空分装置长周期安全运行的改进措施.docx
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空分装置长周期安全运行的改进措施
空分装置长周期安全运行的改进措施
1装置概况
中油集团抚顺乙烯化工有限公司乙二醇车间空分装置,原设计使用法国空气液化公司的专利技术,采用全低压流程、常温分子筛吸附净化、透平膨胀机制冷、DCS控制,生产高纯氧、高纯氮的气、液产品,氧氮产量均为6000m3/h,于1991年投产;1997年5月16日发牛上冷爆炸事故后,于1997年日月重建,静设备(包括分馏塔,主换热器、主冷凝蒸发器、过冷器、液氧吸附器等)采用河南开封空分集团有限公司设计制造,动设备除膨胀机外,其余动、静设备仍为原法液空设备,另增加了台美国约克公司制造的冷冻机,高纯氧产量不变,高纯氮产量则提高到13000m3/h(设计值),于1997年11月8日产出合格产品,达到了次开车成功;但自投产以来,因主换热器堵塞造成运行周期短,到2000年5月装置大检修时,才彻底解决了这一问题。
2解决制约空分装置长周期运行的瓶颈
2.1分析制约空分设备长周期运行的主要原因
空分装置运行周期是指制氧机连续正常运行的时间,其长短是衡量装置运行状态和经济性能的重要指标之一。
由于本空分装置的动设备除膨胀机外,全部为进口设备,运行状况良好,维护量小,但多次因主换热器堵塞造成运行周期短的问题一直困扰我们的生产,原法液空装置运行周期一般为七个月,分析原因主要是由于C02和水分的冻堵造成的,为此,在重建时降低了进纯化器的空气温度,对纯化器中的分子筛和铝胶量进行了调整,每只纯化揣的分子筛量比原来多装了1.4吨,铝胶少装了15吨、但是开工后,多次因主换热器堵塞而被迫停车处理,运行周期最多不超过100大,是什么原因造成主换热器堵塞的呢?
1.机械杂质、分子筛粉末等异物堵塞
从每个运行周期的分子筛山u与分馏塔下塔的压力差值看,一般都是从8kPa左右渐渐上涨到50kPa左右,如图1,从分广筛出口采样点排放观察未见分子筛粉末等杂物,停车大加温吹除时,打开各排放阀也不见机械杂质、分子筛粉末等异物,开车积液后,从下塔底部排出液空看,电无机械杂质、分子筛粉末等异物,因此,主换热器堵塞是机械杂质、分子筛粉末等异物造成的可能性可初步排出。
2.纯化器对水分的吸附效果不好
对纯化器出门的空气进行采样分析,工作初期露点都低于—65℃,工作末期大部分时间在—63℃,有时在—60℃左右,我们进行了多个运行周期的跟踪分析,整个周期的露点均在—63℃以下,说明水分进入分子筛的可能性很小。
3.纯化器对C02的吸附效果不好
在纯化器出口有C02在线分析仪,时刻监测空气进主换热器中C02含量,纯化器B使用时,出口C02含量始终小于O.2×10-6,纯化器A使用时,初期出口C02为O.2×10-6,中期上涨到(1.1~1.2)×10-6,尽管在允许:
范围之内,但我们仍怀疑主换热器的堵塞极有可能是C02的冻堵造成的,问题出现在纯化器本身,或是分子筛有问题。
2.2纯化器的工作情况
分子筛纯化系统是空分装置中的关键部位,它承担着吸附空气中的水分,二氧化碳,碳氢化合物等杂质的重任,其吸附性能的好坏直接影响装置的长期、安全运行。
1.从理论上分析吸附过程的特点
(1)吸附平衡
当吸附了一定量的气体之后,吸附速度将逐渐减小,另一方面,被吸附的气体由于热运行会发生脱附,脱附速度随被吸附量的增加而增大,在一定温度和压力厂,当脱附速度和吸附速度相等时,便达到了吸附平衡。
(2)吸附过程简述
气体进入吸附器后,吸附质首先在靠近纯化器入口端的吸附剂上被吸附,并渐渐趋于饱和,达到饱和的区域称为吸附平衡区,在平衡区以下是在进行吸附的传质区,传质区以下是未吸附区,继续进气,纯化器传质区逐渐下移,木吸附区相应减少,当传质区的前缘刚达到吸附剂的出口时,出口气体中的吸附质浓度尚未增加,此点称转效点,到达转效点所需的时间为转效时间(即穿透时间),也就是纯化器的工作时间。
(3)吸附剂的再生
