不停车处理10000m～3h空分装置液空管堵塞

工艺与设备 不停车处理10000 m 3öh 空分装置液空管堵塞α 聂成元, 朱冬梅 (山东兖矿国宏化工有限责任公司, 山东 邹城　273512) 摘要: 主要介绍了山东兖矿鲁南化肥厂10 000 m 3öh 空分装置液空管线被二氧化碳等杂质堵塞时, 采用不停车利用 上塔气体进行反吹处理的, 并了在处理过程中可能出现的问题, 提出了解决方案和预防措施。 关键词: 不停车; 液空管路; CO 2; 反吹处理 中图分类号: TQ 11615　　　文献标识码: B　　　文章编号: 100727804 (2005) 0520015204 Revers ing of Plan t Still in Opera tion The Problem of Blockage in The Pa ssage of L iqu id A ir of 10 000 m 3öh Oxygen Plan t N IE Cheng2yuan, ZHU Dong2m ei (Shandong Yankuang Guohong Chem ical Engineering Co1L td, Zoucheng 273512, Ch ina) Abstract: T he paper m ain ly in troduces a p ro ject of adop ting p lan t st ill in operat ion reverse b low ing dispo sal in using the upper tow er, w hen the passage of liqu id air b locked by impurit ies such as carbon diox ide in 10 000 m 3öh oxygen p lan t in Shandong L unan Fert ilizer P lan t, and analyses po ssib le p rob lem w ith operat ion p rocess, and defin itely pu t fo rw ard sloving m eans and p recau tionary m easu re1 Key W ords: p lan t st ill in operat ion; passage of liqu id air; carbon diox ide; reverse b low ing dispo sal 引　言 山东兖矿鲁南化肥厂 10 000 m 3öh 空分装置为 切换式自清除, 利用液空吸附器吸附CO 2、乙炔 等杂质, 全套设备由中国空分设备公司负责设备总 成套, 杭州制氧机厂负责主机制造, 于1992 年5 月 22 日试车成功。而制氧设备是我厂的关键生产设 备, 该机运行正常与否直接影响我厂整体大系统的 生产, 影响我厂的整体效益。 2001 年9 月, 我厂10 000 m 3öh 空分装置冷箱内 液空管道发生管路堵塞, 一度影响空分装置的稳定 运行。按常规, 处理此类故障, 应停车进行系统加 温, 冷箱扒砂进行检修。但我们经过分析、论证, 不 停车, 未扒砂, 利用上塔气体进行反吹处理, 较为 迅速地处理了故障。 1　故障现象 山东兖矿鲁南化肥厂10 000 m 3öh 空分装置中, 其中分馏塔的下塔液空经过液空吸附器和过冷器, 通过节流阀调21 进入上塔, 其液空管路流程示意图 如图1 所示, 其中, 在液空吸附器入口阀前配有加温 管线, 过冷器前配有排液管线。 图 1　空分装置液空管线示意图 2001 年9 月16 日12 时, 操作工反映10 000 m 3ö 第 23 卷第5 期 低 温 与 特 气 V o l123, N o15 2005 年 10 月 L ow T emperatu re and Specialty Gases O ct1, 2005　　 α收稿日期: 2005208209 h 空分装置下塔的液空液面上涨, 主冷液面下降。