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      30000 m3/h粗氪氙系統(tǒng)提取調(diào)試總結(jié)

      2015-04-21 01:28:59蔣小林程謙勝
      冶金動力 2015年11期
      關(guān)鍵詞:蒸發(fā)器熱源冷凝

      蔣小林,袁 苑,程謙勝,韓 林

      1 引言

      馬鋼2004年引入杭氧制造的一臺30000 m3/h內(nèi)壓縮流程制氧機,屬全精餾全提取空分裝置,2005年投產(chǎn)運行至今。由于種種原因,粗氪氙系統(tǒng)一直未投運。為提高外銷產(chǎn)品多元化,增加高附加值產(chǎn)品的份額,充分發(fā)揮設(shè)備功能,馬鋼將閑置多年的粗氪氙系統(tǒng)投入運行。

      2 設(shè)備改造

      2014年2月30000 m3/h制氧機停運,進行改造性大修。期間,也對粗氪氙塔的蒸發(fā)器熱源進行了改造,見圖1,冷凝蒸發(fā)換熱器熱源將原設(shè)計的下塔壓力氮改為進下塔前空氣(V1605管線)以增加熱源,同步新建液體儲槽及配備管道,見圖1,2015年8月開始投運粗氪氙系統(tǒng)。

      3 操作調(diào)試

      3.1 積液操作

      因前期主空分產(chǎn)品已經(jīng)正常生產(chǎn),因此粗氪氙塔已同步冷卻,TI1601溫度在-166℃,此時將V1603稍開(V1605、1604在全關(guān)狀態(tài)),再分別打開V1601,V1602,V1651閥門,確認閥門流通狀況良好。確認后將閥門全關(guān)。V1603緩開(確認V1605全關(guān)),進一步冷卻和建立粗氪氙塔的蒸發(fā)器液位。此時特別注意主冷、下塔和粗氬冷凝器液位,當(dāng)液位下降明顯時,適當(dāng)減液體產(chǎn)品取出量。如果液面仍然下降,就要考慮適當(dāng)增加膨脹機制冷量來及時補充冷量。通過流量計和TI1601兩側(cè)點來觀察V1605關(guān)閉正常,如果V1605有內(nèi)漏(實際此閥門關(guān)閉較嚴),為了安全性,則V1651要保持微開,防止碳氫化合物積聚。

      當(dāng)液位開始上漲時,每兩個小時監(jiān)測總碳要求100×10-6以下、在線氧化亞氮的含量要求50×10-6以下進行,此時可以監(jiān)測氧氣純度的變化。期間,利用后接的干燥空氣進行反吹液位計下閥。在液位上漲時,要密切關(guān)注液位是否有波動,觀察總碳實時變化,并可以采取反吹波動的液位計下閥,避免有濃縮物堵塞情況發(fā)生,造成液位波動。因為常壓下氪的凝固點為-157℃,氙的凝固點為-111.9℃,CH4凝固點為-182.5℃,在液氧環(huán)境內(nèi)極易形成晶體,在管道拐角處積聚,保證測量點的準(zhǔn)確性。

      圖1 粗氪氙塔示意圖

      粗氪氙塔底部液體設(shè)計在2800 mm,積液時從安全性考慮,要求將冷凝蒸發(fā)器全浸。當(dāng)液位逐漸上升接近500 mm時,再分別從V1601,V1602,V1651排液1次,共排液3次,已起到?jīng)_洗板式的作用。沖洗完成并重新積液,當(dāng)液位上漲至2300 mm左右時,就準(zhǔn)備開始調(diào)純操作。當(dāng)V1603逐漸開大建立粗氪氙塔阻力1~2 kPa,此時要特別注意塔底AE1602總碳變化,嚴格控制在 (5~10)×10-6。若V1605內(nèi)漏嚴重,就必須采取緊急預(yù)防措施,開大V1601,V1602,V1651進行排放,將總碳濃度稀釋后關(guān)閉。