再生是吸附的逆过程,对吸附来说,温度越低,压力越高,则吸附量越人,对吸附有利;再生则温度越高,压力越低,对再牛越有利,再生效果越好。
吸附剂的再生主要是采用低压干燥气体(如污氮气,氮气等)作为再生气源,通过加热,冷吹过程使被吸附的吸附质解吸出来,恢复吸附剂的吸附能力。
2.本装置分子筛的工作情况
本装置分子筛采用上海UOP生产13X—APG型分子筛,它对H20、C02、C2H2有很强的亲和力,这种亲和力的顺序是H20>C2H2>C02,使用铝胶为法国空气液化公司生产;的活性氧化铝,吸水性能较好。
分子筛使用周期为250分钟,进气温度在10~15℃,工作厄/J为500kPa左右,设汁气量为31500m3/h,再生气为污氮气,再生过程由电加热器将污氮气加热刊18O~200℃,加热时间70分钟,冷吹时间九145分钟,压力为9kPa,流量为7000m3/h。
为了保证纯化器的工况稳定,设计时必须使具吸附能力Q吸大于被吸附气体的吸附质总含量Q质,即Q吸>Q质,本装置纯化器的设计处理气量为31500m3/h,大于正常工作时的装置最大进气量29500m3/h,吸附时间不变,气体中吸附质的含量不变,即实际被吸附气体的吸附质总量Q实远小于Q吸,即Q吸>Q实。
如果分子筛工作正常,则纯化器出口C02含量不会上涨,在整个周期应是基本趋于稳定的。
而在A床使用时出现以C02含量的上涨,上涨的时间点并不固定,但均在使用2小时之内开始上涨,上涨的趋势如。
如果分子筛再生不彻底,其C02含量上涨时间应在使用的中后期,从趋势图分析看,分子筛某一区域有问题或是纯化器有内漏的刊能性要大一—些,为此,我们进行了以下工作:
(1)分子筛的质量分析
我们从A床分子筛的最上层均匀地采用分子筛样品,分别送大连物理化学研究所和上海UOP进行检验,证明分子筛各项指标均合格,不存在质量问题。
(2)分子筛装填的检查
我们在分子筛初次装填后,按要求进行了特殊再生;一年后,打开装填孔观察,发现分子筛装填表面平整,无冲击现象,估计铝胶利分子筛隔网完好,不可能混合,在2000年5月拆卸过程中证明了这一点。
(3)分子筛再生参数的调整
由于原法国液空有限公司设计进纯化器空气温度较高,在1997年重建时,新上一台冷冻机组,降低了进纯化器空气的温度,刘纯化器中分子筛和铝胶的装填量进行厂改变,铝胶仍用法液空生产的,由原来每只吸附器5.7吨下凋刊3.2吨,分子筛用上海UOP生产的13X—APG,1/16",由每只吸附器7吨上调到8.4吨,使川周期,再生过程各参数没作改变;运行几个月后,出现主换热器堵塞现象,可能对分广筛再生不够好,调整部分再生参数,再牛气量由原来的6400m3/h上调到7000m3/h,再生过程中,加热时间由原来的60分钟上凋到70分钟,冷吹时间由原来的155分钟下调到145分钟,其余参数不变;经几个周期的运行,再生结束时,分子筛床层温度不高,满足操作要求,同时更有效地保证分子筛的再生。
完成以上的工作后,我们经过反复地讨论研究,认为其原因只能是纯化器存在内漏;由于纯化器采用内保温,在对内保温壁进行焊接时,可能存在漏点,另外也可能是中心管泄漏,这样造成部分空气没经过铝胶和分子筛吸附就直接进入主换热器,使纯化器出口C02含量卜涨,从而造成主换热器快速堵塞,影响长周期运行。
在2000年5月空分装置大检修期间。
扒出分子筛和铝胶查漏,在两个纯化器的内保温壁上分别查出了大小不等的几个漏点,在公司领导的果断决策下,对内保温壁采用氩弧焊,进行满焊处理。
100%探伤检查。
漏点消除后,纯化器出口空气中C02含量由原来的1.2×10-6下降至0.1×10-6,大大降低了C02在主换热器上冻结的可能性,使空分装置的运行周期由原来的100天延长到现在的620天以上。
3本装置安全措施的改进
为了吸取空分装置爆炸的教训,根据我装置的实际情况,在重建窄分设备L新增了一系列安全措施。
3.1原料空气质量监测
空分装置生产的原料是大气,大气的质量好坏直接关系着主冷液氧中烃类含量,由于我公司空分设备建在装置区内,有三面被化工装置近距离包围,这样刘大气的监测显得十分重要,因此,我们采取了以下三项措施:
