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空分后备系统运行及整改措施

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：马晶

[导读] 摘要：随着社会的快速发展，作为液氧液氮加压汽化系统，空分后备系统在空分停车状况下仍能持续供应O2和N2，在维持系统稳定、安全运行的同时，还能推动下游工艺装置生产工作顺利运行。

        身份证号码：22018219900619xxxx
        江苏斯尔邦石化有限公司
        摘要：随着社会的快速发展，作为液氧液氮加压汽化系统，空分后备系统在空分停车状况下仍能持续供应O2和N2，在维持系统稳定、安全运行的同时，还能推动下游工艺装置生产工作顺利运行。为最大限度地发挥出空分后备系统的价值，实现公司经济效益和社会效益的有机统一，在分析空分后备系统运行的基础上，列出了后备系统运行中存在的问题以及解决方案和整改措施，为空分后备系统的不断完善提供相关理论参考。
        关键词：空分后备系统运行；整改措施
        引言
        随着我国冶金及化工行业的快速发展，需要大量的氧气、氮气、氩气作为生产用气，所以，需要建设相应的大型空分装置。作为原料气的供应装置，空分装置的供气可靠性直接影响其用气生产厂的正常运行，所以，为了保证其用气生产厂的稳定正常运行，不致于因空分装置的故障停车，直接导致下游装置停车，通常在空分装置内，要根据其下游客户用气的要求，设立后备储存系统，以便在空分装置事故停车时也能在一定时间内保证其下游客户的用气，同时，空分装置可以在后备系统运行的这段时间内排除故障，恢复装置正常供气；但是，后备系统供气的持续时间的确定要综合考虑到用户的要求和后备系统的投资费用问题。只有这样才能保证后备系统的设立既投资少又能满足用户要求。在装置停车时后备系统能自动启动提供持续的氧气和氮气产品，后备系统要设计成任何时间都能维持产品压力的系统。
        1空分后备系统概述
        大型空分装置作为全厂的公用气体，为下游工艺装置提供O2、N2，目的就是，保证后续装置的生产，要求供应气体压力稳定，持续供应。气体的供需不平衡会造成系统工况波动，严重的会引起后续装置跳车，损坏机器设备，给公司造成经济损失，因此，对空分装置来说后备系统非常必要。后备系统可以将储罐内低温液体加压气化送入管网供下游装置使用，起到缓冲、稳定管网压力的作用。
        2空分后备系统运行及整改措施
        2.1液氧内压缩泵和后备泵共用
        近些年来对后备系统的响应时间有了更高的要求，不少内压缩流程空分项目采用液氧内压缩泵和后备泵共用的流程配置方案。此方案的优点是在空分设备停车时，液氧泵无需停转和额外冷却、惰转、加载，提高了可靠性，并且节省了液氧泵的投资。在膨胀机跳车时仍能通过抽取贮槽中的液氧送入主换热器汽化而维持空分设备运行，无需液氮返注。但是由于受汽化器启动时间限制，要做到无缝对接仍需配置高压氧气缓冲罐。由于内压缩液氧泵放置于后备区，此方案需要长距离大口径真空液氧管线连接至主换热器，正常运行时相应贮槽和管线的闪蒸损失也会加大。由于液氧先进入贮槽，为降低汽化率，液氧需过冷，所以需要更大的过冷器；在液氧纯度不达标时也需要放空全部的液氧，因此排液蒸发器也需加大；同时需要配置更复杂的电气和控制系统。首次开车时，需要大量液氧充入贮槽，较为费时。此外，贮槽和相应后备系统失效将会影响空分设备主体的运行工况。对于有多套空分设备的气体项目，此配置方案可共享1组贮槽和后备泵，节省了较多内压缩泵的投资，具有一定的经济性。
        2.2低压液氮泵回流阀堵塞
        下游装置对气体的需求量不是一成不变的，而是根据实际用量起伏波动。因此，低温泵运行过程中，要调整液体流量来调节气量，N2供下游装置的量要做增量或减量操作，需要调节回流阀来控制流量。空分跳车，低压液氮泵外送30000Nm³/h的低压氮气，由于外网对氮气需求量波动大，液氮泵气缚打不上量，打开泵体导淋排气，重新加载泵频率提高出口压力，经检查泵的回流阀被堵塞，无论回流阀开度增大还是减小，出口压力始终不变，所以，当外网用氮量波动较大时，容易造成低温泵气缚。关闭回流阀截止阀，检修回流阀，重新安装，启动低温液氮泵，调节回流阀开度，观察泵的出口压力变化情况。外网对气体需求量发生变化时，通过设定出口压力调节回流阀开度进而调节气体量，使气缚不再发生。

