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大型空分设备常见问题

大型空分设备常见问题
经过长期运行的空分设备,其精馏系统中的低温设备和管道中,会因结冰或机械粉末等在内部沉淀使组分堵塞,造成分馏塔阻力增大。因此,在空分设备正常运转2年左右,应对分馏塔系统进行加温解冻操作以去除这些沉淀物。在分子筛吸附器和主换热器发生进水或其他故障时,也必须进行停车加温。下面介绍几种加温解冻操作方法:
在新建空分设备的制氩系统调试过程中,由于气体需求量不稳定及其他多种原因,制氩系统工况容易出现波动状态,下面就常见的故障情况,做出分析处理。 1、氩馏分中氮含量升高: 由于氮气产品与污氮气产品提取量少,造成部分氮气随氩馏分进入制氩系统,使氩馏分中含氮量升高,造成粗氩冷凝器中富氧液空与粗氩气温差减小,不能进行正常换热,较终导致粗氩无法冷凝,富氧液空无法蒸发。调整时提供污氮气、氮气的提取量,将污氮气出塔压力降低,使制氩系统运行工况维持正常。 2、氩馏分中氩含量波动较大 氩馏分中氩含量受到很多因素的影响,比如氧、氮气纯度和产量、上塔压力等等。在氧氮产量接近设计工况的情况下,适当降低上塔压力有利于减少氩馏分中氩含量的波动。 3、氩馏分中氩含量较低时出现氮塞故障 首先对工艺参数进行检查,关注产品、产量、纯度以及上塔压力的变化情况,如果上述因素没有明显变化,不排除是上塔的膨胀空气量增加的因素。调节方法为:逐步增大膨胀空气旁通量。 综上所述:制氩系统的运行工况受到很多因素的制约,因此要保证制氩系统工况的稳定,分清工况异常的现象与原因,将制氩系统与主塔工况结合起来作为一个整体来考虑,有针对性地进行故障排查,逐步使各工况达到相对平衡状态,从而保证生产稳定。
空分精馏塔由上下塔、粗氩塔、精氩塔等塔器组成。目前,大型空分设备的下塔有筛板塔和填料塔2种,而上塔和氩塔已普遍采用阻力较小的规整填料塔。在空分设备正常运行时,塔器内的筛板、溢流斗或填料等内件表面,都会保留有一定量的低温液体,也就是精馏塔的持液量。一般情况下,空分设备的负荷高时,塔内持液量也会较大,而当空分设备负荷较低时,塔内持液量也相应的较小。当空分设备变负荷操作时,因塔内持液量的变化,会对精馏塔工况产生影响,影响空分设备稳定运行。
进上塔的膨胀空气量增加,精馏段的回流比相应减少。为了达到所要求纯度的氮气产品,需要设置更多的塔板数。当回流比减少到需要设置无数块塔板才能使氮气纯度达到要求的数值时,这时的回流比叫较小回流比。进上塔的膨胀空气量首先受较小回流比的限制。当回流比越接近较小回流比时,为保证产品纯度所需的塔板数增加得越快,这将造成投资增加,塔板阻力增加,操作压力升高,能耗增加。因此,膨胀空气进上塔后的回流比应大于较小回流比。当要求氮气纯度低时,较小回流比也减小,允许进上塔的膨胀空气量就可以多些,这时氧的提取率也相应地降低。此外,如果液空纯度高,液空量就较少,相应的液氮量就会增大。这将使精馏段的回流比增大,允许送入上塔的膨胀空气量也就可适当增加。氧气的纯度低一些,允许送入的膨胀空气量也可以多一些。总之,送入上塔的膨胀空气量应综合考虑回流比、塔板数、氧、氮及液空纯度等诸因素的影响,以便在既保证产品纯度和不使氧提取率下降过多,又不致过多地增加塔板数和能耗的情况下,送入适量的膨胀空气。目前一般允许送入上塔的膨胀空气量是0.15~0.25的加工空气量。对于大型空分设备,冷损较小。为弥补冷损所需的膨胀空气量是不会超过上述要求的,因此可将全部膨胀空气量送入上塔。对中小型空分设备,冷损较大。膨胀气量若大于上述要求时,如将全部膨胀空气送入上塔,塔板数将增加太多,同时能耗也显著增加。在设计时宁愿只将部分空气送入上塔,另一部分膨胀空气旁通至换热器,仅回收其冷量,则更为经济、合理。 
