提高空分装置夏季运行效果的实践

田现德，李　红，金振宗，呼维刚，沈　荣，殷楠楠（山钢股份莱芜天元气体有限公司，山东莱芜　250101）



提高空分装置夏季运行效果的实践

田现德，李红，金振宗，呼维刚，沈荣，殷楠楠
（山钢股份莱芜天元气体有限公司，山东莱芜250101）

【摘要】针对空气分离装置夏季生产的特点，全面分析了影响机组安全运行的因素，通过改进生产工艺，优化操作等措施，提升了空分装置夏季运行的安全稳定性。

【关键词】空气装置；夏季生产；冷却水系统；热交换器；预冷系统

1　问题概述

莱芜天元气体有限公司现有9台制氧机组，总生产能力为183000 m3/h。夏季由于空分装置受到诸多因素制约，造成系统产能降低，制氧能耗升高，严重时还会影响设备的安全稳定运行。其一，环境温度的影响，当进装置温度由26℃提高到40℃时，空气中水分含量将会增加一倍，由24.3 g/m3增加至50.9 g/m3。这将会造成空压机能耗上升，预冷系统、净化系统负荷的提高。其二，冷却水水质的影响，当冷却水温度高于45℃，且水系统pH值较高时，将会出现换热器水侧结垢现象，影响换热器的换热效率。其三，雷雨季节的影响，由于空分装置的设计安装要求，机组通常安装在地势较高的位置或上风口，当雷雨交加时易造成机组的停电停车。其四，由于换热系统效果不良、操作方法不统一等因素，使机组的安全运行受到一定影响。

2　问题的分析与处理

2.1环境因素

夏季气温较高，空气中含湿量大幅增加，且空气中的杂质易附着于过滤器表面，使过滤器阻力升高，加工空气量下降。针对夏季高温的不利因素，就如何提高加工空气量进行了全面分析，采取了以下措施。

2.1.1空气过滤器改造

将干袋式空气过滤器改为自洁式空气过滤器。目前3#、4#制氧机组空气过滤器为干袋式过滤器，袋式过滤器属于表面过滤方式的一种，是20世纪80年代后期广泛使用的过滤装置。自洁式过滤器是当前空分装置普遍使用的过滤器，其过滤效率比一般过滤器提高约5%～10%，具有过滤阻力小、适应范围广、占地面积小、结构简单、日常维护量小等特点。

2.1.2疏水器改造

随着环境温度的升高，空气中的饱和含水量提高，空气经压缩冷却后在冷却器气侧会有大量冷凝水析出，随着冷凝水量的增多和聚集，将会使换热面积减少，排气温度升高，加工空气量减少。现中间冷却器上配置的为浮球式排水器，由于该排水器无法保证可靠排放，且无报警信号输出，所以只能将其旁通阀稍开以确保排放的可靠性，但采取此种作业，易造成部分空气随着冷凝水排掉，致使装置能耗增加。在保证冷凝水可靠排放的情况下,尽可能地减少空气损失,将原有疏水器改为自动疏水器，把报警信号远传至每个机组的值班室，这样平时就可以把旁通阀关闭，减少能源浪费。只有当值班人员收到报警信号时，再到现场开启旁通阀，并检修冷凝水排除器即可，这样不仅能够及时可靠地排放冷凝水，保证了压缩机的正常运行，而且延长设备的使用寿命，减少能源损耗，提高产品产量。

2.1.3引进叶轮清洗装置

由于空气中存在着部分机械杂质和水分，经过压缩机的长期运行，在离心式压缩机叶轮、蜗壳处极易出现灰尘的结垢附着现象，造成压缩机的效率下降，严重时附着物脱落，造成压缩机因振动超高停机或发生较大设备事故。为避免事故的发生，公司引进了叶轮在线清洗系统，其主体设备由Atlascopco公司设计，杭氧集团生产，系统管道为自行安装，水箱容积为5 m3。该系统主要用途是：清洗空压机各级叶轮表面积灰和气体冷却器气侧清洗，从而减少叶轮积灰和降低空压机各级振动，保障空压机稳定运行。

2.2冷却水系统

2.2.1循环水供水方式的优化

公司循环水系统网络图见图1。

图1　公司循环水系统网络图

由图1看出，在正常情况下风机、水泵的开停机台数以及所需供应设备。当夏季水温逐渐升高的情况下可以逐渐调节风机的开停台数甚至全部开启，上水泵的开停台数基本保持不变，紧急状态下可以调节水泵出口阀门的开度适当调节上水流量。值班人员加强与空分人员的协调确定风机的开停，尽可能地降低冷却水温度，满足空分装置对冷却水的需求。

