樊新慶

（寶鋼集團八鋼公司能源中心）

1 前言

空分設備經過長期運轉，在分餾塔的低溫容器和管道可能產生冰、干冰或機械粉末的沉積，阻力逐步增大最終導致在產量和純度上達不到規(guī)定指標。因此，一般空分設備運轉兩年后，要對分餾塔進行加溫解凍以去除這些沉積物。針對周期性運行行業(yè)，空分機組一般在一年內運行八九個月后停運三四個月再次投運，空分機組在停運后及投運前需要進行加熱處理。對空分設備的加熱處理有常規(guī)加溫法、低壓氮氣加熱法、自然加溫法。八鋼制氧空分機組對停運后加熱法進行了嘗試。

2 空分機組停運后的加溫方法介紹

2.1 常規(guī)加溫法

空氣吸入壓縮——壓縮空氣的冷卻——壓縮空氣的凈化——送入空分塔內進行加溫。干燥的常溫空氣通過換熱的原理，不斷地將低溫下的空分塔逐步加溫至常溫。在此加溫過程的時間段內所需消耗的壓縮空氣、凈化電耗、水耗較大。此加溫方式的優(yōu)點是加溫所需時間短，大約需72小時，加溫吹掃同時進行；加溫時，要保證各部分溫度緩慢而均勻回升，避免溫差過大損壞設備或管道。加溫過程中對所有的測量、分析等檢測管線的加溫和吹除亦必須同步進行。

具體操作：（1）空分機組停機前，為減少排液時間，減少低溫液體排放的浪費，提前停運精氬系統(tǒng)、粗氬系統(tǒng)，將兩系統(tǒng)內部的低溫液體回上塔后充入儲槽。（2）由于空分機組停運后集中排液時間一般不超過8小時，同時排液所需的氣化熱源為空氣，空分機組停運后空壓機不停運，空氣預冷系統(tǒng)及純化系統(tǒng)均正常運行，直接使用空氣氣化器內氣化低溫液體。（3）空分機組停機后，關閉機組所屬全部閥門，排放下塔、主冷、粗氬冷凝器、放粗氬塔Ⅱ液氬、純氬冷凝器、蒸發(fā)器及各管路內的所有液體。（4）保持空氣透平壓縮機、空氣預冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)正常，空氣壓力保持在0.45-0.50MPa，加熱初期需要空氣量為總的空氣量60%，隨著空分機組內部溫度的升高，所需空氣量逐漸下降到總的空氣量30%。（5）按加溫流程及順序開啟各閥。（6）當加溫氣出口的氣體溫度升至0℃以上時，打開加溫管路上的檢測管線，當加溫氣體的進出口溫度基本相同時，加溫結束。

2.2 低壓氮氣加溫法

此方法是將原常規(guī)加溫法中來自空壓機、純化器的壓力為0.48MPa的壓縮空氣改為其它空分機組主換熱器出來的常溫氮氣，將其機組加熱由以往的一步完成分為兩步進行：第一步，使用其它空分機組的氮氣將需要加溫的空分機組內部管道、容器溫度提升至常溫；第二步在本空分機組啟動時，使用純化器來的壓力空氣對容器、管道、儀表管線中的雜質吹掃。工藝流程見圖1。

圖1 空分機組工藝流程簡圖

（1）各空分機組之間出主換熱器的氮氣管道系統(tǒng)聯(lián)網，使氮氣在各空分間自由分配，也便于氮壓機不受限制的啟、停。

（2）自空分機組停機前，為減少排液時間，減少低溫液體排放浪費，提前停運精氬系統(tǒng)、粗氬系統(tǒng)，將粗氬系統(tǒng)內部的低溫液體回上塔后充入儲槽。

（3）空分機組停機后，關閉機組所屬全部閥門，排放下塔、主冷、粗氬冷凝器、粗氬塔Ⅱ液氬、純氬冷凝器及蒸發(fā)器、各管路內所有液體后關閉相應排放閥，使用其它氣體（氮氣或其它機組空氣）在氣化器內氣化低溫液體；同時停運空分機組所屬空壓機及相關空氣預冷系統(tǒng)、純化系統(tǒng)等輔機。

