首页 >> 行业知识 >> 制氮机(制氮设备)工程设计问题浅析

  兖矿鲁南化肥厂(以下简称: 鲁化) 的原料及
动力结构调整工程项目中的气化环节, 采用鲁化具
有自主知识产权的新型(多喷嘴对置) 水煤浆气化
技术, 配套新建1 套氧产量为28000m3/ h 的空分
设备, 以提供气化用氧和合成氮气。
28000m3/ h 空分设备自2007 年5 月8 日开工
建设, 2008 年6 月29 日生产出合格氧气, 共历时
419 天。笔者参加了整套空分设备的建设及试开车
过程, 现对空分设备安装过程中出现的设计问题及
其解决方法加以浅析, 供同行参考。
1  气体压缩机系统
111  汽轮机冷凝液管道振动过大
汽轮机冷凝液泵与抽气器连接的冷凝液管道原
设计直径为DN100mm , 至抽气器前变径为
DN200mm , 且在变径前设有7 个弯头, 致使冷凝
液泵的冷凝液管道运行时振动过大, 不利于安全运
行。对此, 提出将管道变径提前至冷凝液泵出口,
并略改造管道线路以减少弯头数量。变更实施后大
大减小了冷凝液管道振动幅度, 并降低了管道阻
力。
112  汽轮机冷凝液外排不畅
汽轮机冷凝液管道在冷凝液泵出口未设置排放
管道, 界区内冷凝液只有外供回热电分厂除氧器和
冲洗水箱两条排出途径。去冲洗水箱的管道直径为
DN100mm , 而冲洗水箱排放口的直径只有
DN50mm , 在冷凝液外供不畅的状态下, 冲洗水箱
的排放量无法满足冷凝液排放的需要。空分设备投
入运行后, 有一次由于联系不及时, 在热电分厂减
少冷凝液接收量的状态下, 汽轮机凝汽器液位升
高, 联锁冷凝液泵双泵同时运行, 致使大量冷凝液
以较高压力涌入冲洗水箱, 使冲洗水箱超压变形。
对此, 将冲洗水箱前阀门用变径管减小至
DN50mm , 同时在冷凝液泵出口管道上加装排放管
道, 并使之与凝汽器液位进行联锁控制, 有效地防
止了冲洗水箱超压情况的再次发生。
113  空气增压机启动时无气源
空分设备空气压缩机系统采用的是1 台汽轮机
拖动2 台压缩机的运行方式, 在开车时是3 台机器
同时启动运行。空压机由入口吸入空气进行压缩,
但此时空气增压机并无空气来源, 要运行一段时间
后, 压缩空气才能进入增压机。在这段时间里, 增
压机在无加工气状态下高速运转, 会造成机内和管
道内出现负压, 对安全运行不利。对此, 根据实际
情况, 依托原有空分设备, 配设了1 条空气增压机
启动进气管道, 在开车期间为增压机提供一定量的
空气, 以防止增压机高速空转, 保证了系统的运行
安全。
114  压缩机油站排烟风机无备用
空气压缩机系统设计由1 台联合油站供油, 但
该油站仅设置了1 台排烟风机。因该风机的运行状
况是作为联锁系统的一个条件, 一旦出现问题将造
成压缩机系统全部停车, 非常不利于空分设备安
全、稳定、长周期运行。为此, 增加1 台排烟风
机, 与原有的排烟风机实现互备自启, 为空气压缩
机系统的长周期运行提供保证。
2  透平膨胀机系统
增压透平膨胀机的增压端回流管线设置在出口
总管上, 存在以下问题:
(1) 膨胀机无法正常切换运行。国产膨胀机处
于运行状态, 当另一台进口膨胀机准备启动, 并切
换运行时, 增压机入口压力为2185MPa , 而进口
膨胀机启动时, 要求入口压力与膨胀机出口压力差
小于115MPa , 即入口压力不能高于2MPa 。这样
增压机只能降压运行, 精馏塔系统工况就会出现大
的波动。另外, 在膨胀机启动时, 回流阀必须打
开, 这样会将运行中的膨胀机的增压空气量降至最
少, 膨胀机制冷量大大减少, 高压板翅式换热器的
平衡工况将被破坏。
(2) 给膨胀机的检修工作带来很大困难。检修
时, 一般只需关闭增压端及膨胀端进、出口阀即可
