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35000m3/h制氮机(制氮装置)运行现状及对策

马钢35000m3/h空分设备由法国液空公司提
供,采用分子筛净化、增压透平膨胀机的外压缩流
程;下塔采用筛板塔,其它塔器均采用填料塔;主
冷采用降膜式和浴式组合在一起的复式结构。
该空分设备于1998年底正式投入运行,1999
年3月通过性能考核。但在连续运行1年多以后,
其氧气和氩气产量开始逐渐下降。虽经多次优化调
整,也不能达到设计要求。且在近几年的运行中,
产品产量更是加速下降。笔者对该问题谈一点个人
的粗浅认识,望专家不吝斧正1
1 35000m /h空分设备现状
空分设备设计产品产量为(以气态计):氧气
35000m3/h、氮气40000m3/h、液氩lO00m /h、液氧
600m3/h和液氮400m3/h。额定空气量174600m3/h,
氧提取率高,而氩的提取率偏低。
该空分设备投产至今的7年里,在最初运行的
1年多时间中,氧、氮气产量基本能够达产,而液
氩、液氧和液氮产量只能达到设计值的80%。从
2000年开始,各种产品的产量均呈下降趋势,其
间虽多次组织系统的整修和优化工艺调整,但这种
产能的下降趋势一直未能控制住。特别是近3年
来,其产品产量(以气体计)只能维持在氧气
31500m3/h
、氮气38000m /h及氩气800m3/h,而液
氧、液氮产量只能达到原设计值的50%左右。
从当前运行工艺及设备状况来看,严重偏离设
计工况的情况主要体现以下几个方面:① 原料空压
机排气量明显不足,常年平均只能在160000m /h
左右;②空压机后至下塔间的压力降达0.036MPa,
超过设计的0.025MPa;③ 从现运行情况、历次的
优化操作和加大氩产量的攻关结果来看,氩产量不
能达到设计水平。
2 原因分析
2.1 空压机排气量不足的原因
从整个空分设备的运行情况来看,入塔空气量
常年平均只能达到160000m /h左右,其中既有空
压机本身的原因,也有配套设备及其维护管理上的
问题。具体地分析,主要有以下几个方面的因素。
2.1.1 空压机机前总阻力过大, 吸入压力低于设
计值
35000m /h空分设备配套的空压机是瑞士苏尔
寿公司的RIK一100.4型离心式空压机。设计的基本
参数:吸入压力0.1005MPa,吸入温度35℃ ,吸入
气体的质量流量64.84kg/s,排气压力(额定)
0.602MPa, 排气量174600m3/h, 最大排气量
180255m /h。机前总阻力最大允许值970Pa,由3
个部分组成:机前管道消声器阻力、机前吸入管道
和吸风口的吸入阻力以及空气过滤器阻力。
原设计的机前空气过滤器是一种抽屉式单元组
合式过滤器,所有的抽屉式单元镶装在1个大的立
面框架上,每个抽屉式过滤单元有前后两道一粗一
细过滤层,运行阻力区间为200~600Pa。当过滤器
阻力达到设计允许的运行阻力上限时,则全部更换
过滤单元,设计使用周期24个月。但实际使用时,
每周就要更换1次,根本不能维持连续运行。为
此,特在该过滤器室前增设了1套反吹袋式过滤
器,称之为前置过滤器,并将原过滤器室内的过滤
单元全部拆掉,其过滤器室仅作为空气通道使用。
前置过滤器设计运行阻力为400~700Pa。当阻力达
到上限时,则自动反吹。
然而,这样的改造带来一个严重后果,即机前
阻力增大,空压机吸入压力降低。机前阻力的增大
来自两个方面:一是因机前吸入通道增长而增加了
气流的流动阻力;二是袋式过滤器阻力上限比较
高,当过滤器处于阻力上限运行时,机前总阻力就
已超过设计允许值。更有甚者,该过滤器的反吹系
统故障频发,检修维护困难,再加上过滤袋的质量
又难以控制,阻力增长很快,且反吹降低阻力的作
用也不好,基本是3个月就更换1次滤袋。尽管如
此,过滤器的运行阻力还是常年处在650~800Pa
的情况下运行,严重超出了设计要求。从而使机组
的吸入压力比设计要求低得多(因机组吸入口处无
可供测压点,实测值不能取得)。由于机前吸入压
力降低,要达到同样的排气压力,流量必然降低。
2.1.2 空压机二级气封易损坏且泄漏、气道大量
积灰
空压机机内气道积灰是机前过滤器运行状况不
好的必然结果。历次解体检查情况表明,叶轮流道
内及中间冷却器气侧均积有大量灰尘,其结果造成
