樊少波

（新疆國(guó)泰新華礦業(yè)股份有限公司豐喜運(yùn)營(yíng)部，新疆昌吉 831101）

0 引 言

所謂電拖空分裝置，即用一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)空壓機(jī)、另一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)增壓機(jī)，空壓機(jī)和增壓機(jī)均單獨(dú)運(yùn)行；所謂汽拖空分裝置，即用一臺(tái)汽輪機(jī)同時(shí)拖動(dòng)空壓機(jī)和增壓機(jī)，空壓機(jī)和增壓機(jī)同時(shí)啟動(dòng)或同時(shí)停運(yùn)?？辗盅b置選擇電拖還是汽拖，取決于諸多因素，通常而言，大型煤化工項(xiàng)目配套空分裝置主要采用汽拖空分裝置，而當(dāng)?shù)仉妰r(jià)比較便宜的地方則可采用電拖空分裝置。國(guó)泰新華礦業(yè)基于其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及當(dāng)?shù)仉妰r(jià)較低等因素，在可行性論證階段認(rèn)為，公司有2×350MW 自備電廠，電拖空分裝置在運(yùn)行成本方面有優(yōu)勢(shì)；就生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行方面，空分裝置是為全廠提供氮?dú)?、氧氣的關(guān)鍵裝置，空分裝置停車會(huì)導(dǎo)致全廠停產(chǎn)，而電網(wǎng)造成的影響會(huì)比蒸汽管網(wǎng)造成的影響小得多。綜合各方面的因素，國(guó)泰新華礦業(yè)在立項(xiàng)階段決定采用電拖空分裝置。

42000m3／h電拖空分裝置于2016年3月開始進(jìn)行方案討論及初步設(shè)計(jì)，2018年7月建成投運(yùn)并運(yùn)行正常，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)28個(gè)月，期間完成了初步設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、設(shè)備訂貨、管道材料訂貨、土建基礎(chǔ)施工、設(shè)備安裝、管道安裝、系統(tǒng)吹掃及開車等。目前本空分裝置運(yùn)行基本穩(wěn)定，各運(yùn)行參數(shù)均在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)。以下對(duì)42000m3／h電拖空分裝置的工藝流程、設(shè)備配置、開車過(guò)程、運(yùn)行問(wèn)題、能耗情況、運(yùn)行成本等作一介紹，以供業(yè)內(nèi)參考與交流。

1 電拖空分裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)品參數(shù)及工藝流程

1.1 設(shè)計(jì)產(chǎn)品參數(shù)

42000m3／h電拖空分裝置主要包括空氣過(guò)濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、氮?dú)鈮嚎s系統(tǒng)、全精餾制氬系統(tǒng)、液體貯存系統(tǒng)等，其設(shè)計(jì)產(chǎn)品參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 42000m3／h電拖空分裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)品參數(shù)

1.2 工藝流程簡(jiǎn)述

1.2.1 空氣過(guò)濾系統(tǒng)

來(lái)自大氣的空氣首先進(jìn)入自潔式空氣過(guò)濾器，在過(guò)濾器中除去灰塵和其他顆粒雜質(zhì)后進(jìn)入空壓機(jī)進(jìn)行三級(jí)壓縮。

1.2.2 空氣壓縮系統(tǒng)

空氣壓縮系統(tǒng)采用一拖一的電拖形式，即空壓機(jī)用1臺(tái)21500kW 的電機(jī)拖動(dòng)、增壓機(jī)用1臺(tái)12000kW 的電機(jī)拖動(dòng)；空壓機(jī)采用三級(jí)壓縮，增壓機(jī)采用六級(jí)壓縮。壓縮后的空氣壓力0.522MPa、溫度105℃、流量210000m3／h，送入空氣預(yù)冷系統(tǒng)；壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的級(jí)間熱量被中間冷卻器內(nèi)的循環(huán)冷卻水帶走。

中國(guó)石化集團(tuán)公司高級(jí)專家、中國(guó)石化上海石油化工研究院首席專家、美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)士、美國(guó)高分子材料科學(xué)與工程會(huì)士、美國(guó)高分子化學(xué)會(huì)士、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃—化學(xué)與結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)農(nóng)膜項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王洪學(xué)博士解決了這一難題。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的全生物可降解PHA農(nóng)膜，使用壽命可根據(jù)作物生長(zhǎng)需求調(diào)節(jié)，提高地膜強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)機(jī)械鋪膜，進(jìn)一步提高了種植效率，并且通過(guò)降低地膜厚度為農(nóng)民節(jié)省了開支。PHA農(nóng)膜被評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)基礎(chǔ)材料專項(xiàng)2017年標(biāo)志性成果及2017-2018十大成果之一。