当 时怀疑液空吸附器的滤网堵塞, 便切换液空吸附器。 但经过吸附器切换后, 精馏工况仍进一步恶化, 氧 气产量继续下降, 从10 050 m 3öh下降到8600 m 3öh 左右, 氧纯度也逐渐降低, 由原来的9917% 降至 95%。若不及时处理, 将会导致空分装置的停车, 从 而导致整个系统的停车。 为确保主冷液面不再下降, 我们采取了一系列 的措施: 首先, 全开液空节流阀调21 阀, 开大污液 氮阀、液氮节流阀, 增大下塔打入上塔的液体量, 保 证主冷液面; 其次, 关小氧氮气出口阀, 提高上塔 压力和氧气纯度, 减少主冷的汽化量等等。但以上 措施均未见效, 下塔液空液面仍不断上涨, 每隔20 m in 就要排放一次下塔液空, 而主冷液面仍然缓慢 下降, 精馏工况进一步恶化, 到16 日14 时, 主冷液 面最低降至2200 mm (正常液位为2950 mm H 2O ) , 严重威胁空分装置的安全运行。 2　故障原因分析及处理措施 211　故障原因分析 根据下塔液空液面不断上升和主冷液面不断下 降, 以及下塔纯度基本不变的现象进行分析, 可以 推断出: 下塔至上塔液空流路 (包括液空节流阀调21 阀) 堵塞的可能性较大。其堵塞的原因可能存在 以下几种情况: 1. 液空吸附器内的硅胶破碎, 硅胶粉末堵塞液 空管路; 2. 板式换热器二氧化碳自清除不彻底, 将二氧 化碳等其它杂质带入下塔, 由下塔进入液空管路, 造 成液空流道或吸附器堵塞; 3. 换热器中空气流速过快, 把冻结在其上的固 体二氧化碳带入下塔, 造成下塔二氧化碳杂质的积 累, 造成液空吸附器或管路堵塞; 4. 由于液空吸附器内吸附剂吸附效果不好或其 它原因, 导致杂物堵塞液空流道、管口。 212　处理方案 按常规, 空分装置出现了此类故障, 只能系统 停车扒砂检修, 而检修时间最短也需10 天左右, 而 且还会导致后系统装置全部停车。经过认真研究、探 讨后, 认为利用上塔气流反吹处理堵塞的液空管路 应该为较好的方案。即在不停车状态下, 将空分装 置的负荷略微减少, 利用液空加温管线、排液管线, 采用上塔的气体作为反吹气源反吹节流阀、液空过 冷器、液空吸附器及其出口管道, 其反吹管线流程 为: 1. 反吹液空节流阀调21 及过冷器, 反吹路线 为: 关闭液空吸附器出口阀门空吸212ö空吸222—上 塔—调21 阀—液空过冷器—吹液26 阀—排出大气。 2. 反吹液空吸附器路线为: 关闭液空吸附器入 口阀门空吸211ö空吸221—上塔—调21 阀—过冷器 —空吸212—吸附器—吹吸212 或吹洗22—大气。 213　故障的处理 21311　存在的问题 在处理方案实施的过程中, 我们反复研究, 认 为在处理的过程中, 系统可能会出现以下问题: 1. 正常运行时, 上塔压力偏低 (015 M Pa) , 利 用上塔气体反吹液空管路, 需要提高上塔压力至 0155～ 0160 M Pa 方可。 2. 反吹时中断液空进上塔, 会造成主冷液面迅 速下降, 威胁主冷的安全稳定运行。 3. 反吹时下塔液空无法进入上塔, 造成下塔液 空的液面急剧上升, 当高过膨胀机入口管线时, 可 导致膨胀机入口进液, 使膨胀机产生液击, 影响膨 胀机的安全运行。 4. 在反吹过程中, 暂时中断液空进入上塔, 上 塔回流比变化过大, 影响上塔的精馏工况, 导致氧 气、氮气纯度下降较快, 同时, 液氧、液氮产品纯 度也会受到影响。 5. 主冷液氧液位如果急剧下降, 会导致溶解于 液氧中的CO 2、其它碳氢化合物迅速以固体的形式, 解析出来, 积聚一定量 ( (200～ 300) ×1026) 后, 在液氧中不断摩擦、撞击产生一定能量, 当能量积 聚一定程度后, 就会导致主冷的局部爆炸或整体爆 炸。 21312　处理措施 为了保证全厂系统稳定运行, 避免空分装置出 现安全问题, 保障全厂生产系统不至于因为空分装 置而停车, 我们采取了以下处理措施: 1. 关小氧氮气的阀使氧氮气产量降至7000 m 3ö h。同时关小污氮阀, 增加上塔的压力。 2. 