大型国产化空分装置的优化与应用

1、大型国产化空分装置的优化与应用鉴 定资料世林化工有限责任公司二 O 一三年五月目录一、 课题背景1二、研发的主要内容和目标 .3三、研发的过程.3四、技术创新点.4工作报告一、课题背景近年来， 随着中国经济持续稳定地增长， 冶金行业和化工行业对 氧气的需求量大幅度增加， 除了需要鼓风即吹入空气之外， 还需要供 应大量纯度为 99%以上的氧气。 工业对高纯度氧气的需求， 无法直接 从自然界直接汲取， 在电解法和分离法等制取氧气的方法中， 用廉价 的空气作为原料气制取高纯度氧气的深度分离法， 越来越得到人们的 重视和发展。鄂尔多斯市乌审旗世林化工有限责任公司4 X30万吨/年煤制甲醇项目（一期），

2、利用巴彦高勒煤矿的资源，采用西安 热工研究院自主开发的两段式干煤粉加压气化技术，利用纯度99.6% 以上的氧气与干煤粉发生化学反应生产甲醇原料气。 世林化工 空分装置的设计生产能力为正常 24000N.m 3/h ，最大 28000N.m 3/h 的氧气，生产 26000N.m 3/h 的低压氮气，满足年产 30 万吨甲醇的 生产能力需要。该空分装置采用深冷法空气分离技术，通过过滤、压 缩、冷却、纯化（净化）、热交换、精馏等过程，利用氧气、氮气沸 点的不同，把氧气从空气中分离出来， 同时副产液氧、 液氮等副产品。 自 2011 年 10 月开始压缩机组试车， 2012 年 5 月产出合格的氧氮

3、 产品以来，我们发现设计、制造和安装方面存在如下缺陷：1、 空压机的 推力轴承温度 设计指标为V 105 C,实际达到109 C,压力越高导致温度越高，使压缩机不能达到设计负荷。2、空压机密封气排气管线漏油严重，影响空压机的进气量和运 行安全， 制约空分装置的氧气产量 。3、增压机机间串气严重，减低了增压机的做功效率，且增压机 轴振动过大， 末级压力远不能到设计值， 使得增压机负荷受到很大的 影响。4、由于纯化器内分子筛吸附效果不好，造成纯化器出口 CO2 含 量偏高，换热器堵塞，换热效果变差，制约系统高负荷生产。为提高空分装置的生产能力，促进系统高负荷稳定生产，必须 提高空压机打气量，解决增

4、压机机间串气，增大增压机负荷，提高 纯化器分子筛吸附效果，才能给分馏系统稳定满负荷运行提供必要 的保证，提高企业的经济效益。二、研发的主要内容和目标确定研发的内容1、降低空压机推力轴承温度，提高空压机的打气量。2、解决空压机密封气漏油问题。3、解决增压机机间串气严重和轴振动过大的问题。4、纯化器的优化设计。5、工艺系统核算与设计。确定研发的工艺技术指标1、空压机的推力轴承温度v 105 C,进一步提高空压机打气量。2、空压机密封气排气管线无漏油。3、增压机进气量提高， 轴振动明显减小， 末级压力达到设计值。4、纯化器出口 CQ含量w0.5ppm。5、装置氧气生产能力接近或者达到最大设计值 28

5、000N.m 3/h三、研发的过程本项目改造的目的是利用现有压缩机组、纯化器等设备，通过 检修和改造， 满足生产需要。 改造的内容为空压机各级叶轮级间数据 测试和检修， 增压机机间密封改造和增压机一级叶轮修复， 纯化器内 部结构的计算和设计，分子筛的装填，明确分工，分清责任 。1 、 2012 年 2 月，对空压机推力瓦温度高、密封气管线漏油、 增压机机间串气严重等联系沈鼓厂家进行技术交流，讨论解决方案。2、2012 年 3 月，确定空压机密封气漏油检修方案，利用停车 机会进行改造实施。3、2012 年 5 月，组织车间技术人员，确定分子筛纯化器末期CO超标的原因，核对纯化器填料填装数量、再生

