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变负荷调整与经济性发展思考

2012-06-15 21:06 来源:经济相关 人参与在线咨询

莱芜钢铁集团天元气体公司现有四台KDON—21000/22000型空分装置,均有杭州杭氧股份有限公司设计、制造,采用分子筛净化吸附、增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔、全低压流程、规整填料上塔、全精馏无氢制氩工艺。

一、KDON—21000/22000型空分装置运行现状

莱钢天元气体公司的四台自投产以来,运行状态较为稳定,氧、氮产品产量均达到了设计指标。但仍存在以下几个问题:上塔压力偏高、污氮含氧高、液氩产量偏低和变负荷调整不完善。上塔工作压力一般为44kPa~46kPa,与设计相比高出4kPa,与进口机组相比高出9kPa左右,造成空压机的出口压力也相应较高,空分装置的单位电耗较大;污氮含氧高,污氮含氧量平均值在0.872%,高于设计值0.5%,在一定程度上影响了氧的提取,影响了装置的氧提取率。液氩的产量设计值是750m3/h,实际产量在550~640m3/h徘徊,最低时仅为500m3/h左右,虽经多次系统性的调试,仍低于的设计值,附加值较高的液氩产量达不到设计指标,制约着液体产品销售收入的提高。根据设计要求,本制氧机具有变负荷调节功能,但在实际运行中,工况变负荷调整不完善,对工况稳定性影响较大,不能依据外部用氧情况变负荷调整,在冶炼用氧少时,氧气减量操作不能及时进行,造成氧气放散,最高时放散率达45%,而外部用氧量增加时,氧气量不能随机调整,造成管网压力偏低,需补充大量液氧。以上几个问题的存在,使制氧机运行的经济性较差。

二、运行中存在问题的分析

1、上塔下部压力的构成,影响上塔压力的因素

由于KDON—21000/22000型空分装置的污氮气流量约为产品氮气量的三倍,故而它的沿程阻力决定了上塔压力的大小。上塔下部的压力就等于下表中五个部分之和。在一般情况下,空分装置中污氮气(再生气)进分子筛吸附器的压力应不小于13kPa,设备、管道的阻力是无法减少的,而污氮气的流通阻力可以通过系统的调整来减小。

2、制约污氮含氧高和液氩产量的因素

2.1、膨胀空气量在一般情况下,大型空分装置的膨胀空气量不应大于加工空气量的12%~15%,而该制氧机组的设计膨胀空气量为18700m3/h,远大于其满足正常冷量消耗所需的流量,在实际操作中为14000m3/h左右。

2.2、主塔工况

主塔各组分的合理分布和工况的稳定是关键。下塔是上塔精馏的基础,液氮节流阀的开度大小,直接影响液空中的组分含量,以及液氮的纯度,关系到上塔各段回流比的分配,进而影响。

2.3、氩馏分

氩馏分中含氩量一般应控制在7%~12%Ar,其数值的高、低,直接影响着液氩的产量。氩馏分中含氩量过少,则无法提供足够的原料,液氩的产量就不可能增大。使污氮和粗氩含氧均增加,影响污氮含氧量,进而影响到上塔工况的稳定。

2.4、氩馏分流量

氩馏分流量的增大,虽然可以提高氩的产量,但是改变了上塔提馏段的回流比,同时增加了粗氩冷凝器的负荷,使其发生“氮塞”的几率大大增加,对整个空分系统工况的稳定造成威胁。

3、变负荷调整不完善的原因

3.1、馏塔负荷的限制。下塔是筛板塔上塔采用规整填料塔,筛板塔负荷最佳调节范围是70%~110%,负荷再低就可能因蒸汽流过筛孔过慢而出现漏夜。虽然规整填料上塔的负荷调节范围是50%~110%,但要受下塔精馏工况的限制。

3.2、对氮气产品的要求限制了空分设备的变负荷能力。由于外供氮气产品缺口极大,不管空分设备在什么负荷下运行,都必须保证22000m3/h氮气的生产。

3.3、在变负荷过程中制氩系统的调节尤为重要,制氩系统工况是否稳定直接影响到整套空分系统的工况建立。制氩系统能提取氩产品数量主要取决于加工空气中的氩含量。在负荷操作时最可能发生的故障是氮塞。

3.4、变负荷操作是从一个平衡到另一个平衡的动态操作过程。所以变负荷的操作速度也起到重要的作用。

3.5、变工况运行时,没有及时调整主换热器冷热气体比例,使得热端温差扩大,冷损增加。

没有根据塔内蒸馏工况和网管状况,及时、合理地调节膨胀机运行工况,使得氧气提取率偏低。

4、运行中存在的问题

在21000m3/h空分装置的实际运行中,膨胀空气量较大,约为14000m3/h左右,而送入上塔的膨胀空气量仅为不足10000m3/h,有近5000m3/h的空气被旁通至污氮管道,使氧的提取率降低。液氮节流阀的开度偏小,使液空中的氮组分浓度较高,上塔提馏段的精馏负担加重。

由于制冷量较大,使得上塔的回流比偏大,为保证氧气的纯度,就要适当减少其产量,从而使氩馏分处于较低的水平(5%~8%Ar)。

为得到较高的液氩产量,氩馏分的流量需增大,由24000m3/h增至27000m3/h以上,进入粗氩冷凝器的液空量及其蒸发量均增大,使得以上塔提馏段氩馏分抽口为分界面,其上部的回流比减少,而下部的回流比增大。在此状态下运行,工况出现波动的几率较大。

变工况运行时,没有及时调整主换热器冷热气体比例,使得热端温差扩大,冷损增加。没有根据塔内蒸馏工况和网管状况,及时、合理地调节膨胀机运行工况,使得氧气提取率偏低。在负荷过程中制氩系统的调节,制氩系统工况是否稳定直接影响到整套空分系统的工况建立。在负荷操作时发生氮塞。要进一步提高氧的提取率,增加液氩的产量,降低系统的操作压力,就必须对整个系统的工况进行优化调整,才能实现目标。

三、提高KDON—21000/22000型空分装置经济性的措施

1、合理降低上塔压力系统调整

1.1、在确保氧、氮纯度合格,以及氧、氮产品产量稳定的前提下,适当减少空压机的加工空气量,以减少污氮的取出量,降低其流通阻力。在满足分子筛吸附器再生效果的条件下,将污氮进分子筛吸附器的压力设定值由13kPa降至11.5kPa,尽可能地开大污氮去水冷塔的阀门。

1.2、系统的调整,使得各部分的回流比分配趋于合理,运行工况更加稳定,同时,上塔中、下部的阻力也略有下降。

1.3、下塔操作压力主要和空气机出口压力、回流液氮进下塔阀V11的开度和上塔压力等因素有关。在低负荷运行时,为使下塔压力保持在一定操作范围内,为了降低能耗当空分设备在较高负荷运行时全开V11阀。

2、减少膨胀空气量、调整上下塔回流比

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