      3.2 調(diào)純操作

      隨著積液的進行,粗氪氙塔液位上漲至2300 mm左右時,可以進行調(diào)純操作。在氬系統(tǒng)工作正常情況下,先稍關(guān)V701,退出粗氬冷凝器的冷量,防止V1605冷卻后的液空回V701對粗氬塔影響較大;再同步稍開V1605,開始對粗氪氙塔的冷凝蒸發(fā)器通入熱源,此時監(jiān)控總碳和N2O含量,如果總碳達到300×10-6或60×10-6N2O的時候,可以從V1651開始排液。當(dāng)總碳含量下降后,再微開V1604,同步稍關(guān)V704,逐步增加粗氪氙塔的熱負荷。

      期間,操作閥門的要點是:V701與V1605同步,V1604與V704同步,閥門操作的穩(wěn)定,有利于粗氬塔與粗氪氙塔工況平穩(wěn)。調(diào)純過程注意裝置冷量,確保主冷、粗氬冷凝器及下塔液位的波動較小。當(dāng)蒸發(fā)器穩(wěn)定后,再重復(fù)上面的操作,逐漸增加粗氪氙塔的負荷,直到總碳達到(1000~1500)×10-6。如果總碳低于1000×10-6,N2O高于60×10-6,則不能繼續(xù)濃縮,需要加大排液量,降低濃縮倍率。調(diào)試過程中每兩個小時監(jiān)測總碳(要求1500×10-6以下)、在線氧化亞氮的含量(要求60×10-6以下,實際在(10~20)×10-6左右)。同時監(jiān)控粗氪氙液氧的含氧量,如果含氧量大于90%,則說明已經(jīng)開始濃縮。液位有波動一定要監(jiān)測總碳和N2O含量的變化。開V1605的時候,蒸發(fā)塔內(nèi)液空大量氮氣回上塔會對氬餾分產(chǎn)生一定影響,因此注意觀察氬餾分變化,可以適當(dāng)降低粗氬塔負荷,避免氮塞。

      操作注意事項:當(dāng)液位顯示出現(xiàn)波動時,這是液位管堵塞的前兆,此時應(yīng)及時去現(xiàn)場反吹液位計正壓管線,同時密切監(jiān)視總碳和N2O的含量??梢赃m當(dāng)關(guān)小V1605和適當(dāng)開大排液。分子篩再生初期不建議進行增加粗氪氙塔負荷,再生穩(wěn)定后再提高負荷。安全預(yù)防措施:如蒸發(fā)器總碳或N2O含量偏高,為提高安全性則需要開大V1601或V1602,進行適當(dāng)排液,降低蒸發(fā)器總碳或N2O濃度。

      因為,在確保主空分工況穩(wěn)定運行情況下進行粗氪氙的調(diào)試,調(diào)整操作相對慎重,經(jīng)過上述調(diào)整第5天時,在同一時間對粗氪氙產(chǎn)品的分析統(tǒng)計如表1。

      表1 對粗氪氙產(chǎn)品的分析統(tǒng)計

      4 操作總結(jié)

      通過在線和離線對粗氪氙產(chǎn)品的分析,30000 m3/h制氧機的粗氪氙生產(chǎn)基本達到了設(shè)計要求,生產(chǎn)基本穩(wěn)定。在操作上有以下幾點認識:

      4.1 主空分部分

      (1)粗氪氙塔初期投運時,由于需要較大的液體量,對主塔工況影響明顯,需要我們及時調(diào)整來確保主塔工況的穩(wěn)定。如投運初期,開V1603時,對主冷液位及氬餾分的影響,可以通過增加空氣量和膨脹量調(diào)整。