关小空压机的进口导叶, 使排气压力降到 0142M Pa, 缩小主冷温差, 减缓主冷液面的下降。同 时实行间断式反吹, 每间隔15 m in 反吹一次, 每次 反吹3 m in, 避免主冷液面下降过大。 3. 在反吹前, 排放一部分下塔液空, 把下塔液 空降至100 mm , 防止反吹时下塔液空液面过高, 避 61 　　　　　　　　　　　　　　　　　　低 温 与 特 气　　　　　　　　　　　　　　　　　第 23 卷 免膨胀机进液。开大液氮、污液氮节流阀, 增加上 塔液位。 4. 采用间歇反吹处理, 避免长时间反吹, 使塔 板始终保持一定的滞液量, 以减少对上塔精馏工况 的影响。 5. 在处理之前, 严格按再生分子筛吸附器, 确保分子筛吸附容量足够。 6. 严格校核主冷液氧侧碳氢化合物分析仪, 确 保准确可靠, 在处理过程中, 严密监控分析仪, 如 若液氧碳氢化合物超标, 说明液氧中有固体碳氢化 合物析出, 必须停止处理。 214　故障的解决 21411　具体处理方法 1. 经节流阀调21 阀及液空过冷器, 通过吹液26 阀排放, 连续反吹三次, 系统没有变化, 未出现期 望的效果, 说明堵塞不在此处管路。 2. 关闭吹液26 阀, 经节流阀调21 阀及液空过冷 器、液空吸附器, 通过吹洗212ö22 阀排放, 连续反 吹三次后, 关闭吹洗212ö22 阀, 再全开调21 阀, 下 塔液面迅速下降, 主冷液面上升, 说明反吹有明显 的作用, 液空管路堵塞就发生在此处, 又按照这种 方法再次反吹两次后, 液空液面逐渐恢复正常, 1 h 后, 主冷液面逐渐上升至正常, 氧气产量达到1000 Nm 3öh, 氧纯度达到9916% , 工况稳定无异常。 3. 通过反吹处理过程, 说明液空管路由液空吸 附器到液空过冷器的主管道局部被冻结的CO 2 堵 塞, 究其原因, 主要是板式换热器的CO 2 自清除不 彻底, 液空吸附器由于切换周期长或其它原因, 导 致吸附能力下降, 以至于液空吸附器后的管路被 CO 2 等其它杂质堵塞。 21412　实施过程中上下塔液面变化 在实施反吹处理的过程中, 由于下塔液空无法 打入上塔, 主冷液面迅速下降, 下塔液空液面迅速 上升, 上下塔液空、液氧液面变化与反吹时间的变 化如图2、3 所示。 21413　处理过程中产品纯度及主冷碳氢化合物的 变化 对系统处理过程中, 氧气纯度最低降至9615% , 但由于间断处理, 其间, 氧纯度略有降低, 基本上 维持在97%～ 98%。 处理过程中, 主冷中碳氢化合物的含量一度超 出警戒值, 乙炔含量仅有一次突破警戒值, 达0112 ×1026, 总烃含量基本上超过100×10- 6。碳氢化合 物控制指标见表1。 图 2　主冷液氧液面与反吹时间的关系 图 3　下塔液空液面与反吹时间的关系 表1　10 000 m 3öh 空分装置主冷液氧 碳氢化合物控制指标 (1026) 项　目 警戒值 停车值 甲烷 125 250 乙烷 60 120 乙烯 60 125 乙炔 011 110 丙烯 5 20 丁烷 2 8 异丁烷 015 1 总烃 250 500 　　注: 各种碳氢化合物与液氧形成的混合物的爆炸敏感 性按如下次序下降: 乙炔→丁烯→丙烯→乙烯→丁烷→丙烷 →乙烷→甲烷。 3　经济效益 311　经济性比较 整个反吹处理过程在 1 h 内完成, 前期处理及 工况恢复正常的时间, 共用了3 h, 处理期间, 其氧 气产量降至约7000 Nm 3öh, 氧纯度略有降低, 影响 液体产量大约15 t, 和停车处理相比 (见表1) , 大大 节省了时间, 减少了损失。反吹处理与停机扒砂处 理经济性比较如表2 所示。 表2　反吹处理与停机扒砂处理经济性比较 　　项　目 常规扒砂检修 反吹处理 处理时间öh 240 1 处理期间氧气减少öNm 3 2 400 000 10 000 检修费用ö万元 30 0 开车耗电ö万kW h 28 017 对产量的影响öt 3500 15 　　从表2 可以看出, 通过反吹处理此类故障, 避免 了停机扒砂大修, 可节约检修时间约10 d。