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        2.3液氧水浴式汽化器
        水浴式汽化器是利用蒸汽加热水，水再加热盘管内的液氧，使其完全气化并达到一定温度的换热设备。汽化器采用水温自动控制原理，使汽化器内水温控制在60～70℃。水浴式汽化器还配置热水循环泵，防止当液氧进入时汽化器内局部水温骤降。水浴式汽化器设有溢流口，为防止虹吸，溢流管线上开放气口。汽化器出口的氧气管线设有低温报警联锁，保证汽化器出口的氧气温度不低于0℃。汽化器出口设置不少于20m的低温不锈钢管线。汽化器配置就地液位计，防止液位过低。
        2.4液氮储槽卸车管线口加装紧急切断阀
        管道介质是低温液氧或者液氮，在装卸液氧液氮过程中，由于操作失误或者大意，管道接口出现拉断情况，则会出现管道破裂、介质泄漏等问题。当管道两端出现拉力时，管道的弱点必然会随着拉力的增加而出现，这种脆弱达到一定程度之后可能会导致管道发生一定程度的破裂。不管是小孔、中孔还是大孔破裂，这种破裂方式都会导致物料的泄散，这是十分危险的，尤其是物料本身具有可燃等特性的时候。故加装一紧急切断阀来保护管道、防止介质泄漏，这种阀门的工作原理是：当安装在管线中的紧急切断阀承受一定拉力时，这种阀门会自动断开，这样对该阀门两侧的管道进行一定程度的控制，阻断管道介质的泄漏，而且能够有效保证管线的健康与安全，甚至能够延长管线的使用寿命，还能够保护人们的生命健康和财产安全。
        2.5供氧的控制方案
        在空分装置正常运行时，液氧泵处于非运行状态；液氧泵入口阀（V01）、放空阀（V02）、液氧泵出口阀门（V03）为常关状态，汽化器入口切断阀门（V04）为常开状态，液氧进水浴式汽化器控制阀（PV01）和氧气压力控制阀（PV02）均处于关闭状态。当空分故障，氧气管网压力低于PV02的设定值（表压）2.4MPa时，PV02打开，同时PV01根据PV02阀位反馈的开启状态也同时打开。液氧真空罐中的带压液氧通过V04进入水浴式汽化器汽化后，补充管网系统，稳定管网压力。50m3液氧真空罐可维持2.4h的用氧时间，此时开始准备启动液氧泵，经吹扫、预冷、启动，液氧泵压力稳定后，系统内带压液氧由液氧泵来供给。由于原空分的液氧贮槽的容积为100m³，减去经预冷液氧泵的约2h的时间，维持氧气管网时间约为3h，若空分故障还未排除，可通过槽车对液氧贮槽进行补充。为了满足水浴式汽化器的投用和PV01的开启时所需的时间，设置了氧气缓冲罐，当PV02开启后，氧气缓冲罐可维持1.3min的供氧时间来保证后备系统能够正常投用。
        2.6空分装置断电跳车
        空分装置遇到断电跳车，所有设备都停止运转，立即开启压力为0.8MPa的50m³中压液氮储罐TK303，通过空气汽化器气化液氮向下游装置供气，由于储罐体积有限，只能维持向外供气体20min，20min之内电力不恢复，下游装置只能退料停车，也会造成较大的经济损失，所以，后备系统只增设中压储罐还是有缺陷，不能彻底根除问题，会给公司带来巨大的经济损失。因此，对后备系统做出整改措施，增设一发电机给后备系统低温泵和汽化器循环泵提供电力，这样就可以持续性地向下游装置供气。
        结语
        建立完整的后备系统，保证后备系统可靠、稳定、安全运行，就是保证后续工艺装置的生产运行。后备系统的动、静设备都处于备用状态，要随时做好投用准备，所以，平时要对后备系统加强巡检检查，做好动静设备、阀门的维护，始终保证后备系统处于工作状态。后备系统不仅提高了空分装置的可靠性，也为公司降低了生产成本，创造了巨大的经济效益。
        参考文献：
        [1]　吕挺锋.大型化工型内压缩流程空分设备新工艺的研制与发展.杭氧科技，2012，（2）.
        [2]　毛绍融.现代空分设备技术与操作原理.杭州：杭州出版社，2015.
        [3]　李化志.制氧技术[M].北京：冶金工业出版社，2011.