荀志偉，張 虎

(靈石中煤化工有限責(zé)任公司，山西靈石 031300)

靈石中煤化工有限責(zé)任公司是利用中煤九鑫焦化公司的焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)合成氨、尿素產(chǎn)品的企業(yè)?？辗盅b置的任務(wù)是將來(lái)自3s空氣壓縮機(jī)的空氣中的氧氣、氮?dú)夥蛛x，然后再將氧氣加壓后與來(lái)自5s空氣壓縮機(jī)的空氣在靜態(tài)混合器中混合，制成體積分?jǐn)?shù)約32.68%的富氧空氣，送至甲烷轉(zhuǎn)化工段。

1 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

靈石中煤化工有限責(zé)任公司空分裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)氧氣體積流量3 600 m3/h(標(biāo)態(tài))、純度99.6%(體積分?jǐn)?shù))，氮?dú)怏w積流量7 000 m3/h(標(biāo)態(tài))、純度99.99%(體積分?jǐn)?shù))。主要設(shè)備包括：svk25-3s空氣壓縮機(jī)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、增壓膨脹系統(tǒng)、氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)、氧氣增壓系統(tǒng)、液氧貯存及汽化系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。因?yàn)榭辗衷O(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，在分餾塔的低溫容器和管道可能產(chǎn)生冰、干冰或機(jī)械粉末的沉積，阻力逐漸增大[1-2]，所以一般運(yùn)轉(zhuǎn)2 a后，應(yīng)對(duì)分餾塔進(jìn)行加溫復(fù)熱以去除這些沉積物。再次開(kāi)車(chē)時(shí)按照操作規(guī)程執(zhí)行，分為冷卻、積液和調(diào)純3個(gè)階段，開(kāi)車(chē)所需時(shí)間約78 h，而同類(lèi)型裝置熱態(tài)開(kāi)車(chē)所需時(shí)間為48 h左右，問(wèn)題主要突顯在系統(tǒng)積液、調(diào)純階段；積液初期系統(tǒng)冷量全靠膨脹機(jī)提供，而膨脹機(jī)的等熵效率不到80%，加上冷損及蒸發(fā)，積液速度緩慢。主冷凝蒸發(fā)器積液后由于液體純度較低，在調(diào)純階段需要一定的時(shí)間才能送出合格的氣體產(chǎn)品?？辗盅b置的啟動(dòng)過(guò)程是一個(gè)只有能量輸入而無(wú)產(chǎn)品輸出的無(wú)效能耗過(guò)程，該過(guò)程越短，無(wú)效能耗越少，經(jīng)濟(jì)效益越高[3]。

2 倒灌液氧可行性分析

在液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液口和主冷凝蒸發(fā)器之間運(yùn)用伯努利方程對(duì)管路壓降等進(jìn)行計(jì)算[4]，計(jì)算中假設(shè)閥門(mén)全開(kāi)。液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液口至主冷凝蒸發(fā)器液氧出口之間的高度差為10.11 m，液氧密度為1 141 kg/m3，管道直徑為40 mm，液氧黏度為0.196 mPa·s，DN40管線長(zhǎng)約20 m，共有6個(gè)彎頭和2道角式低溫截止閥，液氧流速取0.35 m/s。經(jīng)計(jì)算，雷諾數(shù)為81 642.86，摩擦因數(shù)為0.018 72，彎頭和閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度為21.8 m。空分上塔壓力按30 kPa計(jì)，計(jì)算結(jié)果為液氧儲(chǔ)槽壓力只要大于等于0.132 MPa即可實(shí)現(xiàn)液氧儲(chǔ)槽內(nèi)液氧倒灌至主冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，液氧儲(chǔ)槽設(shè)計(jì)壓力為0.2 MPa，滿足倒灌液氧的要求。工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

3 倒灌液氧操作

V1—液氧儲(chǔ)槽出液閥；V2—液氧儲(chǔ)槽放空閥；V5—液氧儲(chǔ)槽進(jìn)液閥；V6—液氧儲(chǔ)槽上進(jìn)液閥；V7—液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液閥；V8—液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥；V16—主冷凝蒸發(fā)器排液閥。