1.2.3 空氣預(yù)冷系統(tǒng)

來(lái)自空氣壓縮機(jī)壓力0.522MPa、溫度105℃的空氣進(jìn)入空氣冷卻塔，分別經(jīng)32℃的循環(huán)水和8℃的冷凍水冷卻后溫度降至10℃以下，之后進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)。

1.2.4 空氣純化系統(tǒng)

來(lái)自空氣冷卻塔壓力約0.5MPa、溫度約10℃、流量約210000m3／h的空氣進(jìn)入分子篩吸附器，其中的水分、CO2、碳?xì)浠衔锉晃胶?，CO2含量＜1×10－6的空氣進(jìn)入冷箱內(nèi)。分子篩吸附器采用2臺(tái)并聯(lián)操作，一臺(tái)吸附時(shí)另一臺(tái)再生，4h切換一次；分子篩吸附器下部裝Al2O3、上部裝13X-APG分子篩，中間用絲網(wǎng)隔開。再生階段采用壓力2.0MPa、溫度220℃的過(guò)熱蒸汽作為熱源，再生氣源為冷箱頂部出來(lái)的污氮?dú)狻?/p>

1.2.5 分餾塔系統(tǒng)

分餾塔系統(tǒng)主要由分餾塔（包括下塔、上塔、主冷凝蒸發(fā)器）、1臺(tái)高壓主換熱器（板式）、4臺(tái)低壓主換熱器（板式）、2臺(tái)過(guò)冷器組成。

進(jìn)入分餾塔下塔的空氣共有3股（3股空氣分別進(jìn)入）：第一股為分子篩吸附器后空氣，壓力0.475MPa、溫度15℃、流量105500m3／h；第二股為增壓透平膨脹機(jī)膨脹后空氣，壓力0.467MPa、溫度－173℃、流量47600m3／h；第三股為增壓機(jī)末端出來(lái)的空氣，壓力7.0 MPa、溫度40℃、流量56900m3／h。其中，第一股空氣經(jīng)低壓主換熱器冷卻后再進(jìn)入下塔，第二股空氣經(jīng)高壓主換熱器冷卻后進(jìn)入透平膨脹機(jī)的膨脹端膨脹后再進(jìn)入下塔，第三股經(jīng)高壓主換熱器冷卻后經(jīng)HV2閥減壓再進(jìn)入下塔。

分餾塔下塔自上而下產(chǎn)生純液氮、純氮?dú)?、貧液空、富氧液?種產(chǎn)品。純液氮產(chǎn)品大部分作為下塔和上塔的回流液，小部分經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后作為液氮產(chǎn)品送出，另一小部分作為精氬塔冷凝器的冷源；純氮?dú)猱a(chǎn)品從下塔頂部出來(lái)，經(jīng)高壓主換熱器復(fù)熱后作為產(chǎn)品氣送出界區(qū)去后工段；貧液空經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后，由HV6節(jié)流閥控制送入上塔參與精餾；富氧液空經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后，由LV1節(jié)流閥控制送入上塔參與精餾。

進(jìn)入分餾塔上塔的液體與上升的氣體通過(guò)直接接觸進(jìn)行精餾，在上塔的下部得到純液氧，純液氧產(chǎn)品經(jīng)液氧泵提壓至5.67MPa后進(jìn)入高壓主換熱器，經(jīng)復(fù)熱后送出界區(qū)；在分餾塔上塔頂部得到低壓純氮?dú)狻?/p>

1.2.6 氮?dú)鈮嚎s系統(tǒng)

分餾塔上塔頂部出來(lái)的壓力為15kPa的低壓純氮?dú)猓?jīng)高壓主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入氮壓機(jī)進(jìn)行三級(jí)壓縮，第一級(jí)從15kPa加壓至0.166 MPa，第二級(jí)從0.166MPa加壓至0.360MPa，第三級(jí)從0.360MPa加壓至0.700MPa，經(jīng)三級(jí)加壓后外送。

1.2.7 全精餾制氬系統(tǒng)