（4）打開需要加熱的空分機組氮氣輸送閥V103，將其它空分機組富裕壓力為12kPa的常溫加熱用氮氣通過管網引入系統(tǒng)，加熱用氮氣進入主換熱器氮氣通道，沿著通道經過液空（氮）過冷器進入上塔頂部，通過上塔底部主冷液氧及氧氣進主換熱器排放閥V304排出系統(tǒng)完成對上塔的加熱。

（5）打開液氮送上塔閥HV2，將上塔氮氣引入下塔頂部，打開下塔底部液空排放閥V312，氮氣自下塔頂部流向底部排出完成對下塔的加熱。

（6）打開粗氬Ⅱ塔出口工藝氬排放閥HV751，來自上塔中下部氮氣通過餾分管進入粗氬Ⅰ塔，由粗氬Ⅰ塔頂部引出進入粗氬Ⅱ塔底部，自下而上的對粗氬Ⅰ、Ⅱ塔進行加熱后氮氣通過粗氬Ⅱ塔出口工藝氬排放閥HV751排出。

（7）打開粗氬Ⅱ塔出口工藝氬進精氬塔閥HV702，加溫氮氣進入精氬塔中部，同時打開精氬塔頂部余氣放空閥對其中上部進行加熱；打開精氬塔底部產品液氬排放閥對其中下部進行加熱。

（8）根據氮氣的富裕程度及上塔壓力大小打開氧氣出主換熱器放空閥、污氮進水冷塔閥對主換熱器氧、污氮通道進行加溫，由其結構決定主換熱器空氣通道隨著氧、氮、污氮通道升溫自然回升溫到常溫無需單獨加熱。操作要點是氧氣、污氮放空閥開度的根據出主換熱器溫度來控制，防止凍壞常溫管道。

（9）在空分機組使用氮氣加熱升溫期間，通過調整排放閥開度來控制各容器、管道溫度，盡量使溫度均勻升高。各部溫度均高于-100℃后，將各容器間聯(lián)絡閥逐步打開，保持氣體通過，使管道與容器同步變形，減少應力集中損壞管道。如液空進上塔閥HV1打開20%，液空進粗氬冷凝器閥HV702打開100%，粗氬冷凝器液空回上塔閥打開，壓力氮進精氬蒸發(fā)器閥、液氮出精氬蒸發(fā)器回上塔閥、液氮進精氬冷凝器閥、氮氣出精氬冷凝器回上塔閥等。低壓氮氣加溫溫升曲線見圖2。

圖2 空分機組低壓氮氣加溫主要溫度溫升趨勢

通過各容器、管道排放閥開度控制溫度上升速度及均勻程度，待各部溫度均達到常溫時加熱完成，關閉以上操作的所有閥門。在本空分機組下次啟動時，使用空分機組純化器來的壓力空氣吹掃容器、管道、儀表管線清除雜質后正常啟動即可。由于氮氣為窒息性氣體，為防止發(fā)生意外事故，盡量排放到專用排液系統(tǒng)中在不能進入的區(qū)域設置警戒區(qū)，防止氮氣窒息事故發(fā)生。

2.3 自然加溫法

此方法是在保障空分機組系統(tǒng)內部各容器均為正壓的基礎上，首先利用外界的熱量通過冷箱表面、珠光砂、容器壁面?zhèn)鲗нM入空分系統(tǒng)進行加溫的一種方式。在本空分機組啟動時，使用壓力空氣吹掃對容器、管道、儀表管線清除雜質。

