煤化工空分装置优化运行方案


作者:李文龙 日期:2017/08/22 来源:PROCESS《流程工业》

现代煤化工工艺技术在现代工业的应用越来越广泛,传统的常压气化等工艺,因转化效率、单套装置生产强度以及环保等原因,已经逐步退出工业领域。典型的煤气化工艺如壳牌、GE、多元料浆、航天炉、鲁奇炉等都对氧气、氮气的要求很高,供气的连续稳定更是最基本的要求。现阶段配套煤化工系统的空分装置普遍采用液氧泵内压缩流程,内压缩流程设备安全性、可靠性好,供气压力稳定。

空分装置故障停止供气,将导致煤化工系统全面停止生产。煤化工系统故障停车一次将造成数百万元的直接损失,因此煤化工项目对空分装置供气连续性和稳定性有很高的要求。以一套60万t合成氨、104万t尿素的生产线为例,生产线每停车一次,不仅有百万的开停车物料损失,每天还将影响产值1 000多万元人民币。

稳定供气技术路径选择

经过对煤化工系统用气特点的分析,经过多次对供气方案及技术途径的谈论研究,最终确定在某气体项目设置液体储存供气系统的稳定供气技术方案。液体储存供气系统设置有容积1 500 m3的常压液氧、液氮贮槽各1台,3台低温液体泵。液氧、液氮贮槽贮存来自于空分装置所产的高纯度液氧、液氮产品。3台低温液体泵分别是:高压液氧泵,压力8.7 MPa,流量36 000 Nm3/h,可供一套煤化工装置气化炉满负荷运行所需氧气量;高压液氮泵,压力6.5 MPa,流量32 000 Nm3/ h,可供一套煤化工装置液氮洗满负荷运行所需高压氮气量;低压液氮泵,压力0.55 MPa,流量10 000 Nm3/h,可供一套煤化工装置低温甲醇洗满负荷运行所需汽提氮气量及其他氮气用户。贮槽液体排出管连接低温离心泵,变频调节低温离心泵的转速加压后,低温液体通过水浴式汽化器加热气化至30℃~40℃,并入管网。液氧,液氮贮槽在装满液体状态下,可以满足一套煤化工装置至少24h的用气量。

低温液体泵平时全部为冷态备用。3台离心泵的进出口阀门全开,回流阀全开,泵处于低速惰转运行状态。水浴式汽化器在水侧加满水的状态下热态备用。汽化器的蒸汽阀开度由水温设定值控制,3台泵在惰转状态下,既可以由操作员手动加载至额定转速,也可以设定出口管网压力低时自动连锁加载。自动加载时,从惰转状态到达到额定转速所需时间为10 s左右,液体贮存低温泵的调节有一套完整的控制方案,可根据用户的温度、压力、流量的需求实现变工况调节。

有国外专业气体运营公司将稳定供气系统和流程设计相结合,把流程氧泵设置在稳定供气后背系统,流程氧泵不再从精馏上塔底部取液,改变为在后备主槽取液,其余流程设计不变。这样设置,不仅仅在投资上减少一台低温液体泵,同时在空分系统停机时,液氧泵出口阀门通过逻辑控制,可在1~2 s内把液氧泵出口液氧切换至水浴式汽化器管线,基本实现无扰动切换,大大提高了供气的可靠性。

优化方案评价

1.稳定供气技术方案可以在空分装置或后系统生产工况波动时快速响应,保证全厂供气管网的压力稳定,减少装置停车带来的损失。在煤化工项目正常运行时,后续系统的供气需求是两套空分装置所提供满足的,但当后续系统工况波动时,短时间内所需的气量将可以通过液体贮存系统提供,保证供气管网压力稳定。

2.一套空分装置意外停车时,液体贮存系统可以提供相当于一套空分装置所供氧气、氮气量,可以保证煤化工装置不因空分装置的停车而停车,减少开停车损失。

3.气化装置倒炉检修时,传统的操作是将一套系统负荷减半,需满足第三台气化炉投料所需氧气,操作麻烦,负荷调整波动太大。稳定供气技术方案实施后,利用液体贮存系统倒炉,煤化工系统负荷不需要任何大的调整和操作,系统基本做到“无扰动切换”。

4.在全厂停车大检修停车前,进行检修设备置换,对有毒有害气体的吹扫清除以及触媒充氮保护等所需氮气,都可通过液体贮存系统来提供。实施稳定供气技术方案的大型空分装置至少能够提前24 h停机,降低生产成本,争取检修时间。