全精餾制氬系統(tǒng)主要由1座粗氬塔、1座精氬塔、1臺(tái)粗氬冷凝器、1臺(tái)精氬冷凝器、1臺(tái)精氬蒸發(fā)器和1臺(tái)液氬計(jì)量罐組成。分餾塔上塔抽出的壓力26kPa、溫度－180.7℃、流量17800m3／h的富氬氣體（N2含量≤20×10－6、O2含量≤85.09%、Ar含量≤14.89%）作為粗氬塔的原料氣，自粗氬塔底部進(jìn)入，經(jīng)粗氬塔精餾后在其上部得到無(wú)氧氬氣；無(wú)氧氬氣送往精氬塔中部繼續(xù)進(jìn)行精餾，液氬從精氬塔底部引出，先進(jìn)入液氬計(jì)量罐，之后出冷箱去液氬貯槽。精氬塔底部設(shè)有精氬蒸發(fā)器，其熱源為從下塔來(lái)的氮?dú)猓▔毫?.441MPa、溫度－179.2℃），氮?dú)饨?jīng)精氬蒸發(fā)器換熱冷凝后通過(guò)減壓閥送入上塔頂部參與精餾；精氬塔的頂部設(shè)有精氬冷凝器，冷源是從下塔來(lái)的經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后的液氮（壓力0.065MPa、溫度－193.3℃），液氮經(jīng)換熱后成為氮?dú)馑腿胛鄣獨(dú)夤芫W(wǎng)，隨污氮?dú)鈴?fù)熱后送出冷箱。

1.2.8 液體貯存系統(tǒng)

從分餾塔系統(tǒng)中取出的液氧、液氮、液氬分別送入250m3的液氧貯槽、250m3的液氮貯槽和100m3的液氬貯槽。

2 設(shè)備配置情況

42000m3／h電拖空分裝置主要靜設(shè)備配置情況見(jiàn)表2，主要?jiǎng)釉O(shè)備配置情況見(jiàn)表3。

表2 42000m3／h電拖空分裝置主要靜設(shè)備配置情況

表3 42000m3／h電拖空分裝置主要?jiǎng)釉O(shè)備配置情況

3 開車過(guò)程及出現(xiàn)的問(wèn)題

42000m3／h電拖空分裝置同其他空分裝置一樣，同樣經(jīng)歷了設(shè)備安裝、氣密性試驗(yàn)、打壓、吹掃、油循環(huán)、空冷塔／水冷塔填料裝填及分子篩裝填、冷箱珠光砂裝填及裸冷等原始開車步驟。

空分裝置原始開車過(guò)程較為順利，過(guò)程中出現(xiàn)了如下一些問(wèn)題：①中途因?yàn)檠h(huán)水藥劑誤加，導(dǎo)致空冷塔分離效果不好，造成分子篩帶水現(xiàn)象，所幸處理及時(shí)，對(duì)裝置開車未造成嚴(yán)重影響；②空冷塔循環(huán)水排放閥閥芯被1塊廢料鋼板卡住，關(guān)不到底，造成空冷塔起壓過(guò)程中空氣竄入循環(huán)水系統(tǒng)，迅速查明原因后，對(duì)閥門進(jìn)行拆檢，取出廢料鋼板后，循環(huán)水排放閥恢復(fù)正常；③開車過(guò)程中發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)軸瓦溫度較高，二級(jí)軸止推瓦溫度約113℃（報(bào)警值為115℃，聯(lián)鎖值為126℃），接近報(bào)警值，而正常值應(yīng)在70～90℃，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)二級(jí)軸止推瓦處距離軸瓦供油處油壓測(cè)點(diǎn)有約3m的距離，且供油管道走向是朝上拐彎的，實(shí)際軸瓦處油壓比監(jiān)測(cè)點(diǎn)油壓低，即實(shí)際供油量滿足不了軸瓦的用油需求，立即調(diào)整油壓測(cè)點(diǎn)處油壓至0.20～0.25MPa，調(diào)整后二級(jí)軸止推瓦溫度恢復(fù)正常。

4 主要能耗情況

作為公用工程的空分裝置，其在企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要性不言而喻，因此，42000m3／h電拖空分裝置大功率電機(jī)全部采用10kV供電線路供電，且為專路供電，部分電機(jī)還采用了雙回路供電，如此可有力保障空分裝置不會(huì)因斷電而擴(kuò)大對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。另外，42000m3／h電拖空分裝置產(chǎn)出的儀表空氣是用4臺(tái)單獨(dú)的儀表空壓機(jī)進(jìn)行供應(yīng)的，所以不用考慮空分裝置停車后生產(chǎn)系統(tǒng)的儀表空氣供應(yīng)問(wèn)題。42000m3／h電拖空分裝置主要用電設(shè)備及其電耗情況見(jiàn)表4。

