田現(xiàn)德，李　紅，金振宗，呼維剛，沈　榮，殷楠楠（山鋼股份萊蕪天元?dú)怏w有限公司，山東萊蕪　250101）

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提高空分裝置夏季運(yùn)行效果的實(shí)踐

田現(xiàn)德，李紅，金振宗，呼維剛，沈榮，殷楠楠
（山鋼股份萊蕪天元?dú)怏w有限公司，山東萊蕪250101）

【摘要】針對空氣分離裝置夏季生產(chǎn)的特點(diǎn)，全面分析了影響機(jī)組安全運(yùn)行的因素，通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，優(yōu)化操作等措施，提升了空分裝置夏季運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】空氣裝置；夏季生產(chǎn)；冷卻水系統(tǒng)；熱交換器；預(yù)冷系統(tǒng)

1　問題概述

萊蕪天元?dú)怏w有限公司現(xiàn)有9臺制氧機(jī)組，總生產(chǎn)能力為183000 m3/h。夏季由于空分裝置受到諸多因素制約，造成系統(tǒng)產(chǎn)能降低，制氧能耗升高，嚴(yán)重時(shí)還會影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其一，環(huán)境溫度的影響，當(dāng)進(jìn)裝置溫度由26℃提高到40℃時(shí)，空氣中水分含量將會增加一倍，由24.3 g/m3增加至50.9 g/m3。這將會造成空壓機(jī)能耗上升，預(yù)冷系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)負(fù)荷的提高。其二，冷卻水水質(zhì)的影響，當(dāng)冷卻水溫度高于45℃，且水系統(tǒng)pH值較高時(shí)，將會出現(xiàn)換熱器水側(cè)結(jié)垢現(xiàn)象，影響換熱器的換熱效率。其三，雷雨季節(jié)的影響，由于空分裝置的設(shè)計(jì)安裝要求，機(jī)組通常安裝在地勢較高的位置或上風(fēng)口，當(dāng)雷雨交加時(shí)易造成機(jī)組的停電停車。其四，由于換熱系統(tǒng)效果不良、操作方法不統(tǒng)一等因素，使機(jī)組的安全運(yùn)行受到一定影響。

2　問題的分析與處理

2.1環(huán)境因素

夏季氣溫較高，空氣中含濕量大幅增加，且空氣中的雜質(zhì)易附著于過濾器表面，使過濾器阻力升高，加工空氣量下降。針對夏季高溫的不利因素，就如何提高加工空氣量進(jìn)行了全面分析，采取了以下措施。

2.1.1空氣過濾器改造

將干袋式空氣過濾器改為自潔式空氣過濾器。目前3#、4#制氧機(jī)組空氣過濾器為干袋式過濾器，袋式過濾器屬于表面過濾方式的一種，是20世紀(jì)80年代后期廣泛使用的過濾裝置。自潔式過濾器是當(dāng)前空分裝置普遍使用的過濾器，其過濾效率比一般過濾器提高約5%～10%，具有過濾阻力小、適應(yīng)范圍廣、占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單、日常維護(hù)量小等特點(diǎn)。

2.1.2疏水器改造

隨著環(huán)境溫度的升高，空氣中的飽和含水量提高，空氣經(jīng)壓縮冷卻后在冷卻器氣側(cè)會有大量冷凝水析出，隨著冷凝水量的增多和聚集，將會使換熱面積減少，排氣溫度升高，加工空氣量減少?，F(xiàn)中間冷卻器上配置的為浮球式排水器，由于該排水器無法保證可靠排放，且無報(bào)警信號輸出，所以只能將其旁通閥稍開以確保排放的可靠性，但采取此種作業(yè)，易造成部分空氣隨著冷凝水排掉，致使裝置能耗增加。在保證冷凝水可靠排放的情況下,盡可能地減少空氣損失,將原有疏水器改為自動疏水器，把報(bào)警信號遠(yuǎn)傳至每個(gè)機(jī)組的值班室，這樣平時(shí)就可以把旁通閥關(guān)閉，減少能源浪費(fèi)。只有當(dāng)值班人員收到報(bào)警信號時(shí)，再到現(xiàn)場開啟旁通閥，并檢修冷凝水排除器即可，這樣不僅能夠及時(shí)可靠地排放冷凝水，保證了壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，而且延長設(shè)備的使用壽命，減少能源損耗，提高產(chǎn)品產(chǎn)量。

