氣管道波紋管膨脹節(jié)安裝不當致使四級蝸殼被膨脹節(jié)產生的盲板力拉裂，后經生產廠家、設計單位以及我公司技術人員共同分析，根據現(xiàn)場實際情況去掉了波紋管膨脹節(jié)重新進行配管設計、安裝后運行正常。通過這件事說明在工程設計施工中一定要徹底了解所用設備的性能和特點，不能有一絲差錯，否則可能會適得其反。

2.2空壓機進口導葉內裝有22只普通62H型軸承，在空壓機運行初期我們的運行方式是開大空壓機進口導葉，使空壓機出口放空防喘振閥維持較大放空量，當純化系統(tǒng)切換時利用防喘振閥壓力跟蹤調節(jié)功能調整出口壓力在設定數值，但是這種運行方式不但出口壓力波動較大，放空量也較大，即空壓機能耗較高，另外還會使軸承由于長時間不動作而積灰較多轉動不靈活。針對以上情況我們調整了空壓機運行方式，即在正常運行時使空壓機出口放空防喘振閥基本在關閉位，當純化系統(tǒng)切換時手動調節(jié)進口導葉與防喘振閥出口壓力調節(jié)配合維持出口壓力在設定數值，不但減小了出口壓力波動幅度，也減小了放空氣量，降低了空壓機能耗，并且由于調節(jié)進口導葉時軸承也隨之動作，避免了軸承積灰較多轉動不靈活故障的發(fā)生。

2.3由于空壓機隨機配備的排油煙風機油煙分離器分離效果不好，使排油煙出口處到處是油污，不但影響了環(huán)境美觀，并且在風大時飄入空壓機進氣過濾系統(tǒng)，造成了較大的安全隱患。我們經過與同行人員進行交流并經過仔細分析后，利用油、煙比重不同的原理自制油煙分離器，運行效果很好，徹底解決了油煙分離分離不徹底的問題。

3、空氣預冷系統(tǒng)

空氣預冷系統(tǒng)主要有兩個特點，一是按照產品氮氣使用最小量考慮進行設計，使污氮氣和產品氮氣沒有放空全部被利用，并且將出空冷塔空氣最高溫度設計為18℃，把冷水機組只作為緊急備用，從而提高了系統(tǒng)運行的可靠性。二是在空氣冷卻塔頂部設有慣性分離器及絲網分離器，確保冷卻后的工藝空氣中無游離水份進入分子篩純化系統(tǒng)。有以下幾個方面的問題值得注意：

3.1由于冷凍水回流與冷凍水泵入口管直接相連，所以在冷凍水回流閥開啟的情況下空冷塔內空氣會通過冷凍水回流管路進入冷凍水泵入口，從而造成冷凍水泵無法起動。后來我們將冷凍水回流管路改接至水冷塔本體，使冷凍水泵可以順利啟動。

3.2201*年4月由于空壓機勵磁系統(tǒng)故障發(fā)生空壓機跳車事故，由于沒有及時關閉空冷塔水位自調節(jié)閥，致使循環(huán)水倒流回空冷塔，幸虧發(fā)現(xiàn)及時未造成空壓機進水和分子篩進水事故，發(fā)生此次事件后規(guī)定空分設備停車后必須將空冷塔水位調節(jié)閥打手動并關閉，確�？諌簷C和純化系統(tǒng)安全。

4、分子篩純化系統(tǒng)

分子篩純化系統(tǒng)按照最高進氣溫度18℃設計，而在空氣預冷系統(tǒng)正常運行不投水冷機組的情況下進氣溫度一直≤16℃，因此分子篩純化系統(tǒng)吸附雜質的富裕量較大，從而提高了分子篩純化系統(tǒng)運行的安全保證性。曾經出現(xiàn)過的問題只有一個，就是在空分裝投運初期，由于兩組分子篩純化系統(tǒng)切換時空氣壓力波動大影響了空分精餾系統(tǒng)運行工況的穩(wěn)定性，后

來對兩組分子篩切換時各個階段閥門開度進行了適當調整，并在切換時調整空壓機進口導葉開度進行配合，使空氣壓力幾乎無波動，保證了空分精餾系統(tǒng)運行工況的穩(wěn)定性。5、膨脹機系統(tǒng)