将待检修的机器隔离, 但由于回流管线配在总管
上, 所以必须关闭回流阀才能将其隔离。由于回流
阀不是手动阀而是自动控制阀, 还设置有停车联
锁, 因此检修期间不排除仪控系统动作的可能性。
一旦回流阀打开, 412MPa 的增压端空气泄漏, 将
会导致空分设备工况大幅波动。
为此, 将增压透平膨胀机的回流管线改至出口
阀前, 将回流阀设置在板翅式换热器和出口阀之
间。
3  空气预冷系统
水冷塔的溢流管在塔内的部分已经接近水冷塔
的底部, 如果在开车前建立水冷塔液位时加水稍
多, 在该处将发生虹吸现象, 从而导致已经加入塔
内的水全部被放掉, 对开车有一定影响。另外, 水
冷塔底部排污管位置过高, 在水冷塔清污时底部的
大量脏水和沉积物无法排放, 只能进行人工排水和
清理工作。
4  精馏塔系统
411  液氧泵排气管安装不合理
液氧泵进口管道上设置的排气管道因插入进口
管道的部分过长, 已到达管道底部, 不仅无法实现
正常排气, 而且当向泵内注液时液氧反而会从排气
管排出。为此, 决定将该排气管在根部截断并将进
口管补焊上, 在进口管另外的位置重新开口后将排
气管焊接上, 从而达到从进口管顶部排气的要求。
但因有部分钢管遗留在液体管道内, 使得液氧泵进
口阻力加大, 只能留待停车大修时进行整改。
412  配管过于靠近冷箱壁
部分塔内管道距冷箱壁过近, 如粗氩冷凝器液
空回上塔管线离冷箱壁仅150mm 左右; 部分气体
管线、出塔管线、分析取样管线与液体管线相距过
小或并排紧贴在一起; 出塔液体管线设计得过近,
没有留出足够的单独保温空间。
5  公用工程系统
511  汽轮机暖机耗时长
汽轮机暖管采用热电分厂的318MPa 蒸汽, 而
从热电分厂到空分设备界区近80m 的318MPa 蒸
汽管线上仅设置了1 个排水倒淋装置, 无法满足暖
管的需要。为此要求设计单位变更设计, 在主蒸汽
管进汽轮机主汽门前的管道底部增加了1 个排放倒
淋装置。此外还根据以往经验, 在汽轮机两个主汽
门前分别增加了1 条排汽管道, 以加强汽轮机暖
管、暖机的效果, 缩短开车时间。在变更实施前,
汽轮机第一次暖管时间大约为24 小时, 在暖机时
汽轮机温度达到260 ℃就停滞不上升。实施上述变
更措施后, 暖管时间仅用了6~8 小时, 暖机时间
基本控制在4 小时, 大大节省了开车时间。
512  未设置氧气管道进行空气置换的管道
因空分设备界区距离气化界区较远( 约
1000m) , 且氧气管道铺设在公用管廊上, 周围大
气状况较为复杂, 在设计时未考虑停车后需对氧气
管道进行空气置换的要求, 未设置置换管道。为了
保证安全运行, 利用空气增压机出口的7MPa 空气
对该6MPa 氧气管道进行置换, 为氧气管道的安全
运行提供了有力保证。
6  土建方面
在土建方面因设计人员变动, 各单位、各专业
间沟通不充分, 出现了一些问题。例如膨胀机房的
雨檐与钢结构管廊的标高相同, 致使预埋板无法安
装; 空气增压机冷却器土建基础图与配管图上的设
备基础不在同一位置, 使得管道与立柱重叠无法安
装; 去汽轮机两级抽气器的蒸汽管道预留洞土建图
与配管图不一致, 从而使得蒸汽管道上电磁阀的电
缆穿线管紧靠蒸汽管道; 排汽安全阀的预留洞离阀
体过近, 使得管道无法安装, 只得将原洞堵上, 并
在合适位置重新开孔; 膨胀机等一些需要登高进行
操作的设备基础没有设置梯子; 埋地的循环水总管
上的阀门、电磁流量计没有设计阀门井等。
7  结束语
上述的这些问题, 仅是在空分设备安装过程中
遇到的问题中的一部分, 经多方协商、沟通, 绝大
部分问题都得到了有效解决, 空分设备自2008 年
6 月28 日正式运行至今, 运行稳定, 达到了预期
目标。