20 000Nm3/h空分设备试车中有关问题的分析和解决

周明亮 黄志红

（河南开元空分集团有限公司，河南 开封 475004）

广西贵港某公司制氧厂 （以下简称广西贵港）KDONAr-20000/20000/700型空分设备，采用常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔、全精馏制氩、外压缩流程，下塔为筛板塔，上塔、粗氩塔和精氩塔采用规整填料塔。该套空分设备空压机设计压力为0.52MPa，空气量为105 000Nm3/h，下塔阻力为15KPa左右，在试车过程中发现，下塔阻力较小，无法调整至正常值，导致氮气纯度不达标。

1 问题经过及原因分析

2012年10月份整套空分设备安装完成，开始进入试车阶段，在刚开始的吹扫以及裸冷阶段，并未发现有异常情况。在出氧调试阶段，空分按照正常的操作进行冷却、积液。然而在调纯的过程中，随着液氮回流下塔阀门的逐渐开大，下塔阻力也随之逐渐增大。但是当液氮回流下塔阀门全开之后，下塔阻力只有10KPa，此时空压机压力为 0.49MPa，进塔空气量为 85 000～90 000Nm3/h。其中下塔阻力、进塔空气量和设计值相差较大，空分设备氧气、氮气产量和纯度均不能达到设计值。随后逐步提升空压机压力至0.515MPa，进塔空气量和下塔阻力分别上涨至100 000Nm3/h、12Kpa。此时氧气产量和纯度均能达到设计值，但是氮气纯度却仍不能达标。通过对工况的调整：改变上下塔的回流比，尽量降低上塔的压力，旁通部分膨胀空气量等，下塔顶部氮气和出分馏塔氮气中氧气含量始终保持在400～500ppm左右（氮气纯度设计值为氮中氧含量小于等于10ppm）。

通过分析认为：主冷工作不正常，实际换热面积不够，导致进塔空气量、下塔阻力以及下塔回流比偏小，从而造成氮气纯度不合格。关于主冷换热面积不够的原因，排除设计问题，其它常见的原因就是水、二氧化碳或者一些固体杂质颗粒等附着在主冷板翅式换热器的换热表面上，导致其传热系数降低，实际换热面积减小。或者是主冷板翅式换热器本身，在生产制造焊接过程中补焊太多，导致该板翅式换热器实际换热面积减小，尽管这种可能很小，但是没有足够的理由将该种可能性排除。同时，也不能排除因为下塔精馏效果不好而导致氮气纯度不达标的情况。

针对出现的问题，决定先对整套空分进行排液吹除，全面大加温，以排除水、二氧化碳或者固体杂质颗粒等对设备产生的影响。在全面加温吹除结束之后，测量冷箱内各个设备的露点温度均已达标。然后重新启动膨胀机开始冷却、积液、调纯。然而此次试车，并未解决之前所产生的问题，整套空分的运行工况和上次试车基本相同，氮气纯度仍然不达标。

但是，通过此次试车，已经排除了水、二氧化碳和固体杂质颗粒堵塞的原因，所以问题集中在主冷板翅式换热器和下塔设备本身上。同时，该套空分设备采用了双层主冷，上、下层主冷回流下塔的液氮管道分别从各自的板翅式换热器液氮通道引出后，再汇总至同一根总管，然后进入下塔。由于上、下层主冷的标高不同，其液氮静液柱产生的压力也不同，可能导致液氮在回流下塔时，相互影响，排液不畅，这也是一种可能的原因。

由于下塔和主冷都安装在冷箱内，只有通过扒砂，才能对其进行检查。于是再次对整套空分设备进行排液、加温吹除，然后将空分冷箱扒砂，对下塔进行检查。打开下塔人孔之后，发现下塔有部分塔板已经变形，甚至塔盘结构被破坏，其水平度已经不能满足要求，导致下塔精馏效果变差，氮气纯度不合格。因为下塔在厂内制造时，已经经过严格的检测，各项指标均达到要求，下塔只有在路途运输或者是现场试压时有可能导致这种情况。通过分析认为，现场在进行塔体试压时，由于操作不当，充压或者是泄压速度过快，是导致塔板变形的主要原因。

2 问题处理

发现上述问题后，开始对分馏塔下塔塔板进行修复，首先将下塔内的塔板逐块拆除检查，对有问题的塔板进行修复和更换，然后将塔板复装。在复装之前，对下塔筒体的垂直度重新校正，以保证塔板的水平度。另外，由于原来的两台主冷板翅式换热器在检查时，未发现有异常情况，而且也没法对其内部结构进行检查，所以，在原主冷凝蒸发器旁边增加一台小冷凝蒸发器，用以增加主冷的负荷，以弥补主冷换热面积的不足。同时，对液氮回流下塔管道进行改造（如下图所示：左图为改造前流程图，右图为改造后流程图）。

改造完之后，重新对设备进行吹扫、裸冷、查漏、珠光砂的填装、露点的测量，然后启动膨胀机进行冷却、积液、调纯工作。此次调试结果显示，各项指标基本达到设计值，空压机出口压力约为0.49MPa，进塔空气量为100 000Nm3/h，下塔阻力为14KPa，氧气、氮气产量和纯度均达到设计值，整套空分能耗也在设计范围之内，空分整体运行工况比较稳定。

3 结语

只有在成套空分设备的设计、制造、安装以及调试过程中，对各个环节进行严格把关，才能保证最后顺利地调试出合格的产品。

3.1 吹扫时，要注意吹扫管道的先后顺序，兼顾到每条管道，将生产和安装过程中残留的杂质尽量吹扫干净，以免造成堵塞。

3.2 对于主冷，在吹扫的过程中，尤其是在启动膨胀机之前，应该在吹扫初期或者是末期将液氮回下塔阀门打开几个小时，其余吹扫时间应该处于关闭状态。因为该阀门打开时，气体会被短路而不经过主冷，从而不能很好地对主冷进行吹除，有可能会导致露点不合格，从而造成主冷冰堵，影响设备正常工作。

3.3 对设备进行现场试压时，一定要按照规程进行操作，避免升压和泄压速度过快，造成设备损坏，产生不必要的损失。