大型空分装置冷态开车中膨胀量的调节及应用

吉星 张准（河南龙宇煤化工股份有限公司，河南永城476600）

大型空分装置冷态开车中膨胀量的调节及应用

吉星 张准（河南龙宇煤化工股份有限公司，河南永城476600）

空分冷态开车时易返冷冻坏管道和引起上塔超压事故，而带液开车操作难度又大，如何调节膨胀量使之不返冷成为关键。

冷态开车；膨胀量；调节；措施

大型空分系统在遭遇短停后，为了尽快恢复生产都会选择冷态开车，但冷态开车易出现返冷，操作难度大，很难控制好塔内压力和返流冷量。由于污氮气等管线都为碳钢材质，返冷严重会造成管道冻裂，同时还会引发上塔超压事故。解决此类问题的要点之一在于对膨胀量的控制，如何调节膨胀量成为关键。

1 影响膨胀机制冷量大小的因素

膨胀机总制冷量Qp(kJ/h)与膨胀量V(m3/h)、单位制冷量 h (kJ/kmol)有关：

式中的单位制冷量 ^等于单位理论制冷量 ht与膨胀机效率ηp的乘积。而单位理论制冷量取决于膨胀前的压力、温度和膨胀后的压力。因此，膨胀机的制冷量与各因素的关系为：

(1)膨胀量越大，总制冷量也越大。

(2)进、出口压力一定时，机前温度越高，单位制冷量越大。例如。当膨胀机前的绝对压力为0.55MPa，机后压力为0.135MPa时，不同的机前温度下的单位理论制冷量如表1所示：

表1 膨胀机前温度对单位制冷量的影响

(3)当机前温度和机后压力一定时，机前压力越高，单位制冷量越大。例如，当膨胀机的进口温度为160K，出口绝对压力为0.135MPa时，不同进口压力下的单位理论制冷量如表2所示。

表2 膨胀机前压力对单位制冷量的影响

(4)膨胀机后压力越低，膨胀机内的压降越大，单位制冷量越大。

(5)膨胀机绝热效率越高，制冷量越大。

2 如何通过操作提高膨胀机制冷量

(1）增加膨胀空气量，开大膨胀机喷嘴，提高膨胀机转速，同时关小膨胀机防喘振阀V01422，提高膨胀机做功效率。

（2）保持增压机三级出口压力稳定，将高换污氮气转向低换关小V01391，开大V01390.

（3）当机前温度和机后压力一定时，适当提高增压机三级出口压力也能增加膨胀量。

（4）降低空压机出口压力，将设定值改小后MAC入口导叶投自动。

3 冷态开车时膨胀量如何调整

在冷态开车时，因为塔内液体不需要排放冷量较足，启机初期要尽量减少膨胀量，同时注意控制上塔压力防止超压。出分子筛空气露点合格后，即可逐步开大低压空气进气阀V01381～V01387，打大排放导淋V01510、V01511，降低上下塔压力。待低压换热器热端温度复热到常温，启动膨胀机，逐渐增加负荷通过调节V01305及板式冷量，使膨胀机机前温度不低于-100℃。控制膨胀机在正常负荷的60%逐渐给下塔充压，同时开大V01388、V01389。根据上塔压力上升速度和高压换热器返流气的允许外排量适当开大上塔节流阀V01301～V01304、返流气调节阀V01389～V01392、液氮回流阀V01311，增加装置负荷。这样不仅可以降低主冷凝蒸发器的热负荷，还可以复热高压换热器热端温度，减少热端温差。全开V01760、V01761，增大主冷换热量，适当提高MAC出口压力，使分子筛出口与下塔间维持一定正压差。等精馏塔内液位、阻力等指标达到正常值以后关闭V01760、V01761、V01510、V01511，并将膨胀量加至正常。最终恢复到停车前的最佳工况。

4 结语

空分精馏系统进行冷态开车时，并不是都要保留液体不排放，要根据具体情况分析。比如，停车时间超过24h就要取样分析主冷碳氢化合物，视分析结果判断是否需要排液。统计数据表明，空分系统膨胀机启动时产品氧、氮的合格标准是2h，但是冷态开车时最快需要8 h氧、氮产品。为了在冷态状态下开车，则需要粗氩塔不排液保留阻力12h内氩系统。虽然冷态开车时能够大大缩短空分开车时间，但在此时间段和状态下进行操作实属不易，因此，要求参加该项工作的工作人员和操作人员均具备一定的专业素养和业务水平，能提前判断冷量的变化及现场返流管线的结霜情况而进行相应的调整。

[1]《新编制氧工问答》汤学忠、顾福民主编北京2001.7.