李芳芳, 王麗平
(山西焦化集團有限公司,山西 臨汾 041606)
某公司甲醇廠空分車間有1#KDON-8000/5000型、2#KDON-6000/12000型空分裝置各一套,分別于2008年1月、2016年6月投產(chǎn)運行。裝置為國內(nèi)第五代帶增壓膨脹機的全低壓分子篩凈化流程(流程圖見圖1),兩套裝置均利用深度冷凍的方法,將離心式空壓機送來的原料空氣,經(jīng)氮水預(yù)冷系統(tǒng)冷卻、分子篩吸附凈化、板式換熱器降溫、膨脹機制冷、并通過雙級精餾塔精餾,分離出氧氣和氮氣,其中1#、2#空分裝置大部分氧氣經(jīng)氧壓機壓縮供給甲醇一系統(tǒng)、甲醇二系統(tǒng)轉(zhuǎn)化爐使用,氮氣主要供公司各生產(chǎn)廠吹掃、置換、熄焦及升溫還原使用。1#空分裝置自投運以來除按系統(tǒng)計劃停車外,一直正常運行。但在2018年5月份開始出現(xiàn)了主換熱器熱端溫差過大的現(xiàn)象,此現(xiàn)象對空分裝置的安全運行造成了極大的隱患[1-2]。
2018年7月,1#KDON-8000/5000空分裝置運行工況進一步惡化,主換熱器熱端溫差最大達(dá)17 ℃,裝置冷損嚴(yán)重。
圖1 空分裝置流程圖
為了查找主換熱器熱端溫差大的原因,從以下幾方面進行原因分析:
主換熱器本身設(shè)計換熱能力不足可能造成主換熱器熱端溫差增大。我廠1#空分裝置于2008年初次開車期間,運行平穩(wěn),熱端溫差最大7 ℃,空氣與氧氣通道、氮通道、污氮通道數(shù)量設(shè)計均能滿足熱交換要求,且多年來也未曾出現(xiàn)換熱能力不足問題,所以主換熱器本身設(shè)計不存在問題。2008年、2018年主換熱器熱端溫度參數(shù)見表1。
表1 2008年、2018年主換熱器熱端溫度參數(shù)
1#空分裝置若有水分進入,造成水分在主換熱器凍結(jié),也是造成主換熱器熱端溫差大的原因。根據(jù)裝置流程水分可能是通過以下兩通道進入主換熱器(見圖2),即,增壓空氣帶入水分與正流空氣帶入水分兩種可能性:1) 若可能是增壓機冷卻器漏水,那么冷卻器后的氣側(cè)導(dǎo)淋閥就應(yīng)有水排出,經(jīng)現(xiàn)場排放,導(dǎo)淋排放正常。并采用便攜式露點儀進行分析,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10×10-6,排除增壓機冷卻器漏水可能。2) 由于增壓空氣水分含量達(dá)標(biāo),所以基本可排除由分子篩來的正流空氣帶水的可能性。綜合以上兩項分析,有微量水分進入主換熱器的可能性可以排除。
圖2 主換熱器正返流氣體示意圖
如果是主換熱器微漏,不可能對換熱器造成如此大的影響,如果泄漏嚴(yán)重的話,那么中壓空氣將大量進入低壓返流氣體通道,返流氣體出塔壓力將有明顯的變化,而實際上各返流氣體的壓力沒有明顯波動,因此可排除主換熱器破裂泄漏原因。
本空分裝置用的是三個單元的主換熱器,操作人員在操作中可能存在氣流分配不合理問題。為此,車間專門在裝置返流氣體流量不變的情況下,通過V101、V102、V103閥配合調(diào)節(jié)熱端溫差,經(jīng)過調(diào)整三股返流氣體出塔溫度相等,但熱端溫差仍然很大,所以排除進三個單元換熱器的空氣量分配不合理的原因。
可能是分子篩對二氧化碳、碳?xì)浠衔镂讲粡氐?,將二氧化碳、碳?xì)浠衔飵胫鲹Q熱器造成主換熱器堵塞。
空分設(shè)備分子篩純化器將空氣中水分、二氧化碳及部分碳?xì)浠衔镂?,吸附后利用污氮氣對分子篩進行加熱,分子篩純化器設(shè)置兩個,一個處于吸附階段,另一個處于再生階段。
我公司對生產(chǎn)原料的產(chǎn)購一直有嚴(yán)格的采購程序,而且分子篩一直用的是上海巷騰分子篩有限公司生產(chǎn)13X-APG,使用多年從無質(zhì)量問題。而且本批次分子篩在2#空分裝置中使用正常,所以能保證分子篩質(zhì)量。
再者,分子篩在使用過程中嚴(yán)格控制加溫再生程序,在分子篩再生中,操作人員嚴(yán)格按再生程序進行加溫、冷吹,控制再生溫度,堅持每8 h對純化器進行一次倒換操作,同時嚴(yán)格保證再生氣量的充足。并嚴(yán)格監(jiān)視分子篩吸附器出口二氧化碳在線分析儀,并同現(xiàn)場人工分析數(shù)據(jù)相比較,確保數(shù)據(jù)的正確性。二氧化碳測量數(shù)據(jù)都在指標(biāo)范圍內(nèi),無超標(biāo)現(xiàn)象。所以,分子篩對二氧化碳、碳?xì)浠衔镂讲粡氐自蚩膳懦?/p>