膨脹機系統(tǒng)包括兩臺完全獨立運行的高效增壓透平膨脹機，從實際運行情況來看運行效率、振動以及軸承溫度都達到了設計要求，只是由于流量計安裝在了增壓空氣回流管路上不能反映真實的膨脹空氣量，對精餾工況的調整增加了難度。在膨脹機試車階段發(fā)生過一次事故，具體情況如下：在正常起動1#膨脹機后起動2#膨脹機時，發(fā)現(xiàn)隨著2#膨脹機的轉速逐步增加但其膨脹空氣流量幾乎不變，并且停1#膨脹機時2#膨脹機也同時停止運行，另外在1#膨脹機停運是2#膨脹機無法單獨啟動，經仔細檢查發(fā)現(xiàn)2#增壓機進氣閥門損壞無法打開，將這個閥門更換后一切恢復正常。6、分餾塔系統(tǒng)

分餾塔系統(tǒng)包括氧、氮精餾系統(tǒng)和氬精餾系統(tǒng)，氧、氮產品的產量和質量現(xiàn)均已達到設計要求，氬產品由于由于設備存在一些不完善之處而問題較多。分餾塔系統(tǒng)從開始運行到現(xiàn)在主要有以下幾個問題：

6.1在氧氣壓縮機尚未運行時下塔液空含氧量比較穩(wěn)定，但在氧透投入運行后，液空含氧量經常發(fā)生大的波動，開始以為是氧壓機壓縮量調整時空分氧氣產量調節(jié)閥調節(jié)滯后原因引起的，但是經過一段時間觀察后才發(fā)現(xiàn)是由于氧壓機放空位正好對著空壓機入口過濾器，每當氧壓機放空時氧氣進入空壓機使空氣含氧量變化而造成空含氧量的波動，將氧壓機放空位調整后此現(xiàn)象得到徹底解決

6.2201*年4日月由于空壓機故障跳車使空分系統(tǒng)停運，4小時后重新啟動空壓機投運空分系統(tǒng)。操作人員在往空分下塔送氣時發(fā)現(xiàn)進下塔的空氣量很大并且波動也較大，空壓機壓力在0.3～0.4MPa之間波動，主冷液氧液位立即下降，上塔阻力上升，然后下塔液空液位上漲，去上塔液空調節(jié)閥自動開大，上塔液氧液位、阻力及氧氣純度呈周期波動。這是一起典型的上塔液懸事故。我們立即通過分析后立即進行了相應處理：關閉下塔回流液氮閥，稍開液空進粗氬冷凝器調節(jié)閥轉移部分冷量，等工況穩(wěn)定后逐步開大下塔回流液氮閥將空分系統(tǒng)逐步投入正常運行，并且在整個過程中密切關注空壓機壓力、流量。通過這次事故，使我們認識到在空分操作中不能不加分析的盲目操作和千篇一律的操作，必須根據實際工況認真分析并及時做相應的操作調整才能保證空分系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、運行。

6.3本套空分裝氬系統(tǒng)為規(guī)整填料塔無氫制氬系統(tǒng)，通過粗氬Ⅰ塔和粗氬Ⅱ塔除去氬中的氧，得到的（＜2PPmO2）的氣態(tài)工藝氬進入精氬塔除氮（＜3PPmO2）后得到合格的液氬。但由于粗氬Ⅱ塔設備的問題，進入精氬塔的工藝氬是氣、液混合物，并且氣、液比也不穩(wěn)定，使精氬塔的壓力、阻力波動比較大，反過來又影響了工藝氬流量的波動，使粗氬Ⅰ塔和Ⅱ塔的精餾工況也一直波動從而影響了粗氬塔的除氧能力，另外由于氬系統(tǒng)粗氬冷凝器氬側未安裝不凝氣排放閥，使不能被工藝氬氣、液混合物帶走的少量不凝氣逐漸累積，致使粗氬冷凝周期性發(fā)生氮塞事故。以上問題的存在使氬系統(tǒng)的運行很不穩(wěn)定，雖然我們經過長時間的摸索，通過采取調整粗氬冷凝器液空通過量和其回上塔溫度等措施相互配合使液氬產量從廠家調試時的120Nm3/h提高到現(xiàn)在的390Nm3/h，但已接近極限很難再有提高，