      (2)粗氪氙塔的液位允許條件下,在開始通過開V1605閥對冷凝蒸發(fā)器通入熱源時,由于冷凝蒸發(fā)器的工作,蒸發(fā)的氣體回上塔且有波動,所以,對氬餾分和污氮純度影響較大,在合理控制主塔工況穩(wěn)定的同時,一定要把握好V1605閥開啟的節(jié)奏和幅度,盡可能降低粗氪氙塔蒸發(fā)的氣體影響氬餾分含氮量的增加,投運粗氪氙塔前、后污氮純度分別是0.37%O2、0.58%O2,雖然生產(chǎn)正常,但從運行經(jīng)濟性看,是欠妥的,由此可見,需要在以后操作中摸索來進一步降低影響。

      (3)在V1604和V1605閥開啟時,要密切關(guān)注粗氬塔的工況變化,因為由于液空量的轉(zhuǎn)換過程中,粗氬冷凝器工作是發(fā)生變化的,見表2。

      表2 液空含氧量與液空蒸發(fā)比關(guān)系表 %

      粗氬冷凝器進液不足,蒸發(fā)比過大,液體中氧含量增加較多,如表2,含氧40%液空,在蒸發(fā)掉25%時,純度為50%O2,蒸發(fā)50%時,純度為58%O2,變化很大,經(jīng)查表所得,58%O2液空飽和溫度為82.3 K,75%O2液空的飽和溫度是84.3 K,液空側(cè)溫度上升很快,溫差大幅縮小,粗氬冷凝器負荷減少較多,所以,對V704和V701閥門根據(jù)V1604和V1605閥開啟而及時地收小是非常重要的,特別是V704的開度收小操作,直接影響到V1604的流通量和粗氪氙塔濃縮的進度,需要操作時,都要兼而顧之。

      4.2 粗氪氙塔部分

      (1)V1605閥的控制對粗氪氙塔濃度的影響,由于此閥當(dāng)初選的是蝶閥,所以,在調(diào)整初期時,熱源流量不易控制,造成濃度和液位波動較大,通過幾次提前量操作,基本可以穩(wěn)定工況,V1605控制的穩(wěn)定,對粗氪氙濃縮起著關(guān)鍵作用。

      (2)粗氪氙塔液位控制V1604和熱源V1605閥的控制因手動,又因V1605是由進主塔下塔空氣管引入,受分子篩切換等影響因素,造成了幾次濃度和液位波動,現(xiàn)基本能控制好,但是,需要在今后操作中完善和解決,摸索V1604自動控制粗氪氙塔液位、V1605根據(jù)流量自動控制冷凝蒸發(fā)器的負荷,以保證粗氪氙塔工作的穩(wěn)定性。

      (3)因為V1605將原設(shè)計的下塔壓力氮改為進下塔前空氣,作為粗氪氙塔冷凝蒸發(fā)器的熱源,使得蒸發(fā)器內(nèi)的溫差由原來的1~2℃提升至4~5℃,在增加換熱、有利于粗氪氙濃縮的同時,也避免了粗氪氙塔冷凝蒸發(fā)器因溫差小、工作不穩(wěn)定而影響主塔工況的情況發(fā)生。

      4.3 濃度與安全

      粗氪氙塔中有大量的碳氫化合物及N2O積聚,這是由工藝特點決定的。為了保證提取率,設(shè)計時使盡量多的液空及液空蒸汽在粗氪氙塔中換熱、精餾,所以從原料空氣帶入空分系統(tǒng)的碳氫化合物主要在粗氪氙塔底部積聚,從底部的總碳在線分析可以看出,其含量通常在1500×10-6以上,甚至達到2000×10-6以上,在操作中對保證蒸發(fā)器全浸是非常重要的。因為總碳含量和粗氪氙含量成正比,所以在效益和安全的取舍中,我們選后者,適當(dāng)增加粗氪氙的排放量,來降低碳氫化合物的含量。

      5 結(jié)束語

      國內(nèi)空分設(shè)備中粗氪氙大部分是在液氧中進行提取,所以,掌握和總結(jié)好液空中提取粗氪氙的操作經(jīng)驗,有利于拓寬提取粗氪氙操作知識面。

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