煤化工空分高負荷工況下的運行優化與實踐

張雙格

摘 要：文章結合公司煤制乙二醇配套40000Nm3/h空分裝置的運行實踐，通過分析存在的問題，找出解決問題的應對措施，從而實現裝置高負荷運行。同時單位產品消耗高壓蒸汽得以下降，顯著提高了裝置的經濟效益。

關鍵詞：煤化工;空分;高負荷;應對措施

陽煤平定化工空分裝置作為公司2×20萬t煤制乙二醇項目的配套裝置，對整個煤制乙二醇項目的運行起著關鍵性的作用?？辗盅b置主要為氣化裝置提供高壓氧氣，為乙二醇提供低壓氧氣，為全廠提供高、中壓氮氣和低壓氮氣，總制氧能力為40000Nm3/h。

影響空分裝置高負荷生產的瓶頸主要集中在冷損大、氧提取率低、預冷系統分布器堵塞問題、空冷塔填料存在損壞或偏流現象導致出空冷塔壓縮空氣溫度偏高、夏季機組乏汽系統真空度波動、夏季原料空氣中CO2超標等。針對以上制約裝置高負荷生產運行的瓶頸問題，空分裝置實施了一系列優化提升消除瓶頸的措施。

1 存在的問題及對策

1.1 冷損大及應對措施

1.1.1 低溫液氧泵冷損

為提高裝置負荷，實現40000Nm3/h外供量，將各單元低壓氮泵、高壓氮泵回流閥逐漸關閉，減少主冷凝蒸發器液氧消耗，使得主冷凝蒸發器液位能在100%負荷下維持穩定。及時檢查低溫泵泵箱保冷效果，對保冷效果差的泵箱更換珠光砂，冷量損失進一步減少。

1.1.2 板翅式換熱器冷損

為減少板翅式換熱器冷損，空分裝置通過調整進換熱器空氣量、出換熱器產品量，縮小熱端溫差在3～6℃，以減少熱交換不完全冷量損失。

1.1.3 冷箱冷損

裝置以各單元停車檢修為契機，對冷箱及時補裝珠光砂，以減少冷損。

1.2 氧提取率低及應對措施

1.2.1 氧提取率不高

氧的提取率是以產品氧的總氧量與進塔加工空總氧量之比來表示。氧提取率=（氧產量×氧純度）/（進塔空氣量×空氣中的氧含量）。當進塔空氣量和產品氧純度一定時，氧提取率的高低取決于氧產量的多少，而氧產量的多少在進氣量一定的條件下，主要取決于污氮氣中含氧量的高低，只有降低污氮中的含氧量才可提高氧提取率?？辗盅b置結合運行實踐，通過降低上塔壓力，使上塔污氮氣壓力維持在20～25kPa，使得更多的液氧冷卻下來，維持主冷凝蒸發器液位正常。

1.2.2 降低氧放散率

氧氣放散率是指生產的氧（氣態與液態）產品中有多少未被利用而放空的比例。放散率ψfs可按扣除利用的部分來計算。

式中：Vqo、Vyo-生產的氣氧和液氧總量;V'qo、V'yo-送出的氣氧和液氧總量;V'c-儲存的產品增量。

空分裝置結合運行實踐，主要采取以下兩點措施降低氧放散率：①關閉各裝置氧氣放空閥門，送出更多的氣氧，降低氧放散率;②保證后備系統液氧儲槽有充足的液氧產品。

2 預冷系統換熱效果差及應對措施

2.1 分布器堵塞分布效果差

抓住歷次停車檢修的機會，對空冷塔、水冷塔分布器進行清洗與擴孔處理，分布器分布孔由3.5mm擴徑至5mm，并及時清理過濾器，防止雜物進入分布管中阻塞分布孔;通過改造，預冷系統效果明顯，空冷塔壓縮空氣出口溫度與低溫冷卻水上水溫度溫差由7℃降至4℃。加裝循環冷卻水遠傳溫度點。針對循環冷卻水溫度波動對預冷系統影響較大，空分裝置循環冷卻水溫度表全部為現場一次表，存在讀數不準的問題，在空壓站循環冷卻水上水管線上加裝了遠程溫度測量點。通過加裝遠程溫度點，中控操作人員可根據實時溫度值調整冷卻水量，為裝置預冷系統高負荷優化運行提供數據支持。

