换热器厂家
换热器选型
新闻动态
KDN-3000型制氮设备主换热器堵塞分析及处理点击：1803 日期：[ 2014-04-26 22:00:17 ] |
| KDN-3000型制氮设备主换热器堵塞分析及处理 刘威 刘继东 (中国石油大庆炼化公司动力一厂,黑龙江省大庆市 163411) 摘要:简介KDN-3000型制氮设备主换热器堵塞后的运行状况,分析堵塞原因,增设制冷机 组及气液分离器,以降低空气进分子筛吸附器的温度,消除堵塞现象,确保制氮设备长周期运 行。 关键词:空分设备;制氮设备;主换热器;堵塞 中图分类号:TQ116·15 文献标识码:B 1 故障现象 KDN-3000型制氮设备于1997年投产,运行 稳定。KDN-3000型制氮设备冷箱部分的流程如图 1所示。 2005年5月以后,随着外界环境温度升高 空气进主换热器压力P2与氮气出主换热器压力P 之差逐渐增大。由图1可知,P2与P1之间的压差 是由空气经主换热器、液化器、精馏塔塔板的阻力 和氮气经主换热器阻力组成,正常生产条件下P 与P1之间的压差基本为常数,只随着入塔空气量 及精馏塔阻力的变化而在小范围内波动,控制范围 为0·02~0·03MPa。 进入夏季后,制氮设备气体进出主换热器的压差从0·03MPa开始逐渐增大,当接近0·1MPa时, 主换热器热端温差也开始显著增加,由正常生产时 的2℃~4℃逐渐增大到25℃以上。造成氮气出装 置温度接近0℃,氮气管道结霜,装置冷损增大, 系统冷量平衡被破坏,主冷液氧液位持续下降,最 终制氮设备被迫停车。 对制氮设备进行全面加温吹除后重新开车,各 项指标恢复正常值。但运行20天后,故障又重复 出现。9月以后,随着环境温度降低,制氮设备进 入稳定运行状态。 2 堵塞物和部位分析 造成气体进出主换热器压差增大的堵塞可能 是:①空气过主换热器;②空气过液化器;③空气 穿过精馏塔塔板;④氮气过主换热器。 加温吹除后制氮设备可以恢复正常生产,因此 可以排除是固体物质或其与油类的混合物,可以初 步判定是水分或二氧化碳在冷箱设备内集聚造成堵 塞。堵塞部位可以断定是主换热器,原因是主换热 器热端温差增大,同时空气出主换热器冷端温度为 -145℃左右,水分和二氧化碳在出主换热器之前早已分别凝结成冰与干冰。 3 主换热器堵塞原因分析 3·1 不合格空气窜入净化后的空气管线 为了确保安全生产,车间压缩机全部联网运 行,与KDN-3000型制氮设备入塔净化空气相连的 跨线就有3条,如果其中有跨线的阀门关不严致使 不合格气体窜入净化后的空气管线,就会造成主换 热器堵塞。在给3条跨线加盲板的过程中,发现其 中一条DN200mm跨线的阀门发生泄漏。但加盲板 后,堵塞现象还是重新出现,说明主换热器堵塞的 原因不是不合格空气窜入净化后的空气管线,于是 把注意力集中在空气净化系统。 3·2 空气净化不彻底 KDN-3000型制氮设备的空气净化系统由空冷 塔和分子筛纯化系统组成(如图2所示)。空冷塔 的作用是用11℃左右的冷却水直接喷淋由空压机 排出的40℃左右的空气,将空气冷却到14℃,冷 却后的空气经过分子筛纯化系统,被除去其中的水 分、二氧化碳、乙炔及其他烃类杂质后进入冷箱。 将空分车间近几年的操作记录与制氮设备投产 时的操作记录进行了对比,发现近几年夏季冷却水 温度经常保持在20℃~25℃,而装置在运行投用 初期夏季的水温为12℃~14℃。冷却水温度上升 致使空气入塔温度升高,最终导致分子筛吸附效果 下降。以22℃冷却水为例,空气出空冷塔温度将 达到24℃左右,经过分子筛吸附器吸附、放热后, 进入冷箱时空气温度为29℃。由于入冷箱空气温 度增高,废气在主换热器与空气换热后,出冷箱温度接近25℃,用25℃废气做再生气对加热后的分 子筛吸附器冷吹,温度只能达到35℃左右。而分 子筛吸附剂在14℃以下对空气中的二氧化碳有很 好的吸附效果,超过14℃则吸附能力开始下降, 超过40℃吸附能力较低。 可见,由于夏季空冷塔冷却效果差导致分子筛 吸附器在切换时温度偏高,分子筛对二氧化碳的吸 附能力下降。在线二氧化碳分析仪监测数据亦表 明,切换时分子筛吸附器出口空气中二氧化碳含量经常达到4×10-6~5×10-6,且维持大约40分 钟,而正常值应小于1×10-6。分子筛纯化系统8 小时切换1次,入冷箱空气中二氧化碳含量每天有 2小时超标,最终导致主换热器提前堵塞,使装置 无法正常运行。 4 处理措施 4·1 增设制冷机组 对制氮设备来说最好的解决办法就是降低空气 进入分子筛吸附器温度。而目前降低空气进入分子 筛吸附器温度的最好方法是在空冷塔与分子筛吸附 器之间增设制冷机组,直接对进入分子筛吸附器的 空气进行降温。 通过技术改造,增设制冷机组,降低入塔空气 温度至5℃~8℃,以降低入冷箱空气湿度,提高 分子筛吸附能力,并延长分子筛吸附器工作时间, 最终达到装置长周期运行的目的。 4·2 弥补设计缺陷,提高分子筛吸附能力 由图2可以看出,原流程中空气从空冷塔换热 后直接进入分子筛吸附器,中间缺少气液分离器。空冷塔的冷却水与空气直接接触换热,如果装置生 产工况波动或空冷塔塔底进行液位调节的阀门及仪 表出现故障,就会使水进入分子筛吸附器,对分子 筛造成冲击。 为解决此问题,在引进制冷机组时,将制冷机 出口普通的重垂式气液分离器改为旋风式气液分离 器。旋风式气液分离器的原理是在分离器内增设固 定叶片,当气流经过固定叶片后发生旋转,用离心 力将液体甩到容器壁上,再经汇流装置排出。通过 对进入分子筛吸附器的空气降温及提高脱水效率, 使空气的净化效率显著提高,同时也延长了分子筛 的使用寿命。 5 结束语 通过对KDN-3000型制氮设备主换热器堵塞问 题的分析及处理,不但技术瓶颈得到解决,而且对 装置的整体操作水平得以提高,从故障初期的判断 到采取相应措施进行处理,在此过程中获得了丰富 的实际经验,为以后对装置实施进一步优化操作打 下了基础。 |
| 上一篇：高性能地埋管换热器钻孔回填材料的实验研究 | 下一篇：加热炉空气换热器自动保护系统工作原理 |