2.2.2改善循环水质

原空分系统循环水系统，其pH值在8.3~8.35左右，由于循环水质硬度较高，在中间冷却器、空冷塔喷头等部位中易产生结垢现象，造成换热效果下降，空气通道堵塞。通过对实际情况的分析，适当增加了缓蚀剂、酸的注入量，每早晚两次取样分析循环水情况，将pH值控制在8.2左右，极大地改善了空分系统的钙镁离子结垢现象，提高了设备的稳定性。

2.3雷雨季节的防护

2.3.1防雷接地装置的优化

加强空分系统夏季防雷电的能力，将重要设备设施的接地装置改为二次接地。总结以往因雷雨而造成停车事故的经验教训，对于部分仪表系统的控制开关进行单独控制，从而降低了系统事故的发生。

2.3.2实现机组双路供电

组织技术人员、生产骨干对影响制氧电气系统稳定性的问题调查分析，确定问题症结，制定相应的改造方案，中心配电系统如图2。

由图2看出，3#~6#、9#、10#制氧机及氧氮液化高压系统电压并列装置，母线电压并列可由PT隔离开关的辅助接点实现自动切换，电压并列装置PT信号接线如图2所示。由图2可看出，电压并列装置PT输出信号均经过装置内启动电压隔离继电器J1′、J2′、J3′、J4′的辅助常开触点J1′、J2′、J3′、J4′，使电压信号接至小母线。此种接线方式存在多处缺陷：（1）当清扫检修PT柜，需断开电压并列装置控制电源，或因控制电源短路造成电压并列装置控制电源熔断器熔断或控制电源开关跳闸时，将造成高压母线的PT测量、PT保护信号失去，空压机同步电动机将因PT信号失去而励磁“失步”停机，并联锁制氧机系统停机。（2）当直流控制回路接地、需拉开控制回路判断接地点时，将造成PT信号失去，造成空压机同步机励磁“失步”停机，并联锁制氧机系统停机。

图2　中心配电一次系统图

改造后的中心配电一次系统图如图3。

图3　改造后的中心配电一次系统图

由图3可看出，1#主变通过6 kVⅠ、Ⅲ段母线、通过600母联，由4#氧Ⅱ线627实现4#制氧机供电，4#制氧机实现了双路供电，运行稳定性大大提高。

2.4换热系统、操作思路的优化

2.4.1油温高的处理

针对各运转设备润滑油温度偏高的问题，确定改造方案，将原来并联运行方式改为串联运行。拆除两只油冷的部分管路及温控器，将预制好的管道再一次进行酸洗，连接好后启动油泵检查，管路应无渗漏油，并调整好供油压力，见图4。

经改造后测试，供油温度明显降低，夏季由原来的61℃左右降至45℃左右，冬季需切除一只油冷，提高了压缩机的运行稳定性，从根本上解决了油温高而带来的安全隐患。

2.4.2预冷系统工况的调整

如图5所示，对预冷系统的工作状态进行优化，首先在系统允许的情况下，尽可能提高冷却水量由320 m3/h提高至370 m3/h左右；发挥冷水机组的作用，降低空冷塔上段的进水温度；在紧急状态下可以通过排放部分高温水以降低整个系统的水温等措施，严格控制空冷塔的出口温度，确保空分系统工况的稳定。

图4　油冷却水系统改造前后示意图

3　实施效果

通过对空气分离机组夏季稳定性的研究，全面分析研究了影响夏季空分装置安全的症结，并采取有效措施予以解决，目前在运的各制氧机组运行周期、生产能力、安全性能、经济性能均有较大的提高。通过本项目的开展，提高了基层管理人员对设备安全运行的掌控能力，锻炼了职工过硬的业务素质，确保了各项生产经营任务的完成。

[参考文献]

[1]毛绍融，朱朔元，周智勇.现代空分设备技术与操作原理[M].杭州：杭州出版社，2005.

[2]李耀，张卫.气体深冷分离操作指南[M].北京：机械工业出版社，2010.

Practice of Improving the Operation Effect of Air Separating Unit in Summer

TIAN Xiande，LI Hong，JIN Zhenzong，HU Weigang，SHEN Rong，YIN Nannan
(Laiwu Tianyuan Gases Company of Shandong Iron and Steel Co., Laiwu, Shandong 2250101, China)

【Abstract】Regarding the characteristics of air separating unit operating in summer, factors affecting the safe operation of the unit were comprehensively analyzed. Through measures such as upgrading production process and optimizing operation, the safety and stability of air separating unit operating in summer have been improved.

【Keywords】air separating unit; operating in summer; cooling water system; heat exchanger; pre-cooling system

作者简介：田现德（1970-），男，1992年毕业于浙江大学低温专业，工程技术研究员，现从事制氧生产技术管理工作。

收稿日期：2015－01－20

【中图分类号】TB657.7

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)10-0018-04