KDONAr-10000/6000/320型空分设备配置特点及调试总结

张勇志，周 冰

(1.河南开元空分集团有限公司，河南开封 475004;2.中国航空技术杭州有限公司，杭州 310013)

河南开元空分集团有限公司(以下简称开元)为某聚四氢呋喃生产线配套的KDONAr-10000/6000/320型空分设备于2013年11月进行试车投产。目前，该空分设备运行稳定，各项指标均达到或超过了设计值。但该设备在调试过程中出现的一些问题，有的是可以避免的，对此，笔者进行了归纳和分析，希望在以后项目执行中能够节省时间和能源消耗。

1 产品要求及流程描述

1.1 装置设计指标(见表1)

表1 装置设计指标Table 1 Device design index

1.2 流程描述及配置

本套空分装置采用常温分子筛预净化、增压透平膨胀机制冷、规整填料上塔、全精馏无氢制氩、液氧内压缩工艺、氮气外压缩流程。压缩空气经纯化系统干燥吸附后分三股:一股直接进入主换热器，与返流气体换热后进下塔;一股经膨胀机增压端增压冷却后，进主换热器冷却至合适温度，引出膨胀，后进入上塔参与精馏;另一股由空气增压机增压后进入主换热器，再经液氧蒸发器冷却，节流后进入下塔。流程简图如图1。

图1 空分装置流程简图Fig.1 Air separation unit flow chart

针对用户不同用氧压力需求，采用中压液氧节流减压方案:首先液氧泵升压至1.5 MPa(G)，9820 Nm3/h液氧减压后通过液氧蒸发器、主换热器复热送出，同时生产180 Nm3/h液氧经主换热器复热后调压送用户。

装置配套原料空压机和空气增压机为Cameron产品，其中增压机排压1.25 MPa(A)，输出气体中有～3000 Nm3/h供其它工段做仪表空气;膨胀机生产厂家为Atlas，增压机制动，低压膨胀;液氧泵为ACD生产，迷宫式密封，变频控制;环流筛板下塔，开元设计制造;主换热器为混流式换热器，国内厂家设计制造。

2 调试过程中遇到问题分析及处理

2.1 空压机气量不足原因分析

在裸冷期间，随着进塔空气量的增加，为保持空压机出口压力稳定，空压机导叶会自动缓慢开大，甚至全开。本装置调试时，由于空压机运行离喘振线很近，影响到了后面工况的稳定。

10000等级空分配套空压机为成熟机型，特别是国外厂家产品，出厂做过测试，质量和效率都是比较高的。在当时大气条件、排气量和压力等条件下，空压机厂家计算出的电流也与实测电流基本一致。当时怀疑是空压机导叶开度有问题，现场检查后发现导叶开关无异常，导叶实际开度与DCS显示基本一致，显示值为真值，排除导叶影响空压机进气量不足的可能。

压缩机排气量不足，说明已满负荷，无再加载的能力。排除设计制造等本身原因后，从运行的角度，空压机很可能偏离设计点运行。

从当时运行状况并结合现场配管看，空压机排气管道不存在问题，设备、管道压力降都在正常范围内。机器供水、供油系统正常，各级进气温度正常。

检查机前设备、管路，发现空压机前有一前置过滤器，其内附着杂质较多。咨询空压机厂家，得到的回复是:试车正常后，开车用滤网应及时去除。即:空压机前气体过滤器仅为单机试车时使用，试车完毕应去除。由此，机器吸气压力降低，比容增大，吸气能力变差。裸冷后期需要气量多，机器满负载运转;用气量变化，则排压发生波动，稍有不慎就可能喘振。拆除滤网后，空压机运行正常。

2.2 增压机出口压力波动

后续工段要求增压机能够提供大约3000 Nm3/h的仪表用气。由于后续工段大部分处于调试阶段，要进行吹扫等工作，用气量波动较大。当增压机控制跟踪不及时，则工况发生波动，并极易导致增压机的喘振。后来，在增压机出口增加一个10 m3仪表气缓冲罐，并且加强与后续工段的沟通，要求其用气前进行通知，密切控制吹扫用气量的波动幅度，及时调整，增压机得以安全运行。

2.3 氮气纯度差的原因分析

调试中，氧气纯度产量达到设计值，氮气纯度不能满足设计的10×10-6以下的要求。经反复调整，氮气含氧可以维持在(22～30)×10-6，液氮含氧在30×10-6左右。上塔顶部氮气与出主换热器后氮气纯度基本一致，排除主换热器微漏引起出主换热器氮气纯度变差的可能。

下塔的作用是完成空气的初步分离，产出满足要求的液氮产品，并使液空含氧在设计范围内。对于本装置，可以通过液氮回流阀、贫液空节流阀的开度，调整各塔段回流比来实现。正常情况下，如果塔效率偏低，可开大液氮回流阀、关小液氮节流阀，稍牺牲液空纯度，降低氧产量，能够使液氮纯度正常。然而本装置调试时，降负荷运行，氮气和液氮纯度仍未得到改善，说明相关塔段回流比已得到改变，但效果不好。初步怀疑:下塔分馏筒存在外漏点。

珠光砂扒出后，打开下塔顶部和底部人孔，在下塔筒体和下塔分馏筒的夹层中打压30 kPa，压力不足10 min基本泄漏完毕。查漏时，发现了4处漏点:其中分馏筒顶部一处，漏点泄漏量很大。

由于漏点的存在，下段部分含氧量较高的上升气，通过夹层短路至下塔顶部，顶部氮气受到污染，导致液氮纯度不高，上塔氮气纯度也差。补焊保压后，未发现漏点。再次进行冷箱内的查漏工作，结果发现主换热器一处漏点，泄漏严重。

2.4 主换热器的漏点和处理

因为主换热器泄漏声音很大，初步判断是增压机后空气管道空气侧或者是空气进下塔管道空气侧泄漏。于是对下塔保压，全关空气进主换热器阀门，全关增压机后阀门等，全开上塔所有送出阀和排放阀等，控制上塔压力基本为零，查漏，结果没有发现存在漏点。说明正流通道不存在泄漏。

从停车前运行情况来看，上塔顶部氮气纯度和出冷箱氮气纯度基本一致;上塔底部液氧纯度和出冷箱氧气纯度也一致，而且出冷箱氧气产量及纯度均达标;上塔污氮气纯度和冷箱外污氮纯度也相差无几，说明换热器本身不存在内漏。

检查发现的漏点在换热器外壁处，结合主换热器蓝图气流通道分配和泄漏位置，判断是氮气通道外漏，泄漏到工艺通道所致。主换热器焊接工人到达现场，处理完漏点，再次保压查漏，无漏点。

3 调试结果

装珠光砂再次调试，工况运行正常，氮气含氧和液氮含氧降低到10×10-6以下。投运氩系统后，氩产量纯度仍然达到设计要求。此次检修和调试终于取得了满意的结果。

4 结束语

KDONAr-10000/6000/320型空分设备针对不同压力等级的用氧需求，装置采用了液氧泵后节流加液氧蒸发器的设计思想，总体设计压力低于1.6 MPa，装置可靠性和能耗等技术性能比常规配置的空分设备更优。经过调试，各项指标均达到或超过了设计要求，装置运行稳定，满足了聚四氢呋喃生产线的用氧要求，同时为下一套类似空分设备的设计安装调试积累了经验。