6、气量、程序时间等。4、2012 年 6 月，对纯化器程序进行优化，利用停车机会进行 程序调试，检查纯化器填料填装情况。5 、 2012 年 7 月确定空压机推力瓦温度高技术改造方案并利用 停车机会进行改造。6、2013 年 3 月，联系沈鼓技术人员对增压机机间密封进行改 造，同时检查修复增压机一级叶轮。7、2013 年 5 月，对压缩机组、分馏运行情况等进行检测，完 成空分装置考核测试工作。四、技术创新点1、空压机级间优化和推力瓦温度高的处理改造。2、密封气排气漏油的处理改造。3、增压机机间密封的改造。4、纯化器的优化和设计。大型国产化空分装置的优化与应用技术研究报世林化工有限责任公司二 O

7、一三年五月目录一、 项目研究的意义.5二、 工艺技术方案研发5、项目研究意义空分装置作为化工企业的龙头工序，提供合格足量的氧气对系 统的稳定运行和高产低耗影响较大，为充分挖掘空分装置的生产潜 力，我们抓住关键设备和关键环节进行技术攻关， 通过提高压缩机组 的打气量、 提高分子筛的吸附性能， 使空分装置的生产能力大幅度提 高，促进了生产装置水平的提高。二、工艺技术方案研发1、空气分离技术简介深冷法空气分离技术的过程为： 空气通过自洁式空气过滤器， 把 机械颗粒和粉尘等除去，经过空气压缩机压缩至 0.52MPa 进入分子 筛纯化器，除去CO2,乙炔等碳氢化合物，再经增压机加压至6.9MPa 进入分

8、馏塔，空气在分馏塔内经过部分冷凝和部分蒸发， 分离出氧气、 氮气、液氧、液氮，液氧经过高压换热器吸热后以气体形式进入气化 系统供两段式干煤粉加压气化炉气化生产甲醇原料气。纯化器的纯化过程是深冷法空气分离技术的关键步骤， 因为空气 是多组分的混合气体，除含有氧气、氮气及氩气等稀有气体组分外， 还含有水蒸汽、二氧化碳、 乙炔及其它碳氢化合物，并含有少量灰尘 等固体杂质。这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会带来较 大的危害。固体杂质会磨损空压机的运转部件，堵塞冷却器，降低冷 却效率及空压机的等温效率， 而水蒸气和二氧化碳在加工空气冷却的 过程中会首先冻结析出， 将堵塞设备及气体通道， 致使空分

9、装置无法正常生产，我们常通过分子筛的吸附来清除水分、二氧化碳、乙炔和 其他碳氢化合物。2 、 压缩机组的设计优化实施过程（1）、压缩机组生产原理 在离心式压缩机中，高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用， 在离心力作用下， 气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。 而在工作轮 中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进气部份进入叶轮， 由于工作轮不断旋转， 气体能连续不断地被甩出去， 从而保持了气压 机中气体的连续流动。 气体因离心作用增加了压力， 还可以很大的速 度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能， 进一步增加了压力。 如果一个工作叶轮得到的压力还不够， 可通过使 多级叶轮串

10、联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。 我公司增压 机是经七级压缩使空气的压力提高到生产需要压力。（2）、实施过程 本套空分系统压缩机组采用沈鼓的 MCO1404 型空压机和 3BCL457 型增压机，自 2011 年 10 月试车以来，在运行中发现存在 大量的问题， 通过我车间工程技术人员的分析论证， 主要解决了以下 问题，并取得了明显的成效。 、解决了空压机的推力轴承温度高的问题。温度过高使得空 压机负荷受到很大影响。压缩机设计出口压力为0.535MPa,而实际压力在0.510MPa的时候轴承温度已经接近 109C，使得空压机打气 量受到很大的影响， 严重制约分馏系统的负荷。 我们本着积

11、极稳妥的 原则通过论证，计算。制定了检修方案。在 2012 年 7 月对空压机组 进行改造，通过 检查各级间密封间隙和计算，调整止推轴承间隙，以 降低推力轴承温度。同时针对轴承温度过高又做了 2处改进：a、将 推力瓦进回油管线加大，使油量加大。将进油孔由© 10mm扩大到© 15mm，将回油孔由© 15mm 扩大到© 22mm，后来又扩大到© 30mm。b、并将进轴承油压由原来的 O.IOMPa改为0.12MPa，扩 大进油量。这也为轴承温度的降低提供的必要的支持。 、对压缩机组密封排气漏油进行改造。根据现场的漏油情况 排查和联系厂家技术人员交

