空分装置冷态开车过程优化

江福 朱致欣

摘 要：本文对空分装置冷态开车时间长的表现及原因进行分析，并提出开车过程优化办法。实践证明，优化后的冷态开车过程，冷态开车时间大幅缩短，不但降低了能耗，而且为下游装置提前提供了需要的氮气和氧气，有利于后工序提前开车。

关键词：空分装置；冷态开车；优化

中图分类号：TQ116.11 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）23-0046-02

Optimization of Cold Start Process for Air Separation Unit

JIANG Fu ZHU Zhixin

（Sichuan Tianhua Limited by Share Ltd， LuzhouSichuan 646207）

Abstract： This paper analyzed the performance and causes of long cold start-up time of air separation unit， and put forward the optimization method of start-up process. Practice had proved that the cold start-up time of the optimized cold start-up process was greatly shortened， which not only reduced energy consumption， but also provided the necessary nitrogen and oxygen for the downstream device in advance， which was conducive to the early start-up of the later process.

Keywords： air separation unit；cold driving；optimization

四川天华公司空分装置是为PTMEG项目乙炔装置提供氧气，自2012年8月投产后，因下游丁二醇装置需更换催化剂，定期要进行短期停车检修，空分装置临时停开车次数较多，一直存在冷箱导气困难，主换热器热端容易过冷，冷态開车时间较长等问题。原来冷态开车需要12h左右，后经不断总结经验，优化操作，从空压机开车到出氧产品，开车时间缩短至5h左右。若停车24h以内，开车只需要3h即可恢复正常生产。

1 空分装置冷态开车时间长的表现及其原因

1.1 空分装置冷态开车时间长的表现

①空压机开车准备时间长，空压机升速升压较慢，预冷系统、分子筛系统充压需要约40min。

②分子筛投运后，等待手动分析及分析结果的时间较长，长达2h左右。

③导气阶段控制不好，操作时间太长。

空分冷态开车时，在向分馏塔下塔导气过程中，液体汽化，分馏塔上塔压力快速上涨难以控制，开大返流气体污氮、氮气放空又造成主换热器热端过冷，主换热器热端温度难以控制，经常低于零摄氏度，有时甚至达到-20℃左右，对热端碳钢管的安全造成危害，可能造成管道脆裂。因此，这时就不得不减少反流气体量，只有大量开过冷器后导淋V4373、V4374就地排放，导致大量冷量损失掉，否则可能造成分馏塔上塔安全阀起跳。

1.2 原因

①主换热器进气和返流气没有实现较好的匹配换热，导致主换热器冷端的温度较高，低压热空气进入下塔时，下塔的液体、主冷凝蒸发器的液体快速蒸发，导致下塔和上塔的压力快速升高。为了避免上塔超压，主控开大上塔出去的污氮、氮气返流量，而此时主换热器进气量相对较少，不足以将返流气体复热到零度以上，因此导致主换热器热端过冷。

②停车时，进塔调节阀HV4021/HV4022/HV4023关不死，下塔冷气向热端带出冷量，使主换热器冷端冷量上移。

③进塔调节阀HV4021/HV4022/HV4023在低开度时，相同输出对应的实际开度不一致，即各换热器进气流量分配不平衡，而返流气体基本上是均匀地出主换热器E0404A/B和E0405，导致热端温差过大。当发现热端某点温度下降时，操作人员就只有开大该点进气量，而同时其他进气量又会自然减少，造成温差难以调平。重复上述操作，使导气过程进程缓慢。

④调纯时间长。为了防止超压，导气时下塔回流阀V4011一般是关闭的，导气正常后再开，延长了产氮气时间。下塔液位高，常常是快速转移至上塔，以控制上塔压力，但氧纯度不合格，氧调纯时间延长。

⑤膨胀机进出口温度过低，不敢加负荷。由于主换热器冷端冷量上移使膨胀机中抽温度较低，为了控制膨胀机的进口温度不超标，只有逐渐关小底抽阀V4447，有时甚至需要全关，这导致中抽温度变得更低，底抽出来的基本上是液空。这对膨胀机安全运行造成威胁，温度过低可能带液损坏叶轮。因此，膨胀机不能加负荷，主冷凝蒸发器液位难以维持。

