带粗氪氙塔空分设备制氩系统快速冷启动

作者简介:李宗辉,男,1978年生,工程师,2001年毕业于北京科技大学热能工程专业,现在济南鲍德气体有限公司生产技术部从事制氧技术管理工作。

带粗氪氙塔空分设备制氩系统快速冷启动

李宗辉,张家勇

(济南鲍德气体有限公司,山东省济南市工业北路21号 250101)

摘要:40000m 3/h 空分设备短期停车后再投运时,由于粗氪氙塔运行工况不稳定,使主塔和制氩系统的精馏工况不能快速建立。介绍40000m 3

/h 空分设备的工艺流程和空分设备冷启动时的参数变化和具体工况,分析粗氪氙塔在空分设备中的作用及其运行工况对制氩系统的影响,阐述空分设备冷启动过程中快速启动制氩系统的操作经验。

关键词:大型空分设备;粗氪氙塔;内压缩流程;制氩系统;冷启动中图分类号:TQ116 43 文献标识码:B

Fast cold start of argon making system of air separation plant

built with crude krypton xenon tower

Li Zonghui,Zhang Jiayong

(Jinan Baode Gas Co.,L td.,21#N or th Gongye Road ,Jinan 250101,Shandong ,P.R.China)

Abstract:At re commissioning of 40000m 3/h air separation plant after short shutdow n,the unstable case of the crude krypton xenon tower makes the main tow er and argon making system fail to fast establish rectification case.The technical process of 40000m 3

/h air separation plant,the chang e in parameters and the specific case at its cold start are introduced,the role of the crude krypton xenon tower in air separation plant and the im pact of its case to the argon making system are analyzed,and the operation ex perience in fast start of argon making system during cold start of air separation plant is described.

Keywords:Large sized air separation plant;Crude krypton xenon tow er;Inner compression process;Argon making system ;Cold start

1 空分设备工艺流程简介

济南鲍德气体有限公司40000m 3

/h 空分设备由林德工程(杭州)有限公司提供,采用常温分子筛吸附净化、空气循环增压、膨胀气体进下塔、全精馏无氢制氩、液空全回流提取粗氪氙、氧和氩产品内压缩流程。其流程如图1所示。

2 冷启动时工况

2009年11月11日,40000m 3/h 空分设备短期

停车后再投运,18:23启动空压机,空分设备开车;20:30氧、氮产品合格。但继续运行3小时后,制氩系统并没有明显恢复正常运行工况的迹象,表现为粗氪氙塔阻力20kPa 以上(超量程),下塔氮气进粗氪氙蒸发器阀FV51全开,但流量仍达不到设定值(15000m 3/h),在13000m 3/h 左右波动,并且有下降的趋势;粗氪氙塔底部液位由100%上涨至156%;液空进粗氪氙塔流量达6600m 3/h,已经接近设计值(7845m 3/h);粗氩 塔和粗氩 塔阻力

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S1146 空气过滤器 C1161 空压机 C1261 空气增压机 E2416 空冷塔 E2417 水冷塔A2626A/B 分子筛吸附器 E2617 再生电加热器 X3471 透平膨胀机膨胀端 C3420 透平膨胀机增压端E3421 增压空气冷却器 E3116 主换热器 E3429 增压空气换热器 E3316 过冷器E3226 降膜式冷凝蒸发器 E3221 全浸式冷凝蒸发器 T3211 压力塔 T3212 低压塔 T4110 粗氩 塔

T4111 粗氩 塔 E4116 粗氩冷凝器 T4112 精氩塔 E4118 精氩冷凝器 E4119 精氩蒸发器 T5111 粗氪氙塔E5117 粗氪氙蒸发器 P3568A/B 中压液氧泵 P4565A/B 粗氩输送泵 P4566A/B 循环粗氩泵 D3232 气液分离器

在3 6~4 5kPa之间波动,不到设计值(10 5kPa)的50%,且仍有下降趋势;液空恒流阀后温度由-186 1 上升至-184 7 ;粗氩冷凝器压力由40kPa上升至48 5kPa。主塔运行工况主要表现为主冷液氧液位忽高忽低,液空去精氩塔节流阀LV3201 1全开,但下塔液空液位由36%上升至54%;氩馏分氧含量上下波动,上塔、下塔阻力波动,制氩系统根本无法运行。

3 原因分析

这是一起粗氪氙塔工况不稳定而导致主塔和制氩系统在空分设备冷启动时不能快速建立正常运行工况的典型案例。主要原因是在冷启动过程中,急于使粗氪氙塔发挥辅助上塔建立工况的作用,过多地将经过精氩冷凝器的液空直接送入粗氪氙塔,但却违背了使粗氪氙蒸发器及早发挥辅助主塔快速建立精馏工况作用的初衷,因为没有初步建立粗氩冷凝器的热量平衡,粗氪氙蒸发器也没有达到热量平衡,使整个系统无法快速建立正常工况。由此可见,粗氪氙塔对制氩系统及主塔的稳定运行至关重要,粗氪氙塔正常工况的建立是制氩系统建立正常精馏工况的基础。