3.1 準(zhǔn)備工作

(1) 控制液氧儲(chǔ)槽液位在6 000～8 000 mm。

(2) 空分裝置全面冷卻設(shè)備階段結(jié)束，主冷凝蒸發(fā)器出現(xiàn)液體。

(3) 負(fù)責(zé)倒液操作人員到位，且中控、現(xiàn)場(chǎng)保持通信暢通。

(4) 關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽上進(jìn)液閥，打開(kāi)液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器出口閥，關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽放空閥，微開(kāi)液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥緩慢給液氧儲(chǔ)槽充壓，待液氧儲(chǔ)槽壓力漲至0.15～0.17 MPa，關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥，保持液氧儲(chǔ)槽壓力穩(wěn)定，若壓力上漲時(shí)，開(kāi)液氧儲(chǔ)槽放空閥穩(wěn)定壓力。

3.2 操作步驟

(1) 中控和現(xiàn)場(chǎng)操作人員確認(rèn)倒灌液氧開(kāi)始操作，打開(kāi)液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液閥，緩慢打開(kāi)主冷凝蒸發(fā)器排液閥，中控、現(xiàn)場(chǎng)操作人員密切注意主冷凝蒸發(fā)器和液氧儲(chǔ)槽液位及壓力的變化情況。

(2) 待主冷凝蒸發(fā)器液位達(dá)到2 800 mm，液氧蒸發(fā)器液位達(dá)到1 800 mm，倒灌液氧結(jié)束。

(3) 關(guān)閉主冷凝蒸發(fā)器排液閥，關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽下進(jìn)液閥，關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽蒸發(fā)器進(jìn)液閥，打開(kāi)液氧儲(chǔ)槽放空閥，待壓力卸至20 kPa后關(guān)閉液氧儲(chǔ)槽放空閥。

3.3 注意事項(xiàng)

(1) 液氧儲(chǔ)槽壓力嚴(yán)禁超過(guò)0.2 MPa。

(2) 在倒灌液氧前期，液氧產(chǎn)品送出閥V16開(kāi)關(guān)一定要緩慢。

(3) 倒灌液氧的過(guò)程中，控制上塔頂部壓力為30～60 kPa。

4 結(jié)語(yǔ)

空分裝置原始開(kāi)車(chē)時(shí)，未采用倒灌液氧操作，產(chǎn)出合格氣體產(chǎn)品耗時(shí)78 h；采用倒灌液氧操作，產(chǎn)出合格氣體產(chǎn)品耗時(shí)57 h。由于空分裝置的啟動(dòng)過(guò)程是一個(gè)只有能量輸入而無(wú)產(chǎn)品輸出的無(wú)效能耗過(guò)程，所以該過(guò)程越短，無(wú)效能耗越少，經(jīng)濟(jì)效益越高。采用倒灌液氧操作后，縮短提供合格氣體產(chǎn)品的時(shí)間21 h，3s空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為2 300 kW、冷卻水泵電動(dòng)機(jī)功率為15 kW、冷凍水泵電動(dòng)機(jī)功率為22 kW、循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)功率為37 kW、螺桿式冷水機(jī)組電動(dòng)機(jī)功率為56 kW，純化系統(tǒng)電加熱器功率為432 kW，直接節(jié)省此期間空分裝置各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和再生加熱器耗電53 760 kW·h、合成循環(huán)水泵(560 kW)及風(fēng)機(jī)(75 kW)耗電13 335 kW·h，間接多產(chǎn)氧氣75 600 m3，按電價(jià)為0.5元/(kW·h)計(jì)，節(jié)約電費(fèi)3.35萬(wàn)元；氧氣價(jià)格按0.6 元/m3計(jì)算，間接產(chǎn)生效益4.54萬(wàn)元；同時(shí)，為合成氨和尿素裝置提前開(kāi)車(chē)提供了時(shí)間保障。