并且液氬產品的含氧量雖然平均值＜2PPmO2，但是一直在1～3PPmO2之間波動，另外運行人員必須頻繁調整運行工況使其在可控范圍之內。通過對一年多時間的運行工況的認真分析，我們向生產廠家提出了兩方面的改造建議：一是在工藝氬進精氬塔管路上增加氣、液分離器保證進入精氬塔的工藝氬全部為氣態(tài)；二是在粗氬冷凝器氬側加裝不凝氣排放閥，這樣可以使工藝氬氣、液混合物無法帶走的少量不凝氣能及時排出，避免粗氬冷凝周期性氮塞事情的發(fā)生。其中第一個建議已得到生產廠家的積極響應和充分肯定，他們在其新制造的所有帶氬空分裝上全部配了氣、液分離器，從運行情況看效果比較好，達到了預期目的，我公司也已決定在空分裝停機時進行加裝。7、結束語

通過全過程參與該套空分裝的建設和運行工作，使筆者對空分裝的認識有了很大提高，對一些問題的處理也積累了一定的經驗，但由于筆者從事空分時間較短，對于問題的分析和處理還有許多不當之處，所述問題難免存在偏頗。另外對于文中借鑒同行業(yè)類似問題處理部分，在此一并致謝。作者簡介:

劉連剛(1975－),男，工程師，1997年畢業(yè)于山東工業(yè)大學電廠熱能動力工程專業(yè)，現(xiàn)任山東壽光巨能特鋼有限公司動力廠副廠長兼制氧車間主任，負責制氧車間空分機組的運行和維修等工作，曾在《深冷技術》發(fā)表文章兩篇。

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江陰華西氣體有限公司1201*m3/h空分設備一次開車成功開封黃河空分集團徐浩王好民宋迎賓

國內空分行業(yè)已經普遍采用全低壓分子篩吸附預凈化、帶增壓透平膨脹機、規(guī)整填料上塔、全精餾制氬、DCS計算機控制及優(yōu)化等空分新技術。但各制造廠家在設備的穩(wěn)定運行、性能指標保證，尤其是氬產品提取的情況各異。

由于氬在空氣中僅有0.932%的含量，氬沸點介于氧、氮之間，分離難度偏大；帶氬空分設備相對氧、氮空分設備配置多，工藝流程復雜，粗氬塔工況的建立對主塔的工況要求高；氮塞溫度區(qū)間小，冷箱一般高于55M，對分餾塔系統(tǒng)應力補償要求嚴格等一系列的客觀因素，使得全精餾制氬技術的掌握有一定的難度。

不少已運行的空分設備，往往是氧、氮產品能夠達標，但制氬系統(tǒng)總是難以正常投運。由于投氬后造成主塔工況的不穩(wěn)定，用戶不得已而停止了制氬系統(tǒng)的工作，給設備的驗收考核留下遺憾。

因此，空分制氬業(yè)績往往成為用戶用來直接評價制造廠技術實力和產品質量的重要標準。

開封黃河空分集團為了提高設備的總體性能，特別是在氬產品的制取方面，以確保全精餾制氬系統(tǒng)的可靠運行為課題，開展了技術攻關。我公司在總結空分設備運行經驗的同時，收集了大量空分現(xiàn)場實際運行數據，結合設備設計制造過程中的質量控制狀態(tài)綜合分析制定措施，找出了解決氬產品投運難的過程控制方法。主要有：利用ASPEN軟件模擬計算成套空分工藝流程，優(yōu)化設計參數；精餾系統(tǒng)的合理組織及計算，重點確定上塔的氬餾分抽氣位置，并改進內部結構，以確保氬餾分的質量及穩(wěn)定；配套單體設備熱力計算，結構設計的優(yōu)化；采用公司特有的塔器設計制造技術，嚴格控制上塔、下塔、粗氬塔、精氬塔的制造質量；空分設備的計算機控制及優(yōu)化技術應用到位。慎重選取各系統(tǒng)所涉及到的各類閥門、孔板、分析儀以保證計量分析調節(jié)的準確性；PDMS工程配管軟件、CERSAR-Ⅱ應力分析軟件的應用和開發(fā)，確保分餾塔系統(tǒng)管路應力補償的安全性。

