彭 伟

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 718500）

陕西延长中煤榆林能源化工有限公司主装置配套的2套空分装置型号为KDON42000／31000，采用汽轮机驱动，运用了空气压缩和增压一体机组、常温分子筛空气净化、液氧内压缩、下塔抽取压力氮、中压增压透平膨胀机、膨胀空气进下塔、规整填料精馏塔等先进的空分单元技术，并采用PLC、DCS（横河）和ITCC（康吉森）过程控制系统完成空分装置以及压缩机组的监控。空分装置在试生产以及后来的生产中出现过一些问题，我们采取了相应的措施。现总结如下。

1 空分装置的流程特点及产品指标

1.1 流程特点

（1）空气过滤器采用了粗滤和精滤双层过滤，过滤精度达到H12（过滤效率＞99.5%，尘埃直径＞0.5μm），过滤效率高；空气过滤器占地面积小、阻力低，可在线更换过滤器部件，安全可靠且操作维护方便。

（2）空气预冷系统利用污氮气的不饱和性及冷量，使循环水降温而获得冷冻水，降低系统能耗，提高系统运行的稳定性，同时也省去了冷水机组，减少了设备投资费用和维修费用。

（3）空冷塔和水冷塔均为填料塔，换热效果好，阻力小，操作弹性大，可确保空气的出口温度，而且空冷塔设置了除沫器（气液分离效率＞98%），能够避免雾状游离水被带入分子筛吸附器。空冷塔中的气流速度远小于液泛发生时的临界速度，能有效地防止液泛现象的发生。

（4）纯化系统采用立式径向流双床层，正常情况下污氮气通过蒸汽加热器进行普通再生，特殊情况下（如需活化时）再生气可通过串联特殊再生加热器（电加热器）进行彻底活化。

（5）冷箱系统中，中、低压塔采用规整填料，操作弹性（负荷）在75%～105%；低压塔底部液氧接触部位采用铜填料，能有效隔离主冷与易燃烧的铝填料，可有效遏制万一出现局部主冷点火事故的扩大化，提高装置运行的安全性。

（6）空分装置所需的大部分冷量通过高效透平膨胀机获得，膨胀机增压端对增压机出口空气进行增压，与高压换热器的返流气进行换热，这样可以不用一压到底（一次性完成加压操作，而非多级层层加压）的增压机，有利于机组的稳定运行和节能降耗。

1.2 产品指标（表1）

表1 42000m3／h空分装置的产品指标

2 试车中出现的问题及应对措施

2.1 疏水膨胀箱液位高高联锁造成汽轮机跳车

试车过程中，二阶暖机时疏水膨胀箱液位高高联锁造成汽轮机跳车，起初怀疑是疏水泵（P88A／B）入口过滤器堵导致疏水泵不打量，于是清理了泵入口过滤器，再次开启机组，并提前手动将疏水膨胀箱液位降低，在机组转速过临界的过程中，手动将备用疏水泵开启，保持双泵运行，降低疏水膨胀箱液位，但在机组转速升至额定转速约1min后，仍然出现疏水膨胀箱液位高高联锁跳车。后经分析认为其原因是：疏水泵入口管线上没有排气管道，运行中系统漏入的空气造成了疏水泵气缚；另外，冷凝水的温度较高，也易造成疏水泵汽蚀。确认原因后，我们在疏水泵的入口管线上增设了排气管道，接至疏水膨胀箱内。整改后，机组重启，顺利通过各阶暖机至额定转速，运行正常。

2.2 分子筛CO2穿透致膨胀机过滤器冰堵

空分装置水冷塔系统工艺流程如图1。试车过程中，发生过膨胀机转速一直下降无法控制而不得不人为停车的事故。事故经过如下：空分裸冷时，由于进空冷塔气量增加，加之循环水温度高，出空冷塔空气温度升至18℃，操作人员确认出高压换热器污氮气进水冷塔阀（PV1626A）关闭后稍开空冷塔出口空气阀（HCV1023，其作用是开车时代替污氮气），让从空冷塔出来的空气经过节流后送往水冷塔，通过加大进水冷塔气量来降低低温水的温度，使出空冷塔空气温度降至14℃；空分裸冷至膨胀机前温度达－80℃时，膨胀机前压力降低，膨胀机转速逐步降低且波动，最后被迫停车。

图1 水冷塔系统工艺流程简图

起初我们以为是管道吹扫不干净所致，拆检发现是分子筛穿透CO2（干冰）冰堵了膨胀机前过滤器，且过滤器吸瘪。后经分析认为，此次事故的主要原因有以下几点。

（1）之前由于CO2在线分析表缺少元件未能及时修复，一直指示满量程，裸冷前分子筛后CO2取样分析是在别的单位做的，分析结果为正常，冷箱内露点检测也正常，存在分子筛后CO2含量监控不到位的可能。