空分设备所考虑的环境条件包括:海拔高度、大气压力、环境温度、空气湿度、空气中CO₂等杂质的含量等。这些条件随地区、环境的不同而变化。不同的环境条件对同样的空分设备,会产生不同的性能影响。 1、大气压力对空分设备的影响: 大气压力是大气层中的物体受大气层自身重力的影响,而产生的作用于物体上的压力。一般情况下大气压力在0.1MPa左右,大气压力降低时,会造成空压机的压缩比增大,增加压缩能耗,从而增加空分设备的能耗。 2、环境温度和湿度对空分设备的影响: 环境温度升高,会使空压机的排气量减小,排气温度升高、轴功率增大,冷损增大,这就要求有更多的制冷量来平衡冷损,导致设备能耗增加;空气的湿度增大时,会使空压机的一部分功消耗在压缩水蒸气方面,也会造成空压机的轴功率增大。 3、空气中的灰尘、固体杂质和有害气体对空分设备的影响: 随着空分设备逐步大型化,每小时带入空分设备的空气杂质总量是很可观的,这些杂质随空气进入空压机继而进入空分设备,会对机器造成较大损害并堵塞设备通道。而乙炔和其他碳氢化合物在空分设备中集聚到一定量,在一定条件下会引起爆炸事故,造成极大危害。因此对大气中的杂质和有害物质必须及时有效地清除,才能保证空分装置的安全运行。
大型空分设备主要采用低压分子筛预净化、增压透平膨胀机制冷、**规整填料塔、全精馏制氩工业流程。因其产品气体的压缩方式不同,又分外压缩和内压缩流程。 1、外压缩流程:空分设备生产出低压产品气体,经压缩机加压后 送出界区称为外压缩流程 2、内压缩流程:冷箱内的低温液体产品经液体泵加压到所需压力,经板式换热器复热后送出界区称为内压缩流程。内压缩流程又分膨胀空气进上塔流程和膨胀空气进下塔流程。 3、我公司技术人员通过长期的生产实践和对不同流程的分析计算,得出以下结论,供空分用户参考借鉴。 a、在液体产品比例≤11%时,外压缩流程能耗较低且操作简单; b、当液体产品比例>16%时,内压缩膨胀空气进下塔流程能耗低于外压缩流程; c、当液体产品比例>26%左右,内压缩膨胀空气进下塔流程能耗低于外压缩和内压缩膨胀空气进上塔流程; d、随着液体产量的增大,外压缩流程与内压缩膨胀空气进上塔流程的氧、氩提取率都在急剧降低,而内压缩膨胀空气进下塔流程的氧提取率没有变化,氩提取率没有明显的降低。 e、内压缩膨胀空气进下塔流程和内压缩膨胀空气进上塔流程的主要差异在于膨胀空气进精馏塔的方式。当液体产量比例较小时,膨胀空气进上塔流程能耗低于膨胀空气进下塔流程,而当液体产量比例较大时,膨胀空气进下塔流程的能耗明显要优于膨胀空气进上塔流程。
大型空分设备定期检修是空分设备安全生产的重要保证,冷箱检修的安全工作、技术方案的制定和现场安装质量的控制至关重要。 冷箱检修首要工作就是对冷箱内珠光砂进行卸除,随着空分设备规模的不断增大,珠光砂卸除的工作量和危险性也越来越大。
随着社会经济的发展,空分设备呈大型化发展趋势,空分设备作为能耗大户,受国内环境保护和资源问题的影响,选择合理的压缩机驱动方式,对企业的发展和提高经济效益具有重大的意义。 目前,很多大型空分设备的压缩机都采用汽轮机驱动方式,工业汽轮机具有轴对称的高速旋转特点,因此运行平稳、磨损较小、连续运行时间较长。但汽轮机的安装和调试比较复杂,对供热、生产系统的要求较高,开停车过程较为繁琐,周期较长,并且一次性投资较大。 空分领域中,电机的启动方式主要有直接启动、电抗器启动、自耦变启动和LCI软启动。大型空分设备中,压缩机组常采用的电机启动方式为自耦变启动和LCI软启动。自耦变启动相对LCI而言,对电网和电机的冲击更大,但是系统结构比较简单并且造价相对较低。LCI软启动对电网的冲击非常小,同时可减轻对电机的瞬间大电流冲击,充分保护电机。但是启动较为复杂,造价相对较高。 根据目前蒸汽和电价的水平,从能耗的角度来比较,汽轮机驱动占据一定优势。但能耗的高低较终取决于蒸汽和电的价格水平,如果电价进一步下降或者蒸汽价格上升,则电机驱动的能耗将低于汽轮机驱动的能耗。 大型空分设备压缩机组采用汽轮机驱动的投资明显高于电机驱动,但是在常规的蒸汽和电的价格水平下并从设备长期运行考虑,汽轮机驱动的能耗费用相对较低。一旦蒸汽和电的价格超过能耗的平衡点,那么对于大型空分设备来说,电机驱动将具有更大的竞争力。