叶轮流通面积减小及中间冷却器换热能力降低,这
些都会使机组排气量降低。
二级气封易损坏,是机组本身气封设计上的缺
陷。二级气封损坏后,就会发生级间漏气,使下一
级吸入气量减少,最终机组排气量必定降低。第一
次解体检修后运行不到半年就发生了二级气封损坏
泄漏问题,近几年情况尤为严重,曾因此发生过严
重的级间喘振。现已重新设计了该级气封,有望解
决问题。
2.1.3 空压机机后阻力大,排气压力高,排气量
减少
空压机后至下塔底部之间的较大阻力是系统运
行至今逐步形成的。最初运行时,该区间内的压力
降约为0.023MPa,而现在已升高到0.036MPa。该
阻力增大的结果是:在保持下塔压力不变的情况
下,机组排气压力就要升高,流量也必定降低。实
际情况是排气压力升高,下塔压力有所降低。
增大的阻力主要来自于两个部位:① 分子筛长
期使用至今,难免有一些粉末产生而堵塞分子筛颗
粒间的气流通道,使气流通过分子筛时的压力降增
大;② 空冷塔长期运行后,填料之间可能产生的一
些藻泥以及填料破损产生的碎屑等都会使气体流动
受阻,气流通过时压力降将增大。
另外,空压机排气量降低的其它原因还有冷却
水的温度和质量、大气温度等。但对本套空分设备
而言,其影响不是关键的。
2.2 氩气产量低的原因
空分设备运行至今,氩气产量始终未能达产。
马钢曾多次组织系统的优化操作和提高氩气产量的
攻关操作,都未能取得理想的效果。分析机组的设
计和实际生产情况,认为造成氩气产量不能达标的
原因主要在于以下几个方面。
(1)原料空气量不足直接使氩气产量减少。按
原设计,入塔空气量在174600m3/h的情况下,氩
气产量为1000m /h。投产调试之时,基本达产,
但有些勉强。以后,随着加工空气量的减少,氩气
产量降低。现在,空气量为160000m。/h、氩馏分
氧含量为90.5% 时,粗氩量为820m3/h,运行工况
很不理想。
(2)设计的氩提取率偏低,制氩系统富余能力
小。按设计参数计算,原设计的氩提取率仅有
61%左右,比当时国外的先进水平低。另外,按常
规,在设计制造时均留有一定的富余能力,以满足
运行时的增产要求和弥补设备在使用周期中因老化
而使性能降低的缺陷。但根据实际攻关操作经验,
设计时预留的富余能力明显不够。
2.3 其它方面的原因
(1)精馏系统有泄漏。主要是降膜式主冷循环
液氧泵的气封漏液。造成此种情况的可能原因主要
是泵的轴封效果差、密封气因处于密封系统末端压
力偏低等。
(2)原设计没有而后增加的液氧循环吸附系统
的切换操作使空分设备冷损增大,也增大了液体损
耗。液氧循环吸附系统是为吸取印尼空分设备爆炸
事故的教训,而在建设后期增加的一项安全措施。
在保证了安全的同时,也带来了上述问题。
(3)冷却水系统的问题也是使产量降低的因素
之一。实际运行过程中,冷却水水质差、夏季进水
温度高、自清除过滤器发生故障不能自清除造成流
道堵塞而使水量偏小等,也是一个影口向因素。
3 建议改进的措施
(1)改造机前管道系统和过滤器,努力使机前
总阻力有效降低到970kPa以下,并使过滤器的过
滤效果满足吸人气体的质量要求。
※ ※
可采用使用方便、运行可靠和效果明显的反吹
式纸质滤筒空气过滤器,保证过滤效果。对机前系
统的阻力进行分析研究,在满足机前吸人总阻力的
情况下,重新布置机前设施,可将原过滤室出口之
前设施全部拆除,将新过滤器出口直接与空压机进
口管道消声器连接,努力使机前总阻力降到970kPa
以下。只有这样,才能使空压机吸人条件满足设计
要求。另外,吸入洁净空气,机内叶轮流道及换热
器翅片积灰也就大为减少。这些措施能有效消除因
吸人压力不足而对空压机排气量的影响。
(2)消除空压机后至下塔间压力降过大的因
素。①扒出分子筛和氧化铝,重新过筛或更换新
的,消除分子筛吸附器造成的阻力增加;② 空冷塔
内部检查,更换或清洗填料和除雾器丝网,消除内
件上的杂物,可消除空冷塔内藻泥积聚或杂物造成
的阻力增加;③保证分子筛吸附器的吸附效果,坚
持每年对系统加热1次,以消除可能带人的二氧化
碳造成的阻力增加。降低了机后至下塔增加的阻
力,增加机组的排气量。
加强水质监控,使之满足原设计要求;进行系
统检修,消除液氧泵、空压机气封等的泄漏,并始
终保持其完好性。
工艺操作上要精益求精,敢于突破原设计,优
化每一个工艺参数,使整机运行处于最佳状态。