黃河空分從設計源頭到制造過程中的每道工序都嚴格質量控制，不斷實踐、改進、提高，終于收到了良好的效果。目前，我公司自行開發(fā)設計制造的帶氬空分裝置已形成產品系列，KDON-3800/4000型、KDON-4500/4500型、KDON-6000/6000型、KDON-10000/10000型、KDON-1201*/1201*型、KDON-15000/15000型空分設備均已正常投運，氬產品的產量和純度均達到或超過設計要求，成套裝置的成功投運率100%，穩(wěn)居國內領先水平。江陰華西氣體有限公司1201*空分設備一次開車成功，為黃河空分集團全精餾制氬空分設備系列再添奇葩。

KDON-1201*/21000/420型空分設備系黃河空分集團供江陰市華西村第五套空分設備。于201*年6月1日開始安裝，201*年1月24日一次試車成功，201*年4月6日順利通過考核，各項性能指標均達優(yōu)于設計指標。具體運行參數見下表：項目氧氣產量（Nm3/h）氧氣純度(%)液氧產量（Nm3/h）液氧純度(%)氮氣產量（Nm3/h）氮氣純度液氬產量（Nm3/h）液氬純度1.工藝流程方案：

設計值1201*99.6201*9.62100010x10-6O2420實際運行值1240099.730099.7229002.7x10-6O24702x10-6O23x10-6N20.9x10-6O22.7x10-6N2本裝置采用分子篩常溫吸附預凈化，帶增壓透平膨脹機的全低壓流程空分設備。采用規(guī)整填料上塔，全精餾制氬，氧、氮產品外壓縮工藝流程。整套空分采用DCS計算機控制。

2.主要配套機組及設備特點：

2.1原料空氣過濾器及空氣壓縮機組：配套自潔式空氣過濾器，容量按空壓機組吸入狀態(tài)1.8倍的氣量配置。國產離心式空氣壓縮機組，額定排氣量63000Nm3/h；額定排氣壓力0.52MPa，四級壓縮三級冷卻，電機拖動，雙層布置，軸功率5565KW，配套電機功率6200KW，負荷調節(jié)范圍75-105%。DCS主控室控制。2.2空氣預冷系統(tǒng)：本系統(tǒng)設置空氣冷卻塔冷卻并洗滌空氣；水冷卻塔利用蒸發(fā)制冷效應將循環(huán)水預冷，由于本空分設備氮氣提取量大，預冷系統(tǒng)需要外加冷源，設置螺桿式冷水機組。冷凍水泵、常溫水泵選用國產名牌產品。本系統(tǒng)同時提供膨脹機組增壓機后冷卻器所需冷凍水�？諝饫鋮s塔、水冷卻塔均采用特殊設計的高效散堆填料塔，實際運行結果充分顯示換熱效果好，阻力損失小的優(yōu)點�？绽渌�上段冷凍水34t/h,下段常溫水113t/h；凍水溫度6.7℃，空氣出空冷塔溫度7.7℃，空氣與冷凍水溫差僅1℃，冷凍水消耗量只有萬立方米空氣5.3噸。本系統(tǒng)空氣阻力損失4KPa。空冷塔水力學計算時把空塔氣速限制在安全范圍內，采用大通量液體分布器，設置重度沉降+絲網除沫汽水分離裝置，汽水分離效果良好，保證了純化系統(tǒng)的安全運行。

2.3純化系統(tǒng)：采用立式單層床分子篩吸附器，電加熱器加溫再生，加熱和冷吹采用同一流路，污氮氣進系統(tǒng)用流量控制調節(jié)蝶閥使純化器再生過程流量恒定，確保分餾塔系統(tǒng)上塔工況穩(wěn)定。用恒流控制方式完成充壓過程，保證進分餾塔系統(tǒng)空氣壓力穩(wěn)定。該系統(tǒng)流程如下圖所示。立時吸附床的幾何形狀使氣流分配效果好，吸附效率高，空氣出系統(tǒng)CO2含量設計值1x10-6,運行值0.37x10-6,純化器全系統(tǒng)運行阻力≤10KPa，這是因為立式床采用13X-APG，4X8目規(guī)格的分子篩，吸附容量和阻力控制相得益彰。立式吸附床比臥式床層高，傳質區(qū)占的比例小，吸附劑充裝量少，再生氣流分配，床層截面的溫度梯度分布相對均勻，再生能耗低。本系統(tǒng)電加熱器投運功率600KW，再生平均消耗功率250KW。

