纯化系统优化运行分析探讨

来源:用户上传      作者:

　　【摘要】本文从空分装置纯化系统的作用原理及其效率影响因素入手，结合胜利石化空分装置纯化系统近年来运行出现的问题，对纯化系统的优化改造进行分析总结。
　　【关键词】空分装置  纯化系统  再生  优化
　　纯化是空分装置中重要的生产过程，是空气压缩后、膨胀制冷和精馏前的重要环节。而纯化系统的作用就是通过清除这些杂质来净化空气，从而降低事故的风险。
　　一、纯化系统工作原理
　　空分装置的纯化系统由两台冷干机、两台分子筛吸附器及分子筛再生加热炉组成。压缩空气经冷干机除去大部分水份后进入分子筛纯化器，分子筛吸附器用13X型分子筛作吸附剂，把空气中所含的水分、二氧化碳和乙炔等杂质分离出来，杂质浓聚在吸附剂的表面。两组吸附器交替运行，每8小时切换一次，一组工作一组再生，再生气由加热炉加热后进入待再生的一组吸附器，对分子筛进行加热再生，将杂质排出，从而达到净化的目的。
　　二、纯化系统运行的影响因素
　　（1）吸附温度。在相同的被吸组分的压力下，吸附容量随温度的升高而减少;而在相同的温度下，吸附容量随被吸组分分压力的增加而增加。但它也有一个限度。因此，应尽量降低吸附过程的温度，以提高吸附效果。
　　（2）吸附剂的再生完善程度。再生温度是吸附剂对吸附组分的吸附容量等于零的温度，这时已完全解吸，即被吸附组分从吸附剂中被赶走，吸附剂恢复了吸附能力。再生解吸越彻底，吸附容量就越大，反之就越小。
　　（3）分子筛吸附器作为纯化系统中最关键的设备，在一定程度上可以说分子筛的寿命决定整个空分装置的运行周期。结合胜利石化空分装置生产近几年的运行状况看，其中切换时的压力波动是最容易发生，同时也是对分子筛寿命影响较大的。所以尽可能避免或减少因压力波动对分子筛的冲击破坏，延长分子筛的使用寿命。
　　四、案例分析
　　（一）冷干机组异常影响吸附温度、湿度
　　2017年二季度，加热炉加温时间逐渐延长趋势，空气进纯化器温度升高。由于夏季高温高湿环境，通过检查发现冷干机疏水阀凝结水排放量并不多，且比较冷干机组近6个月以来的运行数据发现，其关键参数蒸发温度逐渐升高，已接近上限值，对应露点温度升高已接近10℃。由此判断冷干机组运行出现问题，制冷量不足，脱水效果差，从而导致进入吸附器的空气水分较多且温度较高，严重影响了吸附效果，进而造成加热炉加温时间延长。
　　车间立刻对运行冷干机制冷剂进行补充，并调整蒸发压力，对备用冷干机进行全面维护，清洗冷凝器，添加制冷剂。通过对两台冷干机组进行维修调整后，蒸发压力都降至0.4MPa左右，蒸发温度在2℃左右。0.7MPa 的压缩空气在 10℃露点时含湿量是1.48 g/m3，在 2℃露点时的含湿量可降至 0.82g/m3。加熱炉加温时间延长得到有效改善。
　　（二）加热炉的时间调整，影响分子筛的再生完善程度
　　纯化器内分子筛的再生过程是，再生气通过加热炉加热后送入需再生的一组吸附器，带走分子筛吸附的水分等杂质。当出口温度达到设定温度后停加热炉，随后进入冷吹阶段，直到另一组工作的吸附器到达再生时间后，在切换至工作状态，另一组再生。为确保分子筛再生效果，原再生停止温度提为150℃，这样纯化器入口温度达到300℃，（且再生时间在4小时）。此措施虽然达到了再生彻底的目的，但由于球阀密封面材料耐高温程度有限，使其寿命降低，密封能力下降。高温也使部分分子筛性质发生改变，强度降低，易破损，造成整体吸附容量下降。再生温度控制指标过高，也使加热时间过长，压缩了冷吹时间，造成分子筛冷吹不彻底，工作温度过高，降低了吸附效率。
　　通过分析，停用一组36KW小功率加热炉，同时再生停炉温度由150℃逐步降低到105℃。一个周期8小时，除去切换时间0.5小时，再生时间控制在3.5小时之内，冷吹时间4小时，确保分子筛再生完善，冷吹彻底。
　　（三）降低吸附器切换压力波动影响，对装置平稳运行有重大意义
　　以“A”组工作，“B”组再生为例作流程介绍：各阀位如下，201、203、206、208打开，其它关闭。压缩空气经201进入“A”组纯化器，空气通过时，其中的水、二氧化碳、乙炔等对杂质被吸附清除，洁净的空气从203流出到分馏塔系统进行深冷分离;从分馏塔来的再生气体经过加热炉升温后通过206进“B”组，经208阀排出，对“B”组进行加温再生，清除分子筛吸附的杂质。
　　切换过程要求尽量压力平稳，减小对分子筛的冲击破坏。但在实际生产中完全消除泄露困难较大。由于球阀的密封材料是聚四氟乙烯，长时间工作在再生气体的高温下，加上粉尘的摩擦，密封面难免会发生损坏，从而发生泄漏。而空分的生产过程是连续性的，更换阀门的工时较长，如果停工会影响其他生产装置的运行。
　　通过实际操作发现，发生泄漏的主要是207、208，在均压结束关闭209后，部分气体通过207或208的泄露面排入大气，从而造成均压后压力下降切换过程压力的剧烈波动。因为泄漏量不是很大，完全可以通过更改209阀在纯化器切换中的时序，消除切换时因阀门泄露造成的压力波动。操作方法是：均压时间结束后不关 209 ，使它仍然处于充压状态，当 202、204 打开后（18'），在关 201、203 之前（18'15"）关闭209（时序 18'05"）。由于209处于开启状态，“B”组的泄漏量由209继续补充，两罐压力能保持平衡，完全可以实现无波动的切换过程。通过此阀门控制时序的调整，消除了压力波动对分子筛的冲击破坏，延长了分子筛、球阀的更换周期，同样也减少因分子筛吸附能力的下降造成空分装置碳氢化合物超标，减少因非计划停工造成生产损耗，延长了整个空分装置的运行周期。
　　五、结束语
　　根据以上案例分析，总结出纯化系统日常生产中需加强关注的环节：冷干机组的排凝情况及主要参数变化、加热炉的加温时间与温度、吸附器切换时的阀门开启等，由此来控制纯化系统效率的吸附温度、再生完善程度和分子筛使用寿命，最大程度的优化纯化效率，保证纯化系统长期、高效、平稳运行。
　　参考文献：
　　[1]北京钢铁学制氧教研组编.制氧工问答[J].北京：冶金工业出版社，1978.
　　[2]张祉祜，石秉三主编.低温技术原理与装置[J].北京：机械工业出版社，1987.
　　[3]机械工业部统编.制氧工操作技能与考核[J].北京：机械工业出版社，1996.
　　[4]杭州氧机研究所[J].深冷技术，1987～2000.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-15205937.htm