空分裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的改進(jìn)措施

1 裝置概況
??? 中油集團(tuán)撫順乙烯化工有限公司乙二醇車(chē)間空分裝置，原設(shè)計(jì)使用法國(guó)空氣液化公司的專(zhuān)利技術(shù)，采用全低壓流程、常溫分子篩吸附凈化、透平膨脹機(jī)制冷、DCS控制，生產(chǎn)高純氧、高純氮的氣、液產(chǎn)品，氧氮產(chǎn)量均為6000m³／h，于1991年投產(chǎn)；1997年5月16日發(fā)牛上冷爆炸事故后，于1997年日月重建，靜設(shè)備(包括分餾塔，主換熱器、主冷凝蒸發(fā)器、過(guò)冷器、液氧吸附器等)采用河南開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)制造，動(dòng)設(shè)備除膨脹機(jī)外，其余動(dòng)、靜設(shè)備仍為原法液空設(shè)備，另增加了 臺(tái)美國(guó)約克公司制造的冷凍機(jī)，高純氧產(chǎn)量不變，高純氮產(chǎn)量則提高到13000m³／h(設(shè)計(jì)值)，于1997年11月8日產(chǎn)出合格產(chǎn)品，達(dá)到了 次開(kāi)車(chē)成功；但自投產(chǎn)以來(lái)，因主換熱器堵塞造成運(yùn)行周期短，到2000年5月裝置大檢修時(shí)，才徹底解決了這一問(wèn)題。
2 解決制約空分裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸
2．1 分析制約空分設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要原因
??? 空分裝置運(yùn)行周期是指制氧機(jī)連續(xù)正常運(yùn)行的時(shí)間，其長(zhǎng)短是衡量裝置運(yùn)行狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)之一。由于本空分裝置的動(dòng)設(shè)備除膨脹機(jī)外，全部為進(jìn)口設(shè)備，運(yùn)行狀況良好，維護(hù)量小，但多次因主換熱器堵塞造成運(yùn)行周期短的問(wèn)題一直困擾我們的生產(chǎn)，原法液空裝置運(yùn)行周期一般為七個(gè)月，分析原因主要是由于C02和水分的凍堵造成的，為此，在重建時(shí)降低了進(jìn)純化器的空氣溫度，對(duì)純化器中的分子篩和鋁膠量進(jìn)行了調(diào)整，每只純化揣的分子篩量比原來(lái)多裝了1．4噸，鋁膠少裝了15噸、但是開(kāi)工后，多次因主換熱器堵塞而被迫停車(chē)處理，運(yùn)行周期最多不超過(guò)100大，是什么原因造成主換熱器堵塞的呢?
??? 1．機(jī)械雜質(zhì)、分子篩粉末等異物堵塞
??? 從每個(gè)運(yùn)行周期的分子篩山u與分餾塔下塔的壓力差值看，一般都是從8kPa左右漸漸上漲到50kPa左右，如圖1，從分廣篩出口采樣點(diǎn)排放觀察未見(jiàn)分子篩粉末等雜物，停車(chē)大加溫吹除時(shí)，打開(kāi)各排放閥也不見(jiàn)機(jī)械雜質(zhì)、分子篩粉末等異物，開(kāi)車(chē)積液后，從下塔底部排出液空看，電無(wú)機(jī)械雜質(zhì)、分子篩粉末等異物，因此，主換熱器堵塞是機(jī)械雜質(zhì)、分子篩粉末等異物造成的可能性可初步排出。
??? 2．純化器對(duì)水分的吸附效果不好
??? 對(duì)純化器出門(mén)的空氣進(jìn)行采樣分析，工作初期露點(diǎn)都低于—65℃， 工作末期大部分時(shí)間在—63℃，有時(shí)在—60℃左右，我們進(jìn)行了多個(gè)運(yùn)行周期的跟蹤分析，整個(gè)周期的露點(diǎn)均在—63℃以下，說(shuō)明水分進(jìn)入分子篩的可能性很小。