表4 空分裝置主要用電設(shè)備及其電耗情況

42000m3／h電拖空分裝置主要用水（循環(huán)水）設(shè)備及其水耗情況為：空壓機(jī)1300m3／h、增壓機(jī)1460m3／h、氮壓機(jī)400m3／h、儀表空壓機(jī)500m3／h、冷卻水泵600m3／h、冷凍水泵110 m3／h、冷水機(jī)組260m3／h?？梢钥吹?，因?yàn)闆](méi)有汽拖空分裝置需配置的汽輪機(jī)凝汽器，所以42000m3／h電拖空分裝置的循環(huán)水耗量較少，僅為4600m3／h左右，而同樣產(chǎn)能規(guī)模的汽拖空分裝置單臺(tái)凝汽器的循環(huán)水耗量一般在7000 m3／h左右。

5 電拖空分裝置氧氣生產(chǎn)成本測(cè)算

42000m3／h電拖空分裝置用電設(shè)備較多，其中空壓機(jī)和增壓機(jī)的耗電量較大，使得整套裝置的用電成本較高，但對(duì)于電價(jià)較低的生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)還是有一定成本優(yōu)勢(shì)的。實(shí)際生產(chǎn)中，本空分裝置5.6MPa氧氣的產(chǎn)量為37000m3／h，以此對(duì)其氧氣生產(chǎn)成本進(jìn)行測(cè)算（各項(xiàng)消耗均以實(shí)際流量計(jì)示數(shù)或電表示數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再將月用量平均到小時(shí)用量），以供參考。42000m3／h電拖空分裝置氧氣生產(chǎn)成本測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表5（氮?dú)獬杀竞雎圆挥?jì)）?？梢钥闯觯瑖?guó)泰新華礦業(yè)空分裝置氧氣的生產(chǎn)成本為9247.63÷37000＝0.25元／m3。國(guó)泰新華礦業(yè)42000m3／h電拖空分裝置整體投資約為20000萬(wàn)元，設(shè)備投資以15a折舊計(jì)算，則氧氣生產(chǎn)成本會(huì)增加約20000×104÷15÷365÷24÷37000＝0.04元／m3。

表5 42000m3／h電拖空分裝置氧氣生產(chǎn)成本測(cè)算表

國(guó)內(nèi)同等規(guī)模汽拖空分裝置的氧氣生產(chǎn)成本（不含折舊和資金利息等，外送的氮?dú)饧皟x表空氣成本也忽略不計(jì)）大致在0.30元／m3（此數(shù)據(jù)僅供參考），以此作為參照，國(guó)泰新華礦業(yè)電拖空分裝置氧氣生產(chǎn)成本低約0.05元／m3；空分裝置年運(yùn)行時(shí)間按300d計(jì)算，僅氧氣生產(chǎn)成本這一項(xiàng)全年就可節(jié)約37000×24×300×0.05÷10000＝1332萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)泰新華礦業(yè)42000m3／h電拖空分裝置，經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行處理，目前裝置運(yùn)行基本穩(wěn)定，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)。實(shí)際生產(chǎn)情況表明，電拖空分裝置開車時(shí)間較短——冷態(tài)開車時(shí)間僅為3h，即在主冷液位顯示2400mm以上的情況下，從空壓機(jī)啟動(dòng)到氧氣產(chǎn)品外送僅需3h（而汽拖空分裝置在同等工藝條件下從汽輪機(jī)啟動(dòng)到氧氣產(chǎn)品外送最快也得7h，因?yàn)槠啓C(jī)暖機(jī)過(guò)程最少就需要5h，如果暖機(jī)時(shí)間不夠，對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行很不利），裝置啟動(dòng)快速，可有力保障后工段的用氣需求。目前42000m3／h電拖空分裝置運(yùn)行中還存在一些小問(wèn)題，包括空壓機(jī)放空閥調(diào)節(jié)不靈、氮壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)畫面與總控室不同步、蒸汽加熱器列管填料微漏、增壓機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉有些波動(dòng)等，國(guó)泰新華礦業(yè)將在下一次大修中對(duì)這些問(wèn)題逐步予以解決。