氧气成本 71第5 期　　　　　　　　　　聂成元, 等: 不停车处理10000 m 3öh 空分装置液空管堵塞 按018 元öNm 3, 电费按015 元ökW ·h 计, 不停车处 理可创直接效益为 (240000- 10000) ×018÷10000 + 30+ (28- 017) ×015= 234185 万元。若停车检 修, 产量减少3500 t, 且后系统将全部停车, 企业间 接损失将会更大。 312　预防措施 为了防止以后系统再次发生此类故障, 我们制 定了严格的操作预防措施, 在操作中应严格执行。 1. 降低换热器冷端温度, 冷端温度从- 168 ℃ 降至- 172 ℃, 使空气中的二氧化碳彻底地冻结在 板式换热器上。 2. 缩短板式换热器的切换时间, 切换时间从230 s 缩短为180 s, 减少板式换热器通道堵塞, 降低板 式换热器空气流速, 减少空气夹带并从板式换热器 带出固体二氧化碳。 3. 缩短液空吸附器的使用周期, 从7 天缩短为 5 天, 减少由于液空吸附器对二氧化碳和碳氢化合 物吸入的不彻底, 带入后面的液空管路, 以便更好 地清除。 4. 严格控制板式换热器中部温度, 使中部温度 从- 98 ℃降至- 112 ℃, 扩大板式换热器二氧化碳 的冻结范围。 5. 如果遇有生产系统停车, 大量排放CO 2 或其 它碳氢化合物时, 对吸附器切换周期应再次缩短, 以 保证液氧中碳氢化合物含量不超标。 6. 对于液空吸附器和液氧吸附器, 必须确保每 年检修一次, 过筛后回装, 防止硅胶粉末进入液空、 液氧管路。 4　结束语 1. 不停车利用上塔气反吹处理空分装置液空管 路堵塞故障, 为大型空分装置液空管路堵塞故障的 处理提供了思路, 对于大型空分装置连续稳定运行 意义匪浅。 2. 但在处理该类故障时, 一定要充分考虑主冷 液位急剧下降时, 溶解于液氧中的碳氢化合物的析 出 (特别是乙炔的析出) , 对于整个空分装置 (特别 是主冷) 的安全运行具有潜在的危险性, 在处理此 类故障时必须注意主冷液氧液面变化不应太剧烈, 主冷必须保持全浸操作, 如果主冷露出面积太大, 必 须停止处理。 3. 对于我厂10 000 m 3öh 空分装置, 其液空管 路被二氧化碳等杂质堵塞, 虽然采取了上述预防措 施, 但因主板翅式换热器冷段偏小、液空吸附器吸 附剂吸附能力下降等原因, 二氧化碳等杂质不能完 全被清除, 液空堵塞现象仍先后多次发生, 我们均 用反吹予以处理, 取得了良好效果, 保障了空分装 置不停车、稳定运行, 同时也为企业创造了极为可 观的经济效益。 参考文献: [ 1 ] 黄小武, 刘凌燕, 等1 试论空分装置的防爆技术 [J ] 1 中国安全科学学报, 2001, (8) : 292311 [2 ] 庄胜强1 有害杂质在空分塔内的积聚、爆炸及防范[J ] 1 深冷技术, 1998, (2) : 392441 作者简介: 聂成元 (19712) , 男, 山东滕州市人, 1995 年7 月毕业 于上海华东理工大学煤化工专业, 现正在攻读华东理工大学 化学工程专业工程硕士, 现于山东兖矿国宏化工有限公司空 分工程部从事技术管理工作。 企业青睐CO 2 吸附精馏法新工艺 　　随着吸附精馏法回收精制CO 2 工业化技术在 多套装置的成功应用, 一直被视为工业废气的CO 2 通过这一新的回收利用技术正在成为碳资源的有 力补充。目前, 继在海城镁砂公司、辽阳金兴化工 厂等企业建成共计7 万 töa 的CO 2 回收装置后, 目 前辽河炼油厂、湖北化肥厂等采用这一技术建 造的CO 2 回收精制装置也将于近期投产。 大连理工大学张永春副教授等立足于CO 2 回 收、精制技术, 成功开发出吸附精馏法回收CO 2 新 工艺, 并推广应用到生产过程中。该技术采用特殊 配方制成的固体复合吸附剂, 有针对性地把CO 2 中 的重组分杂质分步吸附除尽, 再利用热泵精馏技 术, 把轻组分杂质分离除尽, 使 CO 2 度达到 991996% 以上。 王秋娥 81 　　　　　　　　　　　　　　　　　　低 温 与 特 气　　　　　　　　　　　　　　　　　第 23 卷