首页 >> 行业知识 >> 兖矿制氮机(制氮设备)投产总结

为了实现兖矿集团国泰化工公司年产23 万t
甲醇、21 万t 醋酸的生产规模, 为新型气化炉提供
充足的高压氧气, 公司于2003 年从法液空引进了1
套60000m3 / h 空分设备。2003 年底开始土建工作,
至2005 年10 月14 日出氧并通过72h 性能考核, 前
后花了2 年多的时间。该空分设备是目前化工行业
已运行的最大的1 套空分设备, 以下就空分设备的
流程、特点和调试中的有关问题及改进措施做一介
绍, 供同行参考。
1  600003 / h 空分设备工艺流程
60000m3 / h 工艺流程如图1 所示。
2  主要技术参数及考核结果
60000m3 / h 空分设备主要技术参数及考核结果
见表1。空分设备负荷调节范围为75 %~105 %。
表1  兖矿60000m3 / h 空分设备主要
技术参数及考核结果
项目设计值考核值
氧气
产量/ (m3/ h) 60000 60000
纯度≥9916 % ≥9917 %
氮气
产量/ (m3/ h) 53500 53500
纯度≤50 ×10 - 6O2 ≤10 ×10 - 6O2
液氧
产量/ (m3/ h) 4800 4800
纯度≥9916 % ≥9917 %
液氮
产量/ (m3/ h) 1500 1600
纯度≤50 ×10 - 6O2 ≤10 ×10 - 6O2
液氩
产量/ (m3/ h) 2300 2308
纯度≤1 ×10 - 6O2 ≤011 ×10 - 6O2
3  特 点
311  结构特点
(1) 冷箱内所有容器、壳体及管道均采用奥氏
体不锈钢;
(2) 先进的焊接结构使冷箱内法兰数量减到最
少;
(3) 铝制换热器头部与不锈钢的连接, 采用了
特殊的双金属接头;
(4) 所有的精馏塔均为填料塔。
312  工艺特点
(1) 增压透平膨胀机的进气压力提高, 单位制
冷量增大, 膨胀机的效率高。
(2) 采用了单泵内压缩流程, 通过高压液氧泵
加压、换热器复热产出高压氧气, 不再使用氧压
机, 不仅节省了空间, 同时简化了操作、提高了运
行安全性。
(3) 制氩系统采用全精馏制氩技术, 工艺氩液
相进料。
(4) 分子筛吸附器采用立式径向流双层床结
构, 吸附性能好, 启动简单, 顺序控制系统稳定。
(5) 设置氮水预冷系统(空冷塔、氮水塔) 对
空气进行洗涤冷却, 并设置氨换热器给冷冻水降
温。此外, 冷冻水系统为闭式循环系统, 不仅节约
了水资源, 同时减少了设备投资。
(6) 采用液体膨胀机代替高压流体节流阀, 其
膨胀功通过发电机来回收。
(7) 压缩机系统由1 台汽轮机拖动两个压缩机
组, 调速系统采用MANTURBO 的TURBOLOG系统。
(8) 膨胀空气进下塔, 精馏工况稳定。
4  调试及改进措施
411  在调试前期出现的设计和安装问题
设计的合理性是确保机组试车成功的前提条
件, 本机组曾因设计原因延误了调试的进行。
(1) 汽轮机进汽管线的设计, 由于设计院设计
不够准确, 未按要求进行详细合理地计算, 使得国
外专家认为不能够满足试车条件, 而延误了汽轮机
的冲转。通过重新设计和计算解决此问题。
(2) 空压机放空管线的设计, 由于设计疏忽,
并未考虑空压机防喘振阀的特殊性, 阀前直管段过
短, 造成在空压机进行防喘振试验时因为冲击气流
的不稳定使放空阀的万向接头断裂, 延误了试车进
度。通过延长放空阀前直管段的长度, 使气流匀速
地冲击蝶阀阀板, 消除湍流现象, 问题得到解决。