排除了以上幾種原因,最有可能就是主換熱器通道被異物(分子篩或其他異物)堵塞,影響了熱交換。
在確定本次影響主換熱器熱端溫差增大的原因后,停止1#空分裝置運行,對裝置進行停車檢查。
為了盡可能降低空分裝置檢修期間對整個甲醇一系統(tǒng)生產(chǎn)運行的影響,節(jié)能降耗,充分利用資源,先將2#空分裝置(此時正值甲醇二系統(tǒng)臨時停機檢修,2#裝置氧氣富余)的富余氧氣切入甲醇一系統(tǒng)為1-3#氧壓機供氣,使2#空分裝置代替1#空分裝置繼續(xù)為系統(tǒng)供氣。
正常生產(chǎn)時1#空分系統(tǒng)配套的1-3#氧壓機供甲醇一系統(tǒng)凈化車間轉(zhuǎn)化爐使用;2#空分系統(tǒng)配套的4-6#氧壓機供甲醇二系統(tǒng)第二凈化車間轉(zhuǎn)化爐使用。
1) 停4-6#氧壓機;同時關(guān)閉V105B閥,開V104B閥放散閥;將4-6#氧壓機完全退出。
2) 關(guān)閉2#空分系統(tǒng)氧氣入氧氣緩沖罐V116閥。
3) 現(xiàn)場開氧氣聯(lián)通閥V115閥至50%左右;同時,根據(jù)2#分餾塔頂部壓力適當(dāng)關(guān)V104B放散閥至全關(guān);緩慢關(guān)V105A閥門至全關(guān),同時開V104A閥放散閥(根據(jù)1#空分分餾塔頂部壓力和氧壓機入口壓力進行操作)。
4) 2#空分氧氣出分餾塔總管閥V132閥至50%左右,一系統(tǒng)氧氣入氧壓機V1411閥門關(guān)至70%左右,并調(diào)節(jié)氧氣外送流量為6200 m3/h~6600 m3/h。
5) 一系統(tǒng)氧壓機回流閥V1403閥打手動,開到65%左右進行綜合調(diào)節(jié)。
6) 在倒換過程中應(yīng)使1-3#氧壓機吸入壓力≥5.0 kPa。
7) 使1#、2#空分系統(tǒng)分餾塔上塔頂部壓力≤45.0 kPa。
8) 操作流程圖見圖3。
圖3 2#空分產(chǎn)品氧氣送入1-3#氧壓機操作圖
將1#空分裝置停車后,打開分子篩吸附器頂部,發(fā)現(xiàn)絲網(wǎng)上有大量粉塵,在對粉塵物質(zhì)進行初步分析時,發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)遇水時沒有熱量產(chǎn)生(分子篩遇水時產(chǎn)生熱量),而且吸附器絲網(wǎng)已經(jīng)變形呈凹陷形,基于以上現(xiàn)象,粉塵很可能是從污氮通道進入分子篩頂?shù)慕z網(wǎng)上,粉塵物質(zhì)可能是珠光砂。但珠光砂如何進入污氮通路,還需進一步對冷箱內(nèi)設(shè)備、管線進行查漏。
對整個裝置進行全面加溫,扒開冷箱珠光砂,進行保壓查漏。在加溫過程中發(fā)現(xiàn)從V108污氮排放閥中吹出少量珠光砂,打開V107、V109氮、氧排放閥未吹出珠光砂,因此將查漏重點放在污氮管線及所關(guān)聯(lián)的設(shè)備上。當(dāng)拆開進冷箱充氣閥(V202)法蘭后,打開V202閥吹出大量珠光砂。對氮封管道進一步檢查,發(fā)現(xiàn)V202閥出口法蘭處破裂,就是此破裂點使得冷箱內(nèi)的珠光砂通過此處進入污氮通道。
由查漏結(jié)果得出造成空分裝置主換熱器溫差過大的原因是氮封法蘭泄漏,在分子篩再生時珠光砂被吸抽到污氮管線后進入分子篩吸附器頂部,進而在分子篩吸附器正常運行時珠光砂隨空氣進入主換熱器,從而使主換熱器換熱面積減少,導(dǎo)致?lián)Q熱器熱端溫差增大。
同時,清理出分子篩吸附器內(nèi)的分子篩和活性氧化鋁,將其中的珠光砂篩出,并用吹除法將將分子篩頂部及管道、主換熱器中殘余珠光砂吹出。
在對精餾塔的吹除中沒發(fā)現(xiàn)有珠光砂存在的痕跡。
1) 將充氮閥及連接管道進行更換,對整個裝置加溫、吹除處理后,1#裝置再次開車,順利出氧,各項工藝指標(biāo)運行正常,均在指標(biāo)控制范圍內(nèi)。
2) 對這次問題的判斷、分析比較準(zhǔn)確,沒有造成堵塞情況的進一步擴大化。
3) 在1#裝置停車檢查期間,充分利用2#裝置富余氧氣進行倒換操作,使系統(tǒng)資源得以合理充分的利用,避免了整個甲醇一系統(tǒng)的全線停車,為公司生產(chǎn)節(jié)約了成本。
4) 在今后的生產(chǎn)中,要加強粉塵來源的防范,固體粉塵進入空分設(shè)備后輕則堵塞換熱器通道,降低傳熱效率,堵塞精餾塔塔板,降低產(chǎn)品純度和產(chǎn)量;重則堵塞主冷板式氧通道,加速液氧中烴類雜質(zhì)的濃縮;同時,粉塵有可能成為液氧中的引爆源,其危害性不可小視。