中能化工改进空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的方法

中能化工改进空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的方法

张毅

安徽晋煤中能化工股份有限公司 安徽临泉 236400

摘要：在大型煤化工联合企业中，众多生产装置要用氮气作为保护性气体，起到机器密封、罐体置换、输送物料、加温再生、设备吹扫等用途；特别是生产装置突发险情，为避免事故扩大，需要紧急喷氮气，起到隔离、阻燃、稀释物料等作用。目前空分装置通常是通过全低压低温分离空气中的氧氮气，提供给下游装置使用，空气分离装置的产量负荷一般是固定不变的，即使有负荷变化也需要一定的时间调整；为了适应外部不稳定的氮气需求，目前一般采取的方法有：一是新建空气分离装置时设计生产负荷加大，正常生产情况下留有一定的氮气放空量，以备应急之需；二是采用外部液氮储罐汽化系统，需要时进行液氮汽化。

关键词：氮气；机器密封；负荷变化

一、中能化工改进空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的方法

步骤一：空气经过滤器（1）过滤后，进入压缩机（2）空气被压缩至0.5MPa左右，通过空冷塔（4）压缩空气被冷却水喷淋冷却到15摄氏度左右，压缩空气出空冷塔后进入到第1个分子筛吸附器（501）或第2个分子筛吸附器（502），从而清除空气的水分及二氧化碳，洁净的空气再分为两路，一路经主换热器（11），空气被冷却到-170摄氏度左右后进入到下塔（12）底部进行空气的精馏；另一路空气进入到增压膨胀机（9）的增压端被进一步压缩到0.7MPa左右，经水冷却（10）冷却到常温再进入到主换热器（11）换热到-140摄氏度左右，从主换热器中部抽出进入到增压膨胀机（9）的膨胀端制冷膨胀后进入到上塔（16）中部参与上塔的精馏。

步骤二：参与下塔精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气和下塔顶部的氮气；下塔底部的液态空气从底部取出，经过冷器过冷后液态空气经节流阀节流进入到上塔中部参与上塔的精馏；下塔顶部的氮气进入到主冷凝蒸发器被冷凝为液氮，液氮分为两路：一路作为下塔的回流液；另一路经过冷器过冷后的液氮再分为两路，一路经节流阀送入上塔顶部作为上塔的回流液，另一路送入冷箱内的液氮裸罐（13）中作为压力氮气快速增负荷的原料；参与上塔精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气、上塔的上部的污氮气和上塔底部的氧气；其中上塔顶部的氮气取出经过冷器、主换热器换热至常温经阀门控制排出装置外经氮压机压缩到0.5MPa左右供用户使用；上塔上部取出污氮气经过冷器、主换热器换热至常温后分为两路：一路经电加热器（6）或蒸汽加热器加温至170摄氏度后，去再生分子筛，当分子筛加热至合适温度后，污氮气经电加热器近路冷吹分子筛至常温；另一路污氮气经阀门调节进入到水冷塔（8）的底部与水冷塔顶部喷淋的水换热传质后排入大气中；上塔底部的氧气取出经主换热器换热至常温经阀门控制排出装置外经压缩到合适压力后供用户使用。

步骤三：液氮裸罐顶部引出管道分为两路，一路用阀门控制和下塔顶部的氮气相连，作用是在压力氮气快速增负荷时给液氮裸罐提供压力；另一路用阀门控制和去主换热器前的氮气管道相连，目的是液氮裸罐汽化的氮气排入氮气管道，回收汽化的氮气及冷量；液氮裸罐底部引出管道分为三路，一路用阀门控制去往水冷塔底部的水浴液氮汽化器，汽化后的氮气去往压力氮气管网；二路用阀门控制去往空冷塔底部的水浴液氮汽化器，汽化后的氮气同样去往压力氮气管网；三路为液氮对外销售液氮接头或外部采购液氮反送给液氮裸罐中。

其中，所述步骤一中，视外供氮气变化情况预先调整去增压膨胀机（9）增压端的空气量，降低增压膨胀机膨胀端出口温度，以便使装置有足够冷量产出，收集于液氮裸罐（13）中。

其中，当外供压力氮气增加时，且外送压力低至空分装置下塔压力，所采取的步骤为：迅速关闭液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门（V5）、过冷液氮进入液氮裸罐阀门（V6），迅速打开下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门（V4）、液氮进入水冷塔控制阀门（V2），视具体外供压力氮气负荷增加情况，决定水冷塔液氮汽化出口控制阀门（V1）的开启速度及开度；需要注意的是：随着水冷塔底部水浴液氮汽化器的投用，水冷塔底部出口水温将降低，当出口水温靠近0摄氏度时，要加大低温水泵（7）的流量，视空冷塔出口空气温度调整常温水泵（3）的流量即可。

其中，当外供压力氮气增加超过原空分装置所产氮气的40%（体积百分比）时，为了保证空分装置空冷塔的稳定运行，增加投用空冷塔底部水浴液氮汽化器，空冷塔底部水浴液氮汽化器投用方法是：全部打开液氮进入空冷塔控制阀门（V3），视具体外供压力氮气负荷增加情况，决定空冷塔液氮汽化出口控制阀门（V7）的开启速度及开度。其中，当液氮裸罐液位不足且预估到某个时段需要大量氮气时可外部采购液氮，通过液氮进入或排出液氮裸罐阀门（V0）反送到液氮裸罐中备用；反送流程为：液氮进入水冷塔控制阀门（V2）、液氮进入空冷塔控制阀门（V3）、下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门（V4）、过冷液氮进入液氮裸罐阀门（V6）处于关闭状态，液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门（V5）处于开启状态，然后将外部液氮槽车接入液氮进入或排出液氮裸罐阀门（V0），缓慢开启液氮进入或排出液氮裸罐阀门（V0）即可。

二、附图说明

图1 为装置和方法示意图；

图中标记的含义为：

1——过滤器；2——压缩机；3——常温水泵；4——空冷塔；501——第1个分子筛吸附器；502——第2个分子筛吸附器；6——加热器；7——低温水泵；8——水冷塔；9——增压膨胀机；10——换热器；11——主换热器；12——下塔；14——主冷凝蒸发器；15——过冷液化器；16——上塔；17——冷箱；18——氮压机；13——液氮裸罐。

V0——液氮进入或排出液氮裸罐阀门；V1——水冷塔液氮汽化出口控制阀门；V2——液氮进入水冷塔控制阀门；V3——液氮进入空冷塔控制阀门；V4——下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门；V5——液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门；V6——过冷液氮进入液氮裸罐阀门；V7——空冷塔液氮汽化出口控制阀门。

F1——第1个分子筛吸附器进口控制阀门；F2——第2个分子筛吸附器进口控制阀门；F3——第1个分子筛吸附器出口控制阀门；F4——第2个分子筛吸附器出口控制阀门；F5——下塔底端引出管道经冷液化器后进入上塔之前的控制阀门；F6——主冷凝蒸发器引出管道经过冷液化器后进入上塔之前的控制阀门；F7——主换热器出口引出管道进入水冷塔底部之前控制阀门；F8——上塔底部引出管道经主换热器进入装置外部压缩机之前的控制阀门。

K1——出空冷塔空气管道；K2——分子筛净化后空气经主换热器去下塔的空气管道；K3——分子筛净化空气去增压膨胀机增压端的空气管道；K4——膨胀空气去上塔的管道；K5——出下塔底部液态空气管道；K6——出过冷液化器液态空气去上塔的管道。