(3) 增压机试车阶段, 发现在对增压机补气过
程中, 压力上升缓慢, 分析认为由增压机一级进口
止回阀安装不正确引起。对其进行了拆检, 果然由
于施工单位的失误, 应该是竖直方向的止回阀阀芯
中心轴被安装成水平方向。对其调整后, 补气速度
正常。
412  改造汽轮机密封蒸汽管线
汽轮机密封蒸汽是用于进气侧密封蒸汽以防泄
漏、出气侧密封大气以保证真空度。由于空分界区
113MPa 管网处于整个公司的末端, 加上管道保温
不好, 蒸汽的质量即过热度不够, 导致汽轮机密封
蒸汽的温度低于低联锁值150 ℃, 特别是在分子筛
加热期间, 对管网的压力影响很大, 不能保证汽轮
机的稳定运行。通过单体试车后, 整改密封蒸汽管
道, 在318MPa 管网引出一股蒸汽, 通过减压不减
温的方式设置调节阀, 并连接到汽轮机密封蒸汽进
气管线上, 给113MPa 蒸汽进行加热。改造后效果
明显, 正常运行期间汽轮机密封蒸汽的温度可达到
270 ℃, 并能满足机组运行的要求。
413  改进E08 再生加热器蒸汽管路进气切断阀的
程序
由于113MPa 蒸汽与E08 用蒸汽为同一管路,
每当分子筛进入加热再生阶段, E08 加热蒸汽管路
进气切断阀TV1288 程序设定自动打开100 % , E08
用蒸汽量比较大, 所以此时对113MPa 蒸汽管道内
压力的影响很大。压力突降, 不仅其真空度受到影
响, 而且由于318MPa 和113MPa 密封蒸汽之间气动
减压阀反应慢, 不能起到减压的作用, 密封蒸汽压
力局部突升, 甚至超量程, 使密封蒸汽管路调节阀
PV7023 自动关小, 密封蒸汽的温度突降。其原因
是TV1288 阀门程序设定为自动打开100 %。调试
人员修改了程序, 当TV1288 阀门自动打开90 %
后, 让其慢慢关到50 % , 随后再每1min 开大1 % ,
直至开大到100 %。此后密封蒸汽管道压力稳定,
温度波动的范围极小, 彻底解决了113MPa 蒸汽管
网的问题。
414  改造增压透平膨胀机加温气出气管线
由于法液空未设计膨胀机加温气的出口管线,
而在膨胀机进气管线上仅有1 处盲法兰引出冷箱,
因此加温膨胀机时, 需拆除盲法兰。由于该管道压
力在218MPa , 在停车后需要泄压后方可加温。在
单体试车时发现, 通过小导淋泄压的速度极慢; 而
且盲法兰的拆卸频繁, 不仅影响膨胀机加温的速
度, 而且对管道本身也有危害。这些表明这点设计
极不合理, 甚至是设计失误。对此, 在盲法兰的位
置安装压力等级一样的不锈钢阀门来代替盲法兰,
不仅使泄压的速度加快, 而且操作简单, 无需再拆
卸盲法兰。
415  改造仪表气源系统
由于仪表空压站压缩机的问题, 仪表气含油量
大, 无法提供合格的仪表气。为了安全和不影响开
车, 对空分界区仪表气源进行了改造, 在215MPa
氮气总管末端引出1 支管, 中间加了1 个自力式减
压阀进行减压, 连接到空分界区仪表气总管截止阀
后, 作为整个空分界区的仪表气源; 在空分设备停
车或者紧急情况下, 作为备用仪表气源, 保证了空
分设备仪表气供应。在此之前, 通过临时管对整个
空分界区的仪表气管道进行了蒸汽吹除, 将管道内
的油分吹除干净, 并用氮气干燥。完成了整个空分
界区的仪表气管网的改造和置换。
416  改造氨换热器液氨管道
空气预冷系统联动试车中出现氨换热器不工作
的现象, 原因是氨吸收制冷工段氨量不足、压力不
够、管道阻力大, 且液氨进口阀LV1072 流量不够。
后在其两端管道加了1 个旁通阀, 问题得到解决。
目前氨换热器的前后水温温差是5 ℃左右, 基本满