（2）之前PV1626A阀位不对，调校中改变了阀的开关反馈，反馈为关时，实际上为开。

（3）现场检查发现配管有问题，HCV1023来气与PV1626A来气同时接在出低压换热器污氮气进水冷塔阀（FV1626）这条管线上，并且这2条管线相对着在同一条直线上，如此一来节流后空气流速快，且当上塔压力波动（降低）时，一部分湿空气就会窜入再生气里，造成分子筛再生不合格。

事故发生后，仪表人员修复了CO2在线分析表，校对了PV1626A的开关状态，并且操作中做到只要开HCV1023必须确认PV1626A已关闭。整改后，空分裸冷以及冷冻系统开车，在很短的时间内就产出了合格的产品气。

3 运行中出现的问题及应对措施

3.1 分子筛纯化系统多次出现CO2穿透现象

由于环境空气质量差，尤其是吹西北风的时候，低温甲醇洗系统排放的CO2飘向空分压缩机吸入口，造成分子筛纯化系统多次出现CO2穿透现象。为此，生产中当分子筛程序处于冷吹阶段且距离冷吹结束时间小于20min时，我们会启动以下预案。

（1）当发现分子筛纯化系统出口CO2含量（AIT1293）超标时，及时点击“校验”，将CO2在线分析表联锁临时解除，并给出一个小于报警值的假值，该假值一般在（0.1～1.0）×10－6。

（2）人为（手动）干预分子筛顺控，进行切换（之后则按照正常顺控程序进行）。

（3）分子筛进入第4步“加热”阶段时，启动电加热器，一般启动2组，进行特殊再生。

（4）吸附器切换后，待分子筛出口CO2含量降至1×10－6时，再将CO2在线分析表联锁恢复，退出“校验”模式。

（5）在空分压缩机吸入口加装CO2在线分析仪，当空气中CO2含量超标时，操作人员能及时发现并按照本预案及时处理。

分子筛纯化系统的操作除制定了上述预案以外，我们据风向和空气分布图对低温甲醇洗系统CO2排放口进行了改造，将低温甲醇洗系统CO2排放口加高至160m；另外，利用大检修机会我们对纯化系统的分子筛进行了更换，更换的高效分子筛CO2吸附能力较原来的普通型分子筛提高20%以上。

3.2 夏季空冷器负荷高致系统负荷受到影响

夏季环境温度高，汽轮机乏汽空冷器（汽轮机乏汽空冷器有2个单元，每个单元为2列A型塔，每列A型塔配备3台风机，共6台风机）运行负荷高，造成汽轮机排汽压力高，空分装置负荷受到影响。据汽轮机乏汽空冷器运行参数以及环境温度，在风机和换热管束之间增设脱盐水喷雾降温系统，即每台风机安装4路DN32环形管，每路都有阀门可控，环形管上安装专用雾化喷头，遇夏季高温天气时，可根据汽轮机排汽压力的高低决定投用喷头的数量，这样既可保证空分装置满负荷运行，又可节约脱盐水。

3.3 液氮增产措施

氮气作为干燥气、置换气和密封气，其稳定供应对后系统的稳定运行至关重要，每次大检修或夏季生产时，氮气供应紧张而需外购。为此，我们优化了液氮增产的变工况操作，保证了氮气的供应。具体方案如下。

（1）在保证空分装置运行负荷的情况下，尽可能全开液氮产品采出阀（FV1630A）。

（2）循环水水温高时，污氮气尽可能进水冷塔，禁止打开低压换热器污氮气放空阀（PV1626C）。

（3）据增压机运行负荷，适时启动后备仪表空压机，减少增压机中抽仪表气量。

（4）据气体纯度情况降低主冷温差，适当关小精馏塔主冷凝蒸发器不凝气排放阀（HV1667A／B）。

（5）在膨胀机径向轴承温度（TI7913）允许的条件下，尽可能增加膨胀量。

（6）在保证全厂低压氮气用量的情况下，控制氮气不放空，增加液氮产量。

（7）严格控制高、低压换热器温差，避免温差大而造成冷损增加。

（8）液氧泵备用泵负荷降至5.0MPa以下，操作员须精心操作，严防主泵（在运液氧泵）异常，若有异常，备用泵迅速加负荷。

另外，在空分装置填平补齐项目中，将液氮贮槽容积增至5000m3，同时单套空分装置液氮产量增至2600m3／h，如此一来，在开车工况下单套空分装置氮气产量可达60000m3／h，2套空分装置开车工况下氮气总产量可达120000 m3／h（不包括后备氮气系统的60000m3／h），既保证了各工况下氮气的用量，又有部分液氮外销为公司创收。

4 尚待解决的问题

目前，空分装置运行中还存在循环水温度高、汽轮机轴承温度探头根部断线致DCS界面上显示为零、膨胀机径向轴承温度偏高等隐患，如何实现其稳产高产及长周期运行，还有大量的工作要做；另外，设备安装、设计缺陷还需不断修正或完善，操作人员操作水平还需不断提高。今后我们仍需不断摸索与总结，对装置持续进行优化改进，以实现空分装置的安、稳、长、满、优运行。