40 000 m3/h(氧)空分装置污液氮节流阀振动处理小结

冯艳兴

(宜昌星兴蓝天科技有限公司，湖北宜昌 443000)

宜昌星兴蓝天科技有限公司40 000 m3/h(氧)空分装置于2021年5月投入正常运行，开车后整体运行平稳，各项指标均达到设计能力。开车以来，存在下塔向上塔供污液氮节流阀V2、V3过液不稳定的情况，导致上塔阻力、下塔阻力、上塔顶污氮纯度、下塔富氧液空纯度均存在不同程度的波动[1-2]；特别是污液氮节流阀V2阀门有较大振动，连接管道也出现明显振感，为长周期稳定运行埋下隐患。为消除隐患，通过调整工艺思路和优化工艺指标，成功解决了这一问题。

1 流程概况

本套空分装置采用杭氧成套空分工艺及设备，采用氧、氮内压缩流程，设计产量分别为40 000 m3/h(氧)、38 000 m3/h(氮)，上下塔均采用填料塔，并配备增效塔。

液体从下塔至上塔分为3路流路。

第一路：下塔底部富氧液空(氧的质量分数约为38%)经过过冷器后，一部分经液空节流阀V1节流后进上塔中部，另一部分进入增效塔冷凝器作冷源。

第二路：下塔中部污液氮Ⅰ(氧的质量分数约为21%)经过过冷器后,经污液氮节流阀V2节流后进上塔中上部。

第三路：上塔顶部污液氮Ⅱ(氧的质量分数约为6%)经过过冷器后，经污液氮节流阀V3节流后进上塔顶部。

2 振动现象

空分装置冷开车导气后运行均正常，但当增加负荷后，污液氮节流阀V2、V3阀后充气管路发生较大晃动，带动冷箱栏杆爬梯振动，其所属管道振动导致管道与支架之间产生摩擦。

分析生产不稳定时污液氮节流阀、液空节流阀阀前温度，见表1。

表1 生产不稳定时节流阀前温度统计表 ℃

由表1可知：V1、V2、V3阀前温度以升高1～2 min为周期出现正弦波波动，波动幅度约为2 ℃，波动严重偏高。

分析生产不稳定时上塔顶污氮气中氧质量分数、V1阀门开度和上塔阻力，见表2。

由表2可知：3项指标均有较大的波动，特别是污氮气氧质量分数波动较大，说明下塔至上塔的液体流动不稳定。

表2 生产不稳定时工艺指标统计表

3 振动原因分析

通过数据分析发现，V1、V2、V3阀的液空、污液氮流动处于不稳定状态是造成阀门、管道振动的原因[3-5]。

(1) V1、V2、V3阀调节不稳定或者阀芯振动造成阀门振动。节流阀厂家到现场检查后排除了阀门自身原因，且现阶段均采用防振阀芯，可以排除阀门自身结构原因。

(2) 主冷液氮回流量过大导致下塔液体含氮量大，但温度较高的空气通过充气阀进入管道后被迅速液化，造成阀门管道振动。

(3) 充气阀充气量与本身液体量对应关系不匹配，无法将液位送入上塔，或者充气量太大，引起阀门、管道振动。

4 处理方法及效果分析

4.1 处理方法一

关小阀后充气阀。按照理论设计值进行充气阀调整，通过减少充气量来匹配节流阀的液体通过量。节流阀后充气压力对照见表3。

表3 节流阀后充气压力对照表

实际操作中，大幅度关小V2、V3阀后，充气阀后阀门、管道振动消失，但是下塔液位迅速上升，上塔污氮气氧含量满表(质量分数超过10%)。后续，对充气阀开度与通过阀门的液体量两个变量，经过长时间的摸索均未找到结合点，通过最小充气量来控制振动的方法效果不佳。

4.2 处理方法二

通过调节V2、V3阀门开度，让流动更加平稳。将V2开度从65%向40%调整，以及将V3开度从30%向80%调整，均未对阀门管道减小振动产生明显效果，说明阀门振动与阀门开度关系不大。

4.3 处理方法三

开大充气阀，降低至上塔流路的液体充气密度，并提高阀后流动速度。2月18日15:00，将V2的阀后充气阀开满，通过降低阀后混合密度来加快流经V2阀的速度并提高流量，开满后V1阀门开度由70%左右自动关小到40%左右，但是阀门、管道振动情况未好转，富氧液空纯度变化不明显。持续运行至21:00，下塔液位突然大幅度降低，V1阀门自动关小，手动将V2、V3大幅度关小，同步关小V2的充气阀，V1阀逐步恢复正常，富氧液空纯度由30%提高到38%～40%，现场阀门、管道振动现象消失。

分析生产稳定时V1、V2、V3阀前温度(见表4)。

表4 生产稳定时节流阀前温度统计表 ℃

由表4可知：V1、V2、V3阀前温度基本无波动。在线分析比较生产稳定时污氮气纯度，V1阀开度和上塔阻力稳定。分析生产稳定时运行数据(见表5)。

表5 生产稳定时工艺指标统计表

经过关键数据分析，发现指标恢复稳定。现场阀门、管道振动现象已经消除，本次调整获得成功。

5 结语

通过此次工艺操作调整,本套空分装置运行更加稳定，并长期保持在38 000～39 000 m3/h(氧)和35 000～36 000 m3/h(氮)的产能，效益明显。同时通过阀门振动的处理过程，加深了V1、V2、V3节流阀后充气阀作用的理解，也加深了下塔至上塔的3个流路作用的认识。空分精馏塔的工况调节是一个缓慢的过程，当对某一个阀门进行微小的调整后，需要一段时间来观察效果。