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1、空分装置技术改造探讨黄晓江(中国石化工程建设公司,100101) 摘 要 针对旧空分装置的技术改造,对新旧空分设备工艺流程进行了对比,提出了几种投资少、效益高的改造方案。同时分析了国内外空分装置的发展趋势,建议对新建空分装置应采用新型工艺流程和技术,可增产节能,创造效益。关键词 空分装置 改造 氧气 氮气文章编号:100529598(2003)0220020204 中图分类号:TQ02 文献标识码:A引 言在钢铁、化工、冶金以及化肥等需要大量氧气和氮气的企业中,空分装置都是一个关键的公用工程设施。这些使用氧气和氮气的工艺过程大多要求空分装置能长期、连续、稳定、安全地运行,一
2、旦空分装置发生事故,将直接影响到整个装置的安全运行,严重时还会导致装置全线停车,造成严重的经济损失。而我国现役的空分装置大多是20世纪70～80年代投入运行的,它们工艺流程落后,配套机组复杂,性能指标较差。为了适应市场经济的发展,降低产品成本,当前很多企业都在进行装置改扩建,扩大装置规模,提高产品产量。而为主生产装置服务的公用工程设施的生产能力也需相应地提高,落后的空分装置的弊端显得更为突出,因此用新技术对现有的空分装置进行挖潜改造,以达到投资少、见效快、收益高的改造目的十分必要。1 旧空分装置存在的主要问题1.1 生产流程落后,产品的制取率低传统的空分装置由于其自身结构的特点,
3、其氧提取率一般只有70%～80%左右,有些只有62%,甚至更低,而氩的提取率一般停留在35%～45%左右,收稿日期:2002212204作者简介:黄晓江,女,生于1975年12月,1998年毕业于北京化工大学化学工程专业,现从事石油化工项目的工程设计工作。氧氮的产品产量比一般在1∶11,这使用氮量较大的化工行业用户受到严重的制约。而先进的分子筛吸附流程的空分装置其氧的提取率可达到99%,氩的提取率可达到70%～80%,氧氮产品产量比可达1∶2～1∶2.5。1.2 能耗指标高旧空分设备的单位氧耗一般为0.7kW·h/m3～0.8kW·h/m3,而新设备的单位氧耗可达0.42kW·h
4、/m3,相差近一半。1.3 压缩机排气量不足设备陈旧,空气透平压缩机排气量严重不足,氧产量、氮纯度下降。1.4 缺少氮水预冷塔空分设备能力没有得到充分的利用,大量氮气放散,没有设置氮水预冷塔,使水温进一步下降。1.5 低温液体贮存汽化系统能力不足缺少低温液体贮存汽化系统或现有低温液体贮存汽化系统能力不足,不能适应全厂用户用量波动及空分装置停车检修的需要。1.6 运行周期短,操作复杂,可靠性和稳定性差旧空分设备因其自身工艺流程落后,各单机设备的操作性能差,故障多,经常造成停车检修,运行周期短,一般只有0.4～0.6年,而新空分设备的运行周期为2年。2 旧空分装置的改造方案及优化措施
5、目前很多企业在进行主生产装置改造的同时,也对辅助生产设施进行了相应的改造,空分装置就是其中一项很重要的内容。由于空分设备的生产厂第2期(总第105期) 煤 化 工 No.2(Total No.105) 2003年4月 CoalChemicalIndustryApr. 2003 ©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.家不同,设备的出厂年代不同,每套设备的情况也不尽相同。因此首先必须充分了解现有设备的运行状态和性能指标,并根据用户的具体要求,结合设备的实际情况,提出有针对性的改造方案,以做到
6、节省改造投资,技术指标先进可靠,操作维修方便。2.1 建立低温液体贮存汽化系统2.1.1 建立贮存系统的必要性大部分氮气和氧气的用户对用量的需求都不是一个定值,而是根据工况不同而波动的。空分设备在设计条件下运行效果最高,而调节范围有限,不具备对偏离设计工况的快速、大幅度变负荷能力。因此需要由贮罐来调节、吸收这种波动。2.1.2 气体贮存和液体贮存的对比目前贮存的方法有两种:气体贮存和液体贮存。它们的性能对比见表1。表1 气体贮存和液体贮存性能比较气体贮存液体贮存占地面积大小设备投资大小启动速度快慢能耗小大 由于1m3液氮汽化后可得氮气643m3,1m3液氧汽化后可得氧气800m
7、3,因此在提供相同体积的气态氮气和氧气时,液体贮罐体积要小得多。这点对可利用土地少的改造项目十分有效,而且气体贮存虽然节能,但受投资、占地、贮存压力的限制,当贮量超过10万m3时,气体贮罐的投资过大。因此综合比较以上因素,建立低温液体贮存汽化系统更为经济合理。空分装置液体贮存汽化系统常用流程示于图1。1—低温液化汽化器 2—低温液体贮槽3—低温液体注入泵图1 空分装置液体贮存汽化系统常用流程示意图2.1.3 低温液体贮存汽化系统可满足全厂间断性最大氮气、氧气用量的需要有些企业在主