2 开车过程优化

2.1 优化开车准备工作

①若临时停车时间较短，可以不排放表面冷凝器、空冷塔和水冷塔的液体，保持冷凝液泵打循环运行，如果表面冷凝器液位降低，可补充水保持液位，以节约建立液位的时间。

②若停车数小时，可以不关闭3.60MPa蒸汽界区切断阀和抽汽切断阀，若时间较长，为了保证安全，应及时关闭3.60MPa蒸汽界区切断阀和抽汽切断阀。开车时，要先开蒸汽旁路阀暖管，待暖管充压合格后可快速打开蒸汽切断阀。严禁充压未平就快速打开蒸汽切断阀，以防止透平冲转。

③当表面冷凝器的负压抽至-60kPa，就可以提前停盘车建立速关油压，因为等到速关油压建立正常，速关阀打开后，表面冷凝器负压就已经达到正常值-90kPa。

2.2 优化汽机升速和空压机升压操作

①对于临时停车后再开车，机组处于热态，可视机组停车时间的长短适当降低暖机时间，提前升速到最低控制转速，节约升速时间。

②当达到最低控制转速后，要将转速尽快提升至7500r/min以上，然后一边开大入口导叶，一边关小空压机出口放空阀，操作过程保持转速波动不大于100r/min即可。初期操作点离喘振控制线很远，关小防喘振阀可以快一些（表意不明确），等操作点离喘振控制线较近时，就小心操作，严防喘振。这样10min左右空压机就能升速升压至正常。

③可先引仪表空气对预冷系统、分子筛及后系统提前充压至正常压力，空压机运行正常后就可以直接投用预冷系统、分子筛，节约充压时间。

④冷箱导气以分子筛出口在线分析合格为准，指定专人检测分子筛纯化器出口气的露点，确保露点分析合格。定期调校分子筛在线分析仪，保证显示准确。改变以前导气以手动分析合格为准的办法，节省手动分析二氧化碳含量需要2h左右的等待时间。

⑤冷箱充压时，控制空压机出口压力在0.40～0.41MPa，减少进入下塔气体量，防止液体大量蒸发，有利于控制上塔不超压。同时，相应少量开主换热器返流气体，控制好主换热器冷热端温差，并适当开过冷器后导淋V4373、V4374就地排放，控制上塔压力约为40kPa。

⑥及時启动膨胀机加大制冷，维持主冷凝蒸发器液位。避免出现导气后主换热器热端过冷再开膨胀机，这会使操作较为困难。若出现膨胀机进口温度过低不能控制的情况，可临时采取提高膨胀机增压端出气温度的办法来提高膨胀机进口温度，避免膨胀机大幅减负荷，等进口温度稳定后，再回调增压端出气温度至正常。

⑦等下塔充压平衡后，快速将进气阀HV4021、HV4022、HV4023开至50%左右，保证各主换热器均匀导气。均匀开大下塔至上塔节流阀LV4001、HV4004、HV4002平稳导气，初期下塔液空尽量送至上塔补充主冷凝蒸发器液位，控制下塔有10%的液位即可，同时相应开主换热器返流气体和各产品气，控制好主换热器冷热端温差。重复以上操作，实现平稳快速导气，节约导气时间。导气达到25000Nm3/h后，应及时逐步倒换分子筛再生气，及时减少水冷塔节流降温空气，有利于降低上塔压力，便于加快导气量。

⑧若主冷液位较高，应及时启动液氧泵，便于及时导入中压空气，加快积液和产品调纯。

⑨加快产品调纯。在导气过程中，按正常比例调节下塔至上塔各阀，当主冷凝蒸发器液位为60%左右且比较稳定后，缓慢开V4011，快速把下塔氮气产品调纯，以满足后系统开车需要大量氮气；提前预冷液氧泵，合格后启动液氧泵，将产品采出量控制在额定产量的30%左右，先满足乙炔装置开一列炉需要的氧气，有助于快速提升纯度。当氧气和氮气都合格后，逐渐增加负荷并增加产品取出量，满足工艺需要。

3 优化效果

经过对冷态开车过程进行操作优化，使冷态开车的时间大幅缩短，不但降低了能耗，保证空分运行安全，而且为下游装置提前提供了需要的氮气和氧气，有利于后工序提前开车。

参考文献：

[1]毛绍融.现代空分设备技术与操作原理[M].杭州：杭州出版社，2007.

[2]汤学忠.制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2006.