12、流，我们认识造成问题的原因为：a、缺少排烟风机导致回油不畅通；b、密封气压力过高造成油气夹带过大。 空压机和增压机正常转速后， 由于油箱没有排油烟风机， 油气不能及 时带走，使空压机和增压机的轴承箱形不成负压， 密封气排气口出现 严重喷油，且4.8MPa蒸汽管线温度高达430 C以上，密封气排气口 正好在蒸汽管线上边， 油滴在上面， 容易造成保温棉和铝皮上面的油 着火。我车间针对此问题， 积极组织技术人员进行讨论和与沈鼓技术 人员进行沟通，做了如下改造：a、针对排气口滴油问题，将空压机 和增压机的密封气排放管线由水平管线， 加一弯头竖直向上， 并在上 面加防雨帽，水平管上加一管线，并加阀门，用

13、于排油。并在底部用 油桶收集废油，供回收再利用。b、针对密封气压力过高问题，与厂 家技术人员沟通后，将远设计的密封气压力 0.150.25MPa降低为 80KPa。同时在汽轮机正常转速后，将原来做密封气的仪表空气阀门 管线阀门关小，压力控制为80KPa左右。c、油站排油烟管线口由向 下改为向上，并加排油烟风机， 使油气及时排走， 使轴承箱形成负压， 密封气排气管不排油。同时这也使得油路管线畅通，循环量加大，也 起到一定的降低油温作用。 、对增压机密封气串气严重的问题，对增压机机间密封进行改 造。我车间针对此问题，多次联系沈鼓技术人员进行讨论论证，于 2013 年 3 月初将原来的梳齿式密封改为

14、可接触碳环密封，减少级间 串气，减少气体损失，从而提高增压机的排气量。另外也对增压机叶 轮进行了检查， 修复了一级叶轮磨损的问题， 使得增压机的进气量和 振动值都有了明显好转。3、纯化器设计优化实施过程（1）、吸附法吸附机理吸附法净化空气分为吸附和解析两个过程， 吸附是水分、 二氧化 碳、乙炔和其他碳氢化合物在分子筛表面浓聚的过程， 解析是当吸附 达到饱和时， 吸附质从吸附剂表面脱离， 从而恢复吸附剂的使用能力 的过程。吸附剂的吸附能力可以由静吸附容量和动吸附容量来表示， 静吸 附容量实质是在吸附达到平衡时的最大吸附量， 而动吸附量则与吸附 带长度及移动速度有关， 操作中一般以动吸附容量为依据

15、， 掌握好吸 附器的最长工作时间非常关键。一般情况下影响动吸附容量的因素有：a、温度：吸附容量随温度的升高而降低。b 、压力：压力升高，吸附容量增加。c、流体的流速：流体的流速高，吸附质在吸附床层内停留时间 过短，吸附效果差。d、吸附剂的再生完善程度：吸附剂的解吸越彻底，吸附过程中 的吸附容量越大。 当再生温度高、 压力低以及解吸气体中吸附质的含 量越小，吸附剂的再生越完善。e、吸附剂床层高度：保证吸附层有足够的高度十分必要。（ 2）、实施过程自 2012 年 3 月份纯化系统自运行以来经常出现末期 CO2 偏高 的问题。我车间对此问题多次技术查阅资料、联系厂家等，经过技术 论证，在以下方面进

16、来了攻关和改造，取得了较好的效果。 、优化纯化器筒体的内径与吸附剂层高度比， 经过查找资料和 计算，发现纯化器填料高度偏低，气体在纯化器内流速过快，吸附效 果差，应增加分子筛，在 2012 年 6 月份利用系统检修机会，对纯化 调料适当补充，同时发现床层有一定的起伏，对床层进行了平整。填 装完成后，制定了分子式活化方案，通过提高分子筛床层的高度，增 加分子筛的阻力， 延长了气体在纯化器内的停留时间， 提高了吸附性 能。 、降低气体进入纯化器分子筛的进口温度， 对纯化器进口管道 进行保温，气体进口温度从18 C降至16 C,通过降低纯化器气体进 口温度，从而降低吸附温度，提高吸附容量。 、对分子

17、筛自控程序进行优化。在试车阶段，为确保加温彻底 和防止蒸汽系统波动， 我车间纯化系统在再生加热时采用蒸汽加热器 和电加热器低负荷运行的模式， 而原设计为单一模式， 这就使得分子 筛的各步骤切换的时间和实际有较大差别。 我们车间通过计算加工空 气量和填料数量等，结合实际运行情况，将纯化器的加温、冷吹时间 由原设计的 4800s 、7380s 改为 4700s 、7500s ，并将并联步骤时间 进行了缩短 150s ，既保证了分子筛再生效果又不增加吸附负担。同 时通过计算实际加工空气量，将再生污氮气气量由设计值 29000N.m 3/h 更改为 31000N.m 3/h 。其次对运行程序污染气阀门

