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空分装置长周期安全运行的改进措 施施 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