2.2 填料破損傳質傳熱效果差

空分裝置空冷塔及水冷塔為填料塔，是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆的方式放置在支承板上。填料的上方安裝有填料壓板，以防被上升氣流吹動。冷卻水從塔頂經水分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經氣體分布裝置分布后，與冷卻水呈逆流連續通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。當冷卻水沿填料層向下流動時，若塑料鮑爾環填料破損造成流通通道堵塞，會造成傳質效率降低。在檢修中，空分裝置通過重新裝填預冷系統空冷塔和水冷塔填料，挑出破損的填料，較好地提高了傳質傳熱效率，從而提升了預冷系統換熱效果，降低了出空冷塔壓縮空氣的溫度，為高負荷運行奠定了基礎。

2.3 污氮分配不合理

為確?？辗窒到y冷量平衡，做好污氮氣的系統分配，在保障分子篩吸附器工況穩定的條件下，空分對各單元分子篩吸附器的污氮再生氣量進行了調整，再生氣量設定值控制在40000Nm3/h，加熱時間控制在80min左右，冷吹時間控制在140min，冷吹系數設定為1.2。通過對分子篩吸附器再生氣量的優化調整，盡可能地減少分子篩吸附器對污氮氣的需求，充分利用污氮氣冷量，勻出來的低溫污氮氣進入預冷系統，能有效提升預冷系統制冷效果。

3 機組乏汽系統真空度波動運行不穩定及應對措施

機組乏汽系統真空度波動，容易觸發聯鎖造成機組停車。平定化工空分采用凝汽器來冷卻汽輪機后乏汽。乏汽在凝汽器中的換熱效果如何，將直接影響機組乏汽系統真空度。

大氣溫度越高，汽輪機乏汽和循環水的換熱溫差越小，在凝氣器換熱面積一定的條件下，所需換熱的循環水量越多。如果循環水在最大負荷下換熱水量仍然不夠，將會導致汽輪機乏汽壓力上升。乏汽壓力上升，機組真空度下降，將會直接導致汽輪機高壓蒸汽消耗增加。通過對空分裝置的摸索，針對當地氣候特點，入夏前對凝汽器循環水側管束進行徹底清洗，取得了較好效果，有效地降低了汽輪機排氣壓力，提高了系統真空度。

保障機組乏汽管道真空度的同時，降低了機組蒸汽消耗。通過實踐得出，在設計乏汽壓力為20kPa時，乏汽壓力每增加5kPa，汽輪機能耗將會增加3%左右。乏汽壓力下降5kPa時，按每套機組蒸汽消耗設計值168.5t計算，每小時可節約5.1t高壓蒸汽，空分機組每小時累計節約30.6t高壓蒸汽。按每t蒸汽100元成本計算，每年將節約高壓蒸汽費用432萬元。大幅度提高了機組運行平穩性，又能節約運行成本，提高企業效益。

4 純化系統吸附效果下降及應對措施

夏季時原料空氣中二氧化碳含量高：受裝置布置及夏季風力風向影響，項目配套的鍋爐裝置煙囪排放的二氧化碳沉降后嚴重影響空分裝置原料空氣質量，空壓機入口二氧化碳含量在700ppm～5000ppm之間波動，時間段從每日的10時左右直至下午15時左右持續5個小時，峰值高且持續時間長，遠超過空壓機吸入口最大允許二氧化碳含量550ppm。

通過對空分DCS畫面增加自動彈框，提示操作人員調整分子篩吸附周期，以提升分子篩吸附器吸附效果。當空壓機吸入口二氧化碳超過700ppm時，操作人員將人為干預分子篩吸附器吸附程序，縮減分子篩吸附器吸附周期，以應對原料空氣中二氧化碳超高現象，維持空分裝置高負荷平穩運行，最大限度地降低對板翅式換熱器及精餾系統的不利影響，確保裝置安全的前提下向氧氮管網保供氧氮。

5 結語

空分裝置作為煤化工裝置的重要組成部分，確保裝置高負荷運行對煤化工裝置效益的提升具有關鍵作用。以上針對特大型煤化工配套空分裝置的高負荷工況下運行優化與實踐，期望能對同類型空分裝置有一定借鑒作用。

參考文獻：

[1]李波，曹亮.魯南化工氣化裝置提產情況及高負荷下運行經驗[J].小氮肥，2019，047（001）：19-23，30.

[2]姜永，王琦，趙建龍，等.大型煤化工項目空分裝置低能耗運行模式探討[J].石化技術，2018，25（12）：26-27.

[3]于辰業，馮恒威.試論大型空分裝置在煤化工生產中的安全運行[J].名城繪，2018，000（002）：544-544.