氩气是广泛应用于工业各领域的稀有气体,用作不锈钢、铝等金属电弧焊接保护气和钢铁、铝、钛、锆等金属的冶炼吹除气体,用于照明技术和日光灯的填充,工业电子也用氩气作为保护气。氩气在空气中的含量为0.932%,在空分装置中,一般可将加工空气中30%-50%的氩作为产品获得,随着制氩技术的提高及先进的空分工艺流程和操作方法的改进,现在已将氩的提取率提高到80%以上。
在空分设备事故中,因主冷引起的爆炸在所有事故中,约占一半以上,这是因为在加工空气中,所有未清除彻底的杂质,较后都会汇集在主冷液氧中,由于液氧的气化作用,这些杂质在某些区域形成高浓度聚集,并形成结晶后析出,在氧的助燃下,产生爆炸,对企业的生产运行和员工人身安全造成极大的危害。下面,我们对事故发生的原因进行综合分析并找出有效防止主冷爆炸的防范措施和方法。 碳原子数相等的碳氢化合物随未饱和度的增加,危险性相对也会增加;而碳原子数不等的碳氢化合物,随碳原子数增多而危险性相对增加。碳氢化合物在主冷液氧中聚集量,和它们的沸点成正比、和在液氧中的溶解度及饱和蒸气压成反比。 主冷液氧中的碳氢化合物有两种聚集形式:一是由于主冷结构原因形成的局部不畅通,造成局部液氧干蒸发而使碳氢化合物析出,二是未经彻底净化的空气进入冷箱参与精馏,微量的碳氢化合物未经充分循环和吸附而在液氧中整体超标。另外,低液面操作或液面大幅度波动都能使液氧中有害杂质析出并聚集。
       在空分设备中主换热器是保证整套设备性能的关键设备。主换热器在分子筛预净化流程空分设备中的作用是通过回收返流气体的冷量,保证热端温差保持在设计值,为膨胀机提供足够的机前状态的膨胀机气体,弥补设备的冷量损失,并为下塔提供设计工况下的原料气体。下面简要介绍一下影响主换热器热端温差的几个因素;       1、分子筛吸附器性能:当分子筛吸附器存在分子筛填充量不足、床层不平、分子筛因再生不彻底而造成吸附性能差等外在原因造成空气短路,因制造原因造成分子筛泄漏等因素,都将造成主换热器的热端温差及阻力上升。       2、膨胀机效率:膨胀空气出主换热器的压力、温度、流量等参数都是主换热器设计时的给定值,如果膨胀机出主换热器的状态正常,而膨胀机后温度高于设计值,如果用增加膨胀量的手段维持空分设备运行,会使主换热器的热端温差越来越大,导致空分运行工况破坏,无法正常运行。检修膨胀机,是解决主换热器热端温差大的较常用方法。       ...
粗氩塔的原料气及冷源来自主塔又返回主塔,所以粗氩塔与主塔是密切相关、互相影响的。粗氩塔的投入需有以下条件:1)主塔工况稳定;2)氧、氮产品的产量和质量接近或达到正常值;3)氩馏分的含氩量接近正常;4)主冷液位较高,有充足的冷量。粗氩塔投入过程中,首先引出氩馏分预冷粗氩塔,然后逐渐将液空送入粗氩冷凝器。随着粗氩塔的冷却,粗氩塔逐渐建立起精馏工况。其标志是粗氩塔的阻力、粗氩的纯度、氩馏分的取出量不断增加,直至达到正常指标。开始时,主冷液位可能略有下降,随着粗氩塔精馏的建立,主冷液位将会恢复。操作时应注意以下问题:1)氩在上塔的富集情况不是固定不变的,氧、氮产品纯度变化时,氩在上塔的分布将发生变化,氩馏分的组成也随之改变。氧纯度的变化对氩馏分组成的影响比较敏感,氧纯度变化0.1%,氩馏分的氩含量将变化0.8%~1%。氧纯度提高,富氩区将上移,馏分的含氩量下降。因此,应保持适宜的氧纯度,并保持稳定,以获得含氩量较高的馏分气;2)主冷液位的波动也会影响馏分的组成和取出量。经验表明,主冷液位波动为5~10cm,粗氩塔就会出现明显的反映;3)防止粗氩冷凝器发生氩冻结。由于操作调节不当,液空温度过低,冷凝器温差增大,就会在冷凝表面有氩固化。这时冷凝量减少,氩馏分的组成以及主塔提馏段的回流比都将改变,破坏了主塔的精馏。出现这种情况应首先停止粗氩塔的工作,提高粗氩冷凝器的温度。待解冻后重新逐渐将粗氩塔投入;4)注意馏分中的氮含量。当氮含量超过0.1%时不但会使馏分的冷凝困难,还会使粗氩的氮含量增高,影响精氩塔的工作。因此,馏分中的氮含量一般不得大于0.01%。总之,粗氩塔的投入的操作应该是逐渐增加粗氩冷凝器的负荷,过快的操作将适得其反,使整个系统发生波动。
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