大型国产化空分装置的优化与应用.docx

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二0 一三年五月目 录一、课题背景 1二、研发的主要内容和目标 一3三、研发的过程 一3四、技术创新点 一424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 4X30万吨/年煤制甲醇项目（一期），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＜ 105 C,实际达到 109 ℃，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 CQ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＜ 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W0.5ppm5 、装置氧气生产能力接近或者达到最大设计值 28000N.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CO2超标的原因，核对纯化器填料填装数量、再生气量、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术 研 究 报告世林化工有限责任公司二0 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 5一、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,乙快等碳氢化合物，再经增压机加压至6.9MPa进入分馏塔， 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①、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0 10mm扩大到0 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 0.10MPa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。

②、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 ℃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 0.15〜0.25MPa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③、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， 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，在以下方面进来了攻关和改造，取得了较好的效果①、 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。