(1)对大气质量每周分析一次,大气质量指标见表1,从近几年的分析看,大气中的CH4,C2H4含量较高,曾多次超过人气质量指标要求,其余各项指标均正常。
(2)设风向标,根据风门变化和当时的大气质量情况进行操作调整。
(3)制定“周围装置紧急排放制度”,依据具体情况对空分进行操作。
表1大气质量指标
烃类物质
控制指标
甲烷
3.0×10-6
乙烷
0.1×10-6
乙烯
1.0×10-6
乙炔
0.5×10-6
丙烯
0.1×10-6
丙烷
0.1×10-6
碳4
0.1×10-6
总烃
8.0×10-6
氮氧化物
1.0×10-6
二氧化碳
<350×10-6
机械杂质
<30mg/m3
3.2空气净化
(1)对空冷塔的用水进行水质分析,确保用水洁净、无油,水质分析见表2,其中COD、PH值每班分析一次,油、悬浮物每天分析一次。
表2水质分析指标
项目
控制指标
油含量,mg/L
<5
悬浮物,mg/L
<50
COD,mg/L
<50
PH值
7.0~8.0
(2)增加一台制冷机组,确保空气进纯化器温度由原来的18℃左右下降到10℃左右。
(3)适当增加分子筛量,由于进入纯化器的空气温度降低,其含水量随之降低,可适当减少铝胶;分子筛量的增加,则增强了对烃类及C02的吸附,减少烃类及C02带入冷箱系统。
(4)纯化器出口C02在线分析仪更新,准确地监测进冷箱空气中C02含量的变化情况,一旦C02通过吸附层,则N2O、C3H8、C2H4将被解吸而进入冷箱系统。
(5)纯化器出口空气露点进行离线分析,每班一次。
3.3空气深冷分离
空气分离部分最易发生爆炸危险的应是主冷凝蒸发器,因此,我们对其采取了以下措施:
(1)主冷凝蒸发器结构设计为防爆型。
(2)采取全浸式操作,控制主冷液位在90%~94%,使主冷凝器蒸发器基本全浸入液氧中,防止烃类析出,减少发生爆炸的危险性。
(3)增设了连续的1%液氧排放,使主冷液氧始终保持部分更新,防止烃类的聚集。
(4)增大液氧吸附器的能力,硅胶由原来的150升增加到650升,大大增加了液氧中炔烃和极性有机物的脱除能力,并定期再生,实施工作票制度,严格再生管理。
(5)加速主冷液氧循环,防止烃类聚集。
(6)建立了在线八组分分析仪,700秒一组数据,可随时监测液氧中烃类的变化,并有离线直接法和浓缩法两种形式的色谱分析,每班一次;这样三种形式对比,更准确地掌握厂液氧小的烃类动态,发现液氧中的烃类含量上升,立即排放液氧,确保了装置的安全运行。
(7)每周分析一次主冷液氧中的汕及氮氧化合物。
尽管我们在安全方面做了很大的改进,采取了一些有效的措施,但是随着运行周期的延长,我们很清楚地意识到:
动静设备的事故率会上升,装置的安全隐患将会增加,必须从技术的角度研究深层次的安全问题;
首先,我们一直坚持每季一次的安全评价工作,全而了解装置的综合危险程度,从而达到消除隐患、消灭安全上的管理漏洞,使装置真正达到本质安全型;
其次,认真做好主冷液氧中烃类物质的分析比较工作,每天我们都将离线直接法、离线浓缩法、在线分析法的三种结果通过计算机作图等手段进行分析比较,找出烃类物质随周围环境变化而增加或降低的规律,指导牛产,提前采取加大液氧排放等手段,确保液氧中烃类不超标;
第三,加强液氧吸附器再生前后的分析比较工作,灵活掌握其再生时间,发挥其最佳吸附能力;
第四,在线多次处理纯化器系统的切换阀关不严的问题,甚至几次在线更换纯化器系统的切换阀门。
第五,强化培训,提高员工的技术素质,加强事故预演训练,成功地避免了一次因仪表故障,空分所有调节阀失控的重大恶性事故的发生。
在各有关部门的协助下,经过车间不懈的努力,运用科学的管理方法,探挖装置潜力,加快技术改造,在既无备套空分,又无备用机组(除两台备用水泵和一台备用膨胀机外)的情况下,将原来的3个月运行周期延长至今的21个月以上的长周期安全运行,保证了合格氧、氮产品的连续外供,适应厂企业的发展要求,确立了向抚顺石化分公司东部各厂供氮的中心地位。