2.1.3引進(jìn)葉輪清洗裝置

由于空氣中存在著部分機(jī)械雜質(zhì)和水分，經(jīng)過壓縮機(jī)的長期運(yùn)行，在離心式壓縮機(jī)葉輪、蝸殼處極易出現(xiàn)灰塵的結(jié)垢附著現(xiàn)象，造成壓縮機(jī)的效率下降，嚴(yán)重時(shí)附著物脫落，造成壓縮機(jī)因振動超高停機(jī)或發(fā)生較大設(shè)備事故。為避免事故的發(fā)生，公司引進(jìn)了葉輪在線清洗系統(tǒng)，其主體設(shè)備由Atlascopco公司設(shè)計(jì)，杭氧集團(tuán)生產(chǎn)，系統(tǒng)管道為自行安裝，水箱容積為5 m3。該系統(tǒng)主要用途是：清洗空壓機(jī)各級葉輪表面積灰和氣體冷卻器氣側(cè)清洗，從而減少葉輪積灰和降低空壓機(jī)各級振動，保障空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2冷卻水系統(tǒng)

2.2.1循環(huán)水供水方式的優(yōu)化

公司循環(huán)水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見圖1。

圖1　公司循環(huán)水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

由圖1看出，在正常情況下風(fēng)機(jī)、水泵的開停機(jī)臺數(shù)以及所需供應(yīng)設(shè)備。當(dāng)夏季水溫逐漸升高的情況下可以逐漸調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的開停臺數(shù)甚至全部開啟，上水泵的開停臺數(shù)基本保持不變，緊急狀態(tài)下可以調(diào)節(jié)水泵出口閥門的開度適當(dāng)調(diào)節(jié)上水流量。值班人員加強(qiáng)與空分人員的協(xié)調(diào)確定風(fēng)機(jī)的開停，盡可能地降低冷卻水溫度，滿足空分裝置對冷卻水的需求。

2.2.2改善循環(huán)水質(zhì)

原空分系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)，其pH值在8.3~8.35左右，由于循環(huán)水質(zhì)硬度較高，在中間冷卻器、空冷塔噴頭等部位中易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，造成換熱效果下降，空氣通道堵塞。通過對實(shí)際情況的分析，適當(dāng)增加了緩蝕劑、酸的注入量，每早晚兩次取樣分析循環(huán)水情況，將pH值控制在8.2左右，極大地改善了空分系統(tǒng)的鈣鎂離子結(jié)垢現(xiàn)象，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

2.3雷雨季節(jié)的防護(hù)

2.3.1防雷接地裝置的優(yōu)化

加強(qiáng)空分系統(tǒng)夏季防雷電的能力，將重要設(shè)備設(shè)施的接地裝置改為二次接地?？偨Y(jié)以往因雷雨而造成停車事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對于部分儀表系統(tǒng)的控制開關(guān)進(jìn)行單獨(dú)控制，從而降低了系統(tǒng)事故的發(fā)生。

2.3.2實(shí)現(xiàn)機(jī)組雙路供電

組織技術(shù)人員、生產(chǎn)骨干對影響制氧電氣系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題調(diào)查分析，確定問題癥結(jié)，制定相應(yīng)的改造方案，中心配電系統(tǒng)如圖2。

由圖2看出，3#~6#、9#、10#制氧機(jī)及氧氮液化高壓系統(tǒng)電壓并列裝置，母線電壓并列可由PT隔離開關(guān)的輔助接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動切換，電壓并列裝置PT信號接線如圖2所示。由圖2可看出，電壓并列裝置PT輸出信號均經(jīng)過裝置內(nèi)啟動電壓隔離繼電器J1′、J2′、J3′、J4′的輔助常開觸點(diǎn)J1′、J2′、J3′、J4′，使電壓信號接至小母線。此種接線方式存在多處缺陷：（1）當(dāng)清掃檢修PT柜，需斷開電壓并列裝置控制電源，或因控制電源短路造成電壓并列裝置控制電源熔斷器熔斷或控制電源開關(guān)跳閘時(shí)，將造成高壓母線的PT測量、PT保護(hù)信號失去，空壓機(jī)同步電動機(jī)將因PT信號失去而勵(lì)磁“失步”停機(jī)，并聯(lián)鎖制氧機(jī)系統(tǒng)停機(jī)。（2）當(dāng)直流控制回路接地、需拉開控制回路判斷接地點(diǎn)時(shí)，將造成PT信號失去，造成空壓機(jī)同步機(jī)勵(lì)磁“失步”停機(jī)，并聯(lián)鎖制氧機(jī)系統(tǒng)停機(jī)。