??? 3．純化器對(duì)C02的吸附效果不好
??? 在純化器出口有C02在線分析儀，時(shí)刻監(jiān)測(cè) 空氣進(jìn)主換熱器中C02含量，純化器B使用時(shí)， 出口C02含量始終小于O．2×10-6，純化器A使 用時(shí)，初期出口C02為O．2×10-6，中期上漲到 (1．1~1．2)×10-6，盡管在允許：范圍之內(nèi)，但 我們?nèi)詰岩芍鲹Q熱器的堵塞極有可能是C02的凍 堵造成的，問(wèn)題出現(xiàn)在純化器本身，或是分子篩 有問(wèn)題。
??? 2．2 純化器的工作情況
??? 分子篩純化系統(tǒng)是空分裝置中的關(guān)鍵部位， 它承擔(dān)著吸附空氣中的水分，二氧化碳，碳?xì)浠?合物等雜質(zhì)的重任，其吸附性能的好壞直接影響 裝置的長(zhǎng)期、安全運(yùn)行。
??? 1．從理論上分析吸附過(guò)程的特點(diǎn)
??? (1)吸附平衡
??? 當(dāng)吸附了一定量的氣體之后，吸附速度將逐 漸減小，另一方面，被吸附的氣體由于熱運(yùn)行會(huì) 發(fā)生脫附，脫附速度隨被吸附量的增加而增大， 在一定溫度和壓力廠，當(dāng)脫附速度和吸附速度相 等時(shí)，便達(dá)到了吸附平衡。
??? (2)吸附過(guò)程簡(jiǎn)述
??? 氣體進(jìn)入吸附器后，吸附質(zhì)首先在靠近純化 器入口端的吸附劑上被吸附，并漸漸趨于飽和， 達(dá)到飽和的區(qū)域稱(chēng)為吸附平衡區(qū)，在平衡區(qū)以下 是在進(jìn)行吸附的傳質(zhì)區(qū)，傳質(zhì)區(qū)以下是未吸附 區(qū)，繼續(xù)進(jìn)氣，純化器傳質(zhì)區(qū)逐漸下移，木吸附 區(qū)相應(yīng)減少，當(dāng)傳質(zhì)區(qū)的前緣剛達(dá)到吸附劑的出 口時(shí)，出口氣體中的吸附質(zhì)濃度尚未增加，此點(diǎn) 稱(chēng)轉(zhuǎn)效點(diǎn)，到達(dá)轉(zhuǎn)效點(diǎn)所需的時(shí)間為轉(zhuǎn)效時(shí)間 (即穿透時(shí)間)，也就是純化器的工作時(shí)間。
??? (3)吸附劑的再生
??? 再生是吸附的逆過(guò)程，對(duì)吸附來(lái)說(shuō)，溫度越 低，壓力越高，則吸附量越人，對(duì)吸附有利；再 生則溫度越高，壓力越低，對(duì)再牛越有利，再生 效果越好。
??? 吸附劑的再生主要是采用低壓干燥氣體(如 污氮?dú)?，氮?dú)獾?作為再生氣源，通過(guò)加熱，冷 吹過(guò)程使被吸附的吸附質(zhì)解吸出來(lái)，恢復(fù)吸附劑 的吸附能力。
??? 2．本裝置分子篩的工作情況
??? 本裝置分子篩采用上海UOP生產(chǎn)13X—APG 型分子篩，它對(duì)H₂0、C0₂、C₂H₂有很強(qiáng)的親和 力，這種親和力的順序是H₂0＞C₂H₂＞C0₂，使 用鋁膠為法國(guó)空氣液化公司生產(chǎn)；的活性氧化鋁， 吸水性能較好。分子篩使用周期為250分鐘，進(jìn) 氣溫度在10～15℃， 工作厄／J為500kPa左右， 設(shè)汁氣量為31500m³／h，再生氣為污氮?dú)猓偕?過(guò)程由電加熱器將污氮?dú)饧訜峥?8O~200℃，加 熱時(shí)間70分鐘，冷吹時(shí)間九145分鐘，壓力為 9kPa，流量為7000m³／h。
??? 為了保證純化器的工況穩(wěn)定，設(shè)計(jì)時(shí)必須使 具吸附能力Q吸大于被吸附氣體的吸附質(zhì)總含量Q質(zhì)，即Q吸＞Q質(zhì)，本裝置純化器的設(shè)計(jì)處理氣 量為31500m3／h，大于正常工作時(shí)的裝置最大進(jìn) 氣量29500m³／h，吸附時(shí)間不變，氣體中吸附質(zhì) 的含量不變，即實(shí)際被吸附氣體的吸附質(zhì)總量Q實(shí)遠(yuǎn)小于Q吸，即Q吸＞Q實(shí)。如果分子篩工作 正常，則純化器出口C02含量不會(huì)上漲，在整個(gè)周期應(yīng)是基本趨于穩(wěn)定的。而在A床使用時(shí)出 現(xiàn)以C0₂含量的上漲，上漲的時(shí)間點(diǎn)并不固定， 但均在使用2小時(shí)之內(nèi)開(kāi)始上漲，上漲的趨勢(shì)如。
