大型空分裝置冷態(tài)開車中膨脹量的調(diào)節(jié)及應用

吉星 張準（河南龍宇煤化工股份有限公司，河南永城476600）

大型空分裝置冷態(tài)開車中膨脹量的調(diào)節(jié)及應用

吉星 張準（河南龍宇煤化工股份有限公司，河南永城476600）

空分冷態(tài)開車時易返冷凍壞管道和引起上塔超壓事故，而帶液開車操作難度又大，如何調(diào)節(jié)膨脹量使之不返冷成為關鍵。

冷態(tài)開車；膨脹量；調(diào)節(jié)；措施

大型空分系統(tǒng)在遭遇短停后，為了盡快恢復生產(chǎn)都會選擇冷態(tài)開車，但冷態(tài)開車易出現(xiàn)返冷，操作難度大，很難控制好塔內(nèi)壓力和返流冷量。由于污氮氣等管線都為碳鋼材質(zhì)，返冷嚴重會造成管道凍裂，同時還會引發(fā)上塔超壓事故。解決此類問題的要點之一在于對膨脹量的控制，如何調(diào)節(jié)膨脹量成為關鍵。

1 影響膨脹機制冷量大小的因素

膨脹機總制冷量Qp(kJ/h)與膨脹量V(m3/h)、單位制冷量 h (kJ/kmol)有關：

式中的單位制冷量 ^等于單位理論制冷量 ht與膨脹機效率ηp的乘積。而單位理論制冷量取決于膨脹前的壓力、溫度和膨脹后的壓力。因此，膨脹機的制冷量與各因素的關系為：

(1)膨脹量越大，總制冷量也越大。

(2)進、出口壓力一定時，機前溫度越高，單位制冷量越大。例如。當膨脹機前的絕對壓力為0.55MPa，機后壓力為0.135MPa時，不同的機前溫度下的單位理論制冷量如表1所示：

表1 膨脹機前溫度對單位制冷量的影響

(3)當機前溫度和機后壓力一定時，機前壓力越高，單位制冷量越大。例如，當膨脹機的進口溫度為160K，出口絕對壓力為0.135MPa時，不同進口壓力下的單位理論制冷量如表2所示。

表2 膨脹機前壓力對單位制冷量的影響

(4)膨脹機后壓力越低，膨脹機內(nèi)的壓降越大，單位制冷量越大。

(5)膨脹機絕熱效率越高，制冷量越大。

2 如何通過操作提高膨脹機制冷量

(1）增加膨脹空氣量，開大膨脹機噴嘴，提高膨脹機轉(zhuǎn)速，同時關小膨脹機防喘振閥V01422，提高膨脹機做功效率。

（2）保持增壓機三級出口壓力穩(wěn)定，將高換污氮氣轉(zhuǎn)向低換關小V01391，開大V01390.

（3）當機前溫度和機后壓力一定時，適當提高增壓機三級出口壓力也能增加膨脹量。

（4）降低空壓機出口壓力，將設定值改小后MAC入口導葉投自動。

3 冷態(tài)開車時膨脹量如何調(diào)整

在冷態(tài)開車時，因為塔內(nèi)液體不需要排放冷量較足，啟機初期要盡量減少膨脹量，同時注意控制上塔壓力防止超壓。出分子篩空氣露點合格后，即可逐步開大低壓空氣進氣閥V01381～V01387，打大排放導淋V01510、V01511，降低上下塔壓力。待低壓換熱器熱端溫度復熱到常溫，啟動膨脹機，逐漸增加負荷通過調(diào)節(jié)V01305及板式冷量，使膨脹機機前溫度不低于-100℃。控制膨脹機在正常負荷的60%逐漸給下塔充壓，同時開大V01388、V01389。根據(jù)上塔壓力上升速度和高壓換熱器返流氣的允許外排量適當開大上塔節(jié)流閥V01301～V01304、返流氣調(diào)節(jié)閥V01389～V01392、液氮回流閥V01311，增加裝置負荷。這樣不僅可以降低主冷凝蒸發(fā)器的熱負荷，還可以復熱高壓換熱器熱端溫度，減少熱端溫差。全開V01760、V01761，增大主冷換熱量，適當提高MAC出口壓力，使分子篩出口與下塔間維持一定正壓差。等精餾塔內(nèi)液位、阻力等指標達到正常值以后關閉V01760、V01761、V01510、V01511，并將膨脹量加至正常。最終恢復到停車前的最佳工況。

4 結(jié)語

空分精餾系統(tǒng)進行冷態(tài)開車時，并不是都要保留液體不排放，要根據(jù)具體情況分析。比如，停車時間超過24h就要取樣分析主冷碳氫化合物，視分析結(jié)果判斷是否需要排液。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，空分系統(tǒng)膨脹機啟動時產(chǎn)品氧、氮的合格標準是2h，但是冷態(tài)開車時最快需要8 h氧、氮產(chǎn)品。為了在冷態(tài)狀態(tài)下開車，則需要粗氬塔不排液保留阻力12h內(nèi)氬系統(tǒng)。雖然冷態(tài)開車時能夠大大縮短空分開車時間，但在此時間段和狀態(tài)下進行操作實屬不易，因此，要求參加該項工作的工作人員和操作人員均具備一定的專業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務水平，能提前判斷冷量的變化及現(xiàn)場返流管線的結(jié)霜情況而進行相應的調(diào)整。

[1]《新編制氧工問答》湯學忠、顧福民主編北京2001.7.