3 1 粗氪氙塔的作用

在生产粗氪氙产品的同时,从整个精馏工艺流程来看,粗氪氙塔蒸发器的作用相当于辅助蒸发器,其换热量约占主冷总换热量的10%。热源是从下塔抽取的压力氮,经换热、冷凝后返回下塔作为回流液;粗氩塔和精氩塔返回的液空蒸发后返回上塔,作为上升蒸汽参加上塔精馏,起到了蒸发器的作用。由此可见,粗氪氙塔蒸发器如果不能正常工作,相当于主冷换热不足,直接影响到上、下塔的回流比,不利于达到上、下塔设计的精馏效果,也将影响到氩馏分的抽取量,导致整个制氩系统无

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法正常投运。

同时,粗氪氙塔也是一个安全装置。在制取粗氪氙的过程中,随着氪氙的聚集,乙炔、碳氢化合物等也在这里聚集,其浓度最高时可达到0 5%。碳氢化合物随粗氪氙液进入中间槽,保证了整个系统的安全。

3 2 粗氪氙塔运行工况对制氩系统的影响

影响粗氩冷凝器工况的因素一般有液空纯度、液空液位、冷凝器压力、冷凝器温差和液空循环倍率等。当粗氪氙塔工况不佳、阻力上升时,来自粗氩冷凝器的液空以及液空蒸汽进入粗氪氙塔受阻,会使粗氩冷凝器压力升高、液空氧含量升高,造成蒸发侧液空的饱和温度升高、粗氩冷凝器温差减小、热负荷降低,将直接影响制氩系统的运行,严重时甚至会影响整套空分设备主塔精馏工况的稳定。因此,为了制氩系统能正常工作,必须使粗氪氙塔正常投运。

4 处理措施

首先要降低粗氪氙塔阻力。2009年11月11日23:50,将液空进粗氪氙塔流量由6600m3/h减为6000m3/h,同时全开粗氪氙排液阀,降低底部蒸发器液位,但要保证安全液位条件;然后,开大粗氩冷凝器液空恒流阀,使粗氩 塔热负荷增加,逐步增加氩馏分抽取量。

经过上述调整,12日01:30,氮气进粗氪氙塔蒸发器流量开始上涨,03:00达到设定值(15000m3/h),且FV51阀也由全开状态关小到40%左右的开度并稳定,这时主塔工况也趋于稳定。03:30,粗氪氙塔阻力开始下降,粗氩塔阻力缓慢上升,液空恒流阀后温度开始下降。05:27,粗氪氙塔阻力下降至12kPa并稳定,粗氩塔阻力上升至7kPa。

12日18:00,粗氩 塔氧含量降到5 10-6以下;18:45精氩塔顺利投入运行。

5 经验总结

在冷启动操作过程中,粗氪氙塔要在主塔精馏工况初步建立后根据粗氩系统恢复的情况适时投运,而不要一味追求快速投运粗氪氙塔,造成事与愿违的结果。在下塔出现液体、尚未抽取氩馏分时,液空主要通过精氩冷凝器这一通道进入粗氪氙塔,但要控制流量,经精氩塔到粗氪氙塔的液空流量不要超过6000m3/h,粗氪氙塔底部蒸发器全浸即可,避免液体过多造成精馏无法正常进行。在准备抽取氩馏分时,逐渐增加粗氩冷凝器的热负荷,使经过粗氩冷凝器进入粗氪氙塔的液体比例适当增加,有利于粗氪氙塔蒸发器快速发挥辅助蒸发器的作用。

粗氪氙塔投运后,进粗氪氙蒸发器氮气流量达到设计值(14000m3/h),阻力也逐步恢复正常,这将促进主塔工况的恢复,使主塔有足够的上升蒸汽参与精馏,改善上塔回流比,有利于氩馏分的抽取,尽早恢复制氩系统运行工况。

制氩系统的工况恢复也有助于粗氪氙塔精馏效率的提升。粗氩系统投入运行后,粗氩冷凝器回流液空成为粗氪氙塔主要的冷源,为粗氪氙塔回流比的增大提供了条件,直至精氩塔正常投运后,粗氩冷凝器回流液空才与精氩冷凝器液空成为同等重要的冷源。从这一点上看,粗氪氙塔与制氩系统是整个精馏系统中相辅相成、不可分割的一部分,从整个系统出发,保持系统物料与能量的平衡,是使空分设备整个运行工况稳定的重要条件。

开元空分与朝阳气体顺利签订30000m3/h空分设备合同

2010年12月11日,重庆朝阳气体有限公司(以下简称:朝阳气体)和河南开元空分集团有限公司(以下简称:开元空分)签署了重庆钢铁集团有限公司(以下简称:重钢)环保搬迁长寿新区制氧项目 30000m3/h空分设备的设计、制造、安装总承包合同。

该套30000m3/h空分设备是重钢新区形成650万t钢产能的关键设备,能否按时顺利开车出氧对签约三方关系重大。为保证重钢新区生产能力的如期形成,力争2011年1月安装空分主体设备,6月底投入使用。

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