圖2　中心配電一次系統(tǒng)圖

改造后的中心配電一次系統(tǒng)圖如圖3。

圖3　改造后的中心配電一次系統(tǒng)圖

由圖3可看出，1#主變通過6 kVⅠ、Ⅲ段母線、通過600母聯(lián)，由4#氧Ⅱ線627實(shí)現(xiàn)4#制氧機(jī)供電，4#制氧機(jī)實(shí)現(xiàn)了雙路供電，運(yùn)行穩(wěn)定性大大提高。

2.4換熱系統(tǒng)、操作思路的優(yōu)化

2.4.1油溫高的處理

針對各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備潤滑油溫度偏高的問題，確定改造方案，將原來并聯(lián)運(yùn)行方式改為串聯(lián)運(yùn)行。拆除兩只油冷的部分管路及溫控器，將預(yù)制好的管道再一次進(jìn)行酸洗，連接好后啟動油泵檢查，管路應(yīng)無滲漏油，并調(diào)整好供油壓力，見圖4。

經(jīng)改造后測試，供油溫度明顯降低，夏季由原來的61℃左右降至45℃左右，冬季需切除一只油冷，提高了壓縮機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，從根本上解決了油溫高而帶來的安全隱患。

2.4.2預(yù)冷系統(tǒng)工況的調(diào)整

如圖5所示，對預(yù)冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，首先在系統(tǒng)允許的情況下，盡可能提高冷卻水量由320 m3/h提高至370 m3/h左右；發(fā)揮冷水機(jī)組的作用，降低空冷塔上段的進(jìn)水溫度；在緊急狀態(tài)下可以通過排放部分高溫水以降低整個(gè)系統(tǒng)的水溫等措施，嚴(yán)格控制空冷塔的出口溫度，確保空分系統(tǒng)工況的穩(wěn)定。

圖4　油冷卻水系統(tǒng)改造前后示意圖

3　實(shí)施效果

通過對空氣分離機(jī)組夏季穩(wěn)定性的研究，全面分析研究了影響夏季空分裝置安全的癥結(jié)，并采取有效措施予以解決，目前在運(yùn)的各制氧機(jī)組運(yùn)行周期、生產(chǎn)能力、安全性能、經(jīng)濟(jì)性能均有較大的提高。通過本項(xiàng)目的開展，提高了基層管理人員對設(shè)備安全運(yùn)行的掌控能力，鍛煉了職工過硬的業(yè)務(wù)素質(zhì)，確保了各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營任務(wù)的完成。

[參考文獻(xiàn)]

[1]毛紹融，朱朔元，周智勇.現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與操作原理[M].杭州：杭州出版社，2005.

[2]李耀，張衛(wèi).氣體深冷分離操作指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

Practice of Improving the Operation Effect of Air Separating Unit in Summer

TIAN Xiande，LI Hong，JIN Zhenzong，HU Weigang，SHEN Rong，YIN Nannan
(Laiwu Tianyuan Gases Company of Shandong Iron and Steel Co., Laiwu, Shandong 2250101, China)

【Abstract】Regarding the characteristics of air separating unit operating in summer, factors affecting the safe operation of the unit were comprehensively analyzed. Through measures such as upgrading production process and optimizing operation, the safety and stability of air separating unit operating in summer have been improved.

【Keywords】air separating unit; operating in summer; cooling water system; heat exchanger; pre-cooling system

作者簡介：田現(xiàn)德（1970-），男，1992年畢業(yè)于浙江大學(xué)低溫專業(yè)，工程技術(shù)研究員，現(xiàn)從事制氧生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015－01－20

【中圖分類號】TB657.7

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)10-0018-04