2.4分餾塔系統(tǒng)：本系統(tǒng)是空分設備的核心，實際運行結果，精餾塔氧的提取率99.2%，氬的提取率大于81%�？諝膺M冷箱壓力0.48MPa,空氣壓縮機組排氣壓力0.494MPa。各項指標在國產全低壓空分設備系列中處于領先水平。本系統(tǒng)主換熱器采用氧氣、氮氣、污氮氣分置式，五臺組合。其運行熱端溫差2.6℃以內。過冷器兩臺，出上塔氮氣、污氮氣過冷液空和液氮，優(yōu)先保證液氮的過冷度。增壓透平膨脹機組運行穩(wěn)定，膨脹機絕熱效率85%，增壓機后冷卻器采用高效內翅片管，冷凍水和排出增壓空氣溫差只有1.1℃。雙溢流對流篩板下塔；規(guī)整填料上塔；單沸騰冷凝蒸發(fā)器；粗氬塔兩塔設置，用進口液壓泵連接；精氬塔氣相進料，逆流冷凝器；部分氬氣內壓縮至3.0MPa，向用戶連續(xù)提供氬氣。系統(tǒng)操作簡單，工況穩(wěn)定。下塔阻力14KPa，上塔阻力3.9KPa，氬餾分含氬量10%，粗氬塔兩塔阻力10.3KPa，工藝氬流量480Nm3/h調出歷史曲線可現(xiàn)平直。系統(tǒng)整體布置用PDMS工程配管軟件設計，CEASAR-Ⅱ做管系應力分析。整個冷箱沒有結霜跑冷現(xiàn)象。

2.5產品氧、氮壓縮系統(tǒng)：采用經過開封空分業(yè)界40年錘煉的立式無油活塞氧氣、氮氣壓縮機組。經過黃河空分集團近幾年在機組每一個環(huán)節(jié)上的雕鑿提升，機組運行平穩(wěn)，排氣壓力3.0MPa時，容積比能達到0.165KWH/Nm3O2。按照JB/T6893《往復活塞中壓氧氣壓縮機技術條件》規(guī)定的容積比能0.2KWH/Nm3O2。機組能耗降低17.5%。比國產氧氣透平壓縮機組更有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。機組噪音、振動等指標均低于標準規(guī)定。主要易損件的更換周期大于4000h，主機運行周期大于1年。

2.6綠色空分：對制造“綠色空分”不僅僅會大幅增加自己的生產成本，降低利潤率，而且很有可能在較長的時間內難以獲得社會和公眾的認可。但是，出于一種不可推卸的責任感，我們默默堅持。首先節(jié)能就成為了對“綠色空分”最重要的一點考核標準，高水平的氧、氮、氬提取率必將設備能耗大大降低。本套設備經考核單位制氧能耗0.38Kw.h/m3.O2，遠低于JB/T8693-1998《大中型空氣分離設備》規(guī)定的單位制氧能耗0.45Kw.h/m3.O2。通過嚴格控制管道流速，增加保溫隔音層厚度，將廠區(qū)內噪音控制在Ⅲ類標準以內，使運行管理人員有一個良好的工作環(huán)境。

3.用戶和供貨商的和諧合作：空分設備依賴于設計水平；制造質量；配套部機、閥門及附件；安裝調試四個環(huán)節(jié)的有機統(tǒng)一。用戶和供貨商的和諧合作是空分設備穩(wěn)定運行的保證。江陰華西氣體有限公司有一批技藝精湛的工藝、設備、電氣、儀表工程師和技師。公司領導更是空分設備運行專家。空分設備合同談判、設計審查、安裝監(jiān)理他們全方位參加，裝置的開車調試也是他們出色地完成。設計審查他們提出了不少寶貴意見。工程設計更是幾易其稿，致使工程布置簡潔、合理、方便操作、節(jié)約材料。對設備安裝全過程監(jiān)控，既細致入微又突出重點，設備安裝質量和工程進度和諧兼收。整套空分設備從開始安裝到調試成功僅用不到七個月時間。

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