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纯化系统优化运行分析探讨

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  【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:
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  [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.
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