足要求。
417  实施自动变负荷控制
当空分设备运行在70 %负荷以上, 同时所有
的产品均已经送出、纯度达到要求时, 可以启动自
动变负荷程序。空分设备的氧气产量由操作人员设
定并能自动调整, 气态氧设定值允许范围: 32000
~57800m3 / h。在空分设备启动平稳后, 各种物料
平衡并在自动状态运行一段时间后, 由最初的压力
控制改为流量自动控制空压机导叶, 设定高压氧气
等需要自动变负荷计算的各产品的流量, 启动自动
变负荷“LOAD CHANGE”程序。经过几次变负荷
操作的控制观察, 在改变高压氧气流量后, 各流量
控制点均能平稳过渡到相应状态下要求的流量, 并
保持纯度等工艺参数不变。在某些重要流量改变
上, 专门为此设计了“RAMP”控制即斜坡控制,
目的是使装置平稳地过渡到要求负荷, 实现无扰切
换。从目前运行的情况来看, 在后续生产系统出现
故障时, 变负荷尤为重要。在高压氧气需求量不高
时, 通过自动变负荷降低能耗, 并尽可能地多产液
体产品, 减少放空量, 实现空分设备的高效稳定
运行。
5  调试体会
缩短启动时间, 是空分设备运行操作的一个目
标。要根据不同的时期对空分设备的参数进行相应
调整, 尤其是在调纯阶段, 必须根据回流比、物料
平衡、冷量平衡和组分平衡做全面、综合的考虑。
(1) 向冷箱送气时, 无论是热态下启动还是在
冷态下启动冷箱, 开启冷箱送气阀的速度一定要
慢。在冷箱内有液体时更要注意, 否则会导致空压
机压力波动, 流量急剧变化等现象, 从而导致空压
机进入喘振区而自动卸载。开启时先用进塔阀门的
小旁通阀给冷箱升压, 压力正常后, 慢慢开启送气
大阀并调整空压机运行工况以保压。
(2) 在向冷箱导气时, 由于速度缓慢, 进塔空
气量少, 为了避免冷量损失、热端温度过低而联锁
冷箱跳车的情况出现, 可先将增压机的负荷提至正
常, 并且出口压力调节投入自动控制, 然后启动膨
胀机, 让更多的热空气进入换热器进行换热, 避免
了冷量损失和热端温度过低而联锁跳车。这点体会
是在试车阶段积累和总结的。在一次启动过程中,
由于操作工的失误, 向塔内导气的速度太慢, 导致
复热不足、热端温度急剧下降, 不但造成了冷量损
失, 而且延长了开车时间。故在以后的操作中, 要
求冷态开车时可首先启动膨胀机, 增加进入换热器
的空气量, 并且导气速度要加快, 产品放空量要求
尽量降低, 从而达到稳定操作、合理操作的目的。
(3) 粗氩塔的投运必须具备一定条件。若在粗
氩塔没有预冷好、主塔工况不稳定或冷量不充裕的
情况下投运粗氩塔, 造成的结果是粗氩塔阻力上不
去, 而且会影响主塔工况。粗氩塔工况的控制关键
在于主塔的稳定, 即控制氩馏分的纯度。总之, 主
塔工况稳定是前提条件。还有一点需要注意的是开
启冷凝器液空蒸汽去上塔的回流阀FV1712 要缓慢,
并且要手动控制开度, 切忌投入自动控制。初期该
阀门应该由压力控制器来控制其开度, 等粗氩塔内
氮含量趋于正常、粗氩冷凝器建立正常温差后, 再
逐渐开大液空蒸汽回流阀FV1712 , 使氩馏分流量
增至正常值。在调试制氩系统初期, 曾由于
FV1712 阀门控制不当导致液空蒸发量大幅度波动,
造成主塔富氧液空无法进入上塔而下塔淹塔的操作
故障。
(4) 该空分设备自动化程度极高, 正确利用
DCS 系统自动变负荷程序、串级控制即开环控制有
利于工况的稳定。但必须保证工况满足条件, 并要
求各调节阀门必须在自动状态运行稳定后方可投入
串级控制, 否则处理不当极易使工况波动, 造成空
分设备停运。