具體方法：（1）在空分機組停機后，及時停運機組所屬空壓機，將各容器內的低溫液體排凈，關閉所有工藝閥門。（2）上塔保壓，通過空分氮氣輸送閥將管網系統(tǒng)中其它機組的低壓氮氣，引入空分機組主換熱器氮氣通道，通過主換熱器氮氣通道進入上塔。（3）上塔氮氣通過液空進冷粗氬凝器閥HV702，液氮進精氬冷凝器閥HV706分別對其冷凝器進行保壓；通過餾分氣體管路進入粗氬Ⅰ塔底部由氬Ⅰ塔頂部出來進入粗氬Ⅱ塔底部，又通過粗氬Ⅱ塔頂部工藝氬調節(jié)閥HV705進入精氬塔對氬系統(tǒng)進行保壓。（4）上塔氮氣通過下塔送上塔液氮、液空閥進入下塔對下塔進行保壓。（5）下塔氮氣通過壓力氮管道進入精氬塔蒸發(fā)器后通過調節(jié)閥回上塔對精氬塔蒸發(fā)器進行保壓。（6）主換熱器氧氣、污氮、空氣通道，膨脹空氣換熱器，液氮、液空過冷器各通道均與相關系統(tǒng)直接連接，可以與系統(tǒng)同時進行保壓。

通過以上操作，確保空分機組內部各系統(tǒng)均為正壓，防止產生負壓吸入外界空氣污染系統(tǒng)；隨著時間的延續(xù)，外界熱量通過傳導不斷進入系統(tǒng)，機組內部溫度均勻上升達到常溫。溫升曲線見圖3。

圖3 空分機組自然加溫主要溫度溫升趨勢

（7）待空分機組啟動時按照正常加熱過程后期的吹掃操作對整個系統(tǒng)進行繼續(xù)升溫、吹掃。

自然加溫的特點為操作簡單，無需新增能源消耗，不產生額外噪音，管道變形小。4萬m3/h空分機組上塔和粗氬塔II熱脹冷縮最高可達200mm，日均變形1.75mm，應力釋放均勻，缺點是耗時較長。如2萬m3/h空分機組，在夏季的自然加溫時間為57天，4萬m3/h空分機組，在冬季的自然加溫時間為114天。

3 三種加溫方式的比較

3.1 常規(guī)加溫法

此方法操作復雜，需要消耗空氣壓縮電耗，如2萬m3/h空分機組需要消耗電能57.6萬kW·h?？諝夥趴债a生較大噪音，管道變形大，日均變形67mm，應力釋放集中，設備損壞幾率偏高。優(yōu)點為耗時短，一般3天可以全部加熱完成。

3.2 低壓氮氣加溫法

此方法操作簡單、不消耗電能僅消耗部分富裕氮氣，不產生額外噪音，管道變較小，日均變形28.6mm，應力釋放均勻，設備損壞程度較低。缺點是耗時長，一般7天可以全部加熱完成。

3.3 自然加溫法

自然加溫的特點為基本無需操作，不消耗電能也不消耗其他介質，不產生額外噪音，管道變形小，日均變形1.75mm，應力釋放均勻，設備損壞程度幾乎可以忽略。缺點是耗時較長，如2萬m3/h空分機組，在夏季的自然加溫時間為57天；4萬m3/h空分機組，在冬季的自然加溫時間為114天。

4 實踐應用案例

八鋼制氧1#2萬m3/h空分機組，于2018年4月7日停運，2018年11月5日啟動，使用自然加溫法進行系統(tǒng)保壓自然升溫。啟動前氧氣出上塔溫度達到8.8℃、粗氬出冷凝器溫度為10.8℃。由于機組各部溫度均在8℃以上，所以不需要進行加溫作業(yè)，而直接進行系統(tǒng)吹掃作業(yè)。11∶30分開始送空氣進行吹掃，同時對儀表、檢測管線進行吹掃，14∶48氧氣出上塔溫度為12.8℃、粗氬出冷凝器溫度12.2℃，檢測各容器露點均低于－65℃，加溫吹掃完成。此臺空分機組停運時間較長，停運季節(jié)為夏季。采用自然加溫法吹掃耗時只有3.3h，遠遠低于常規(guī)加溫法。

5 結束語

對空分機組停運后的加溫應綜合考慮時間、安全、能耗、設備保養(yǎng)等因素的影響，根據不同情況進行合理的選擇。如時間不緊的情況下，可以采用能耗低、利于設備保養(yǎng)的低壓氮氣加溫法及自然加溫法，盡量做到熱應力逐步、均勻釋放，利于空分設備，提高設備使用壽命，而且節(jié)約能源。低壓力溫法和自然加溫法，操作相對簡單，而且噪音符合環(huán)保要求。