??? 如果分子篩再生不徹底，其C02含量上漲時(shí) 間應(yīng)在使用的中后期，從趨勢(shì)圖分析看，分子篩 某一區(qū)域有問(wèn)題或是純化器有內(nèi)漏的刊能性要大 一—些，為此，我們進(jìn)行了以下工作：
??? (1)分子篩的質(zhì)量分析
??? 我們從A床分子篩的最上層均勻地采用分 子篩樣品，分別送大連物理化學(xué)研究所和上海 UOP進(jìn)行檢驗(yàn)，證明分子篩各項(xiàng)指標(biāo)均合格，不 存在質(zhì)量問(wèn)題。
??? (2)分子篩裝填的檢查
??? 我們?cè)诜肿雍Y初次裝填后，按要求進(jìn)行了特 殊再生；一年后，打開(kāi)裝填孔觀察，發(fā)現(xiàn)分子篩 裝填表面平整，無(wú)沖擊現(xiàn)象，估計(jì)鋁膠利分子篩隔網(wǎng)完好，不可能混合，在2000年5月拆卸過(guò) 程中證明了這一點(diǎn)。
??? (3)分子篩再生參數(shù)的調(diào)整
??? 由于原法國(guó)液空有限公司設(shè)計(jì)進(jìn)純化器空氣 溫度較高，在1997年重建時(shí)，新上一臺(tái)冷凍機(jī) 組，降低了進(jìn)純化器空氣的溫度，劉純化器中分 子篩和鋁膠的裝填量進(jìn)行廠改變，鋁膠仍用法液 空生產(chǎn)的，由原來(lái)每只吸附器5.7噸下凋刊3．2 噸，分子篩用上海UOP生產(chǎn)的13X—APG，1／16"， 由每只吸附器7噸上調(diào)到8．4噸，使川周期，再生 過(guò)程各參數(shù)沒(méi)作改變；運(yùn)行幾個(gè)月后，出現(xiàn)主換 熱器堵塞現(xiàn)象，可能對(duì)分廣篩再生不夠好，調(diào)整 部分再生參數(shù)，再牛氣量由原來(lái)的6400m3／h上 調(diào)到7000m3／h，再生過(guò)程中，加熱時(shí)間由原來(lái) 的60分鐘上凋到70分鐘，冷吹時(shí)間由原來(lái)的 155分鐘下調(diào)到145分鐘，其余參數(shù)不變；經(jīng)幾 個(gè)周期的運(yùn)行，再生結(jié)束時(shí)，分子篩床層溫度不 高，滿(mǎn)足操作要求，同時(shí)更有效地保證分子篩的 再生。
??? 完成以上的工作后，我們經(jīng)過(guò)反復(fù)地討論研 究，認(rèn)為其原因只能是純化器存在內(nèi)漏；由于純 化器采用內(nèi)保溫，在對(duì)內(nèi)保溫壁進(jìn)行焊接時(shí)，可 能存在漏點(diǎn)，另外也可能是中心管泄漏，這樣造 成部分空氣沒(méi)經(jīng)過(guò)鋁膠和分子篩吸附就直接進(jìn)入 主換熱器，使純化器出口C02含量卜漲，從而造 成主換熱器快速堵塞，影響長(zhǎng)周期運(yùn)行。在 2000年5月空分裝置大檢修期間。扒出分子篩 和鋁膠查漏，在兩個(gè)純化器的內(nèi)保溫壁上分別查 出了大小不等的幾個(gè)漏點(diǎn)，在公司領(lǐng)導(dǎo)的果斷決 策下，對(duì)內(nèi)保溫壁采用氬弧焊，進(jìn)行滿(mǎn)焊處理。 100％探傷檢查。漏點(diǎn)消除后，純化器出口空氣 中C02含量由原來(lái)的1．2×10-6下降至0．1×10-6，大大降低了C02在主換熱器上凍結(jié)的可能 性，使空分裝置的運(yùn)行周期由原來(lái)的100天延長(zhǎng) 到現(xiàn)在的620天以上。
3 本裝置安全措施的改進(jìn)
??? 為了吸取空分裝置爆炸的教訓(xùn)，根據(jù)我裝置 的實(shí)際情況，在重建窄分設(shè)備L新增了一系列 安全措施。