18、 切换程序进行优化，防止气量大负担波动。上述措施的实施， 提高了分子筛的吸附性能， 增加了空分装置的 氧气产能。大型国产化空分装置的优化与应用试 验 及 工 业 应 用 报告世林化工有限责任公司二 O 一三年五月目录一、试验的目的.12二、试验条件.12三、试验内容.12四、研发的组织措施.12五、调试及工业试验情况 .13试验及工业应用报告鄂尔多斯市乌审旗化工有限责任公司空分车间于 2013 年 5 月 8 日对 28000N.m 3/h 空分装置（四川空分设备（集团）有限责任公司 制造）进行了连续 24 的性能测试。一、试验的目的1、通过测试，确定空压机组负荷是否能够增加。2、通过测试，确

19、定增压机负荷是否增加。3、通过测试，确定纯化器设备运行正常。4、通过分析对空分装置进行全面的考核。二、试验条件1、空压机、增压机、 纯化器改造完成， 安装工程通过验收合格。2、改造项目编制试车方案，分子筛活化方案和事故应急预案。三、试验内容1、空压压机推力轴承温度和压缩机组打气量。2、增压机进气量、末级排气压力和振动情况。3、测试纯化器出口气体成分。4 测试空分装置生产能力。四、研发的组织实施1、对车间人员进行合理分工，保证按期完成试验。2、改造工程完成后，进行现场验收。3、设立专人负责详细记录各项工艺指标和试验过程。4、根据现场收集的原始记录写出试验报告。五、调试及工业应用情况1、空压机推力

20、瓦温度及空压机性能测试情况目的：通过测试检测空压机推力瓦温度和空压机负荷进行考核。空压机推力瓦温度情况一览表时间TIAS01120C)TIAS01121(C)TIAS01122(C)TIAS01123(C)0:008263661002:008263661004:008364671006:008464671008:0084646810110:0085656810212:0086666910314:0086666910416:0085656810318:0085656810220:0085646710222:00846466101结论：空压机推力瓦温度较以前有了明显好转，低于设计报警值 105 C

21、,取得了明显的效果。但目前仍然偏高，主要为循环水管网设 计问题，我车间将在以后利用停车机会再进行改造。空压机密封气漏油问题，经现场检查发现，没有滴油现象。油 管线自增加排烟风机后，回油管线畅通，也为机组油温降低起到了一 定作用。2、增压机性能测试情况目的：通过测试，对增压机负荷性能进行考核。增压机性能测试一览表参数改造前改造后XIA01102-0.058mm-0.036mmXIA01103-0.041mm-0.021mmTIAS0113248 C47 CTIAS0113383 C84 CTIAS0113444 C42 CTIAS0113559 C59 CTIAS0113669 C69 CTIA

22、S0113761 C61 CTIAS0113873 C73 CTIAS0113966 C66 CVIA0110855 pm12 pmVIA0110949 pm7 pmVIA0111020 pm18 pmVIA0111121 pm20 pmFI0115078400 N.m 3/h82000 N.m 3/hFI011521.1MPa1.2MPaFI011552.5MPa2.6MPaFI011575.9MPa6.9MPa结论：改造后，增压机轴振动有了明显好转，增压机各级压力都有所 提高，增压机进气量液有明显增加。3、纯化器系统运行情况目的：通过分析纯化器出口气体成分，观察运行参数是否达到设计要 求。

23、纯化器运行数据一览表时间空分装置纯化器出口CO2 分析（ppm ）时间空分装置纯化器出口CO2 分析（ppm ）0:000.2412:000.242:000.2014:000.284:000.2816:000.366:000.3218:000.248:000.2420:000.2810:000.2022:000.26结论：分子筛后C02含量为0.30ppm 左右，公司控制指标为1ppm，达到了w0.5ppm的指标，同时末期未发现超标现象，合格。4、分馏氧气量变化情况目的：观察分馏系统氧气量是否达到设计范围液氧泵运行数据一览表时间液氧泵出口氧气压力（MPa ）液氧泵出口氧气流量（N.m 3/h ）0:004.5255002:004.5260004:004.5265006:004.5270008:004.