1、大型國產化空分裝置的優化與應用鑒 定 資 料世林化工有限責任公司二 O 一三年五月目 錄一、課題背景1二、研發的主要內容和目標.3三、研發的過程.3四、技術創新點.4工 作 報 告一、課題背景  近年來，隨著中國經濟持續穩定地增長，冶金行業和化工行業對氧氣的需求量大幅度增加，除了需要鼓風即吹入空氣之外，還需要供應大量純度為99%以上的氧氣。工業對高純度氧氣的需求，無法直接從自然界直接汲取，在電解法和分離法等制取氧氣的方法中，用廉價的空氣作為原料氣制取高純度氧氣的深度分離法，越來越得到人們的重視和發展。 鄂爾多斯市烏審旗世林化工有限責任公司4×30萬噸/年煤制甲醇項目（一期）

2、，利用巴彥高勒煤礦的資源，采用西安熱工研究院自主開發的兩段式干煤粉加壓氣化技術，利用純度99.6%以上的氧氣與干煤粉發生化學反應生產甲醇原料氣。世林化工空分裝置的設計生產能力為正常24000N.m3/h，最大28000N.m3/h的氧氣，生產26000N.m3/h的低壓氮氣，滿足年產30萬噸甲醇的生產能力需要。該空分裝置采用深冷法空氣分離技術，通過過濾、壓縮、冷卻、純化（凈化）、熱交換、精餾等過程，利用氧氣、氮氣沸點的不同，把氧氣從空氣中分離出來，同時副產液氧、液氮等副產品。自2011年10月開始壓縮機組試車，2012年5月產出合格的氧氮產品以來，我們發現設計、制造和安裝方面存在如下缺陷：1、

3、 空壓機的推力軸承溫度設計指標為105，實際達到109，壓力越高導致溫度越高，使壓縮機不能達到設計負荷。2、空壓機密封氣排氣管線漏油嚴重，影響空壓機的進氣量和運行安全，制約空分裝置的氧氣產量。 3、增壓機機間串氣嚴重，減低了增壓機的做功效率，且增壓機軸振動過大，末級壓力遠不能到設計值，使得增壓機負荷受到很大的影響。4、由于純化器內分子篩吸附效果不好，造成純化器出口CO2含量偏高，換熱器堵塞，換熱效果變差，制約系統高負荷生產。為提高空分裝置的生產能力，促進系統高負荷穩定生產，必須提高空壓機打氣量，解決增壓機機間串氣，增大增壓機負荷，提高純化器分子篩吸附效果，才能給分餾系統穩定滿負荷運行提供必要的

4、保證，提高企業的經濟效益。二、研發的主要內容和目標確定研發的內容1、 降低空壓機推力軸承溫度，提高空壓機的打氣量。2、 解決空壓機密封氣漏油問題。3、 解決增壓機機間串氣嚴重和軸振動過大的問題。4、純化器的優化設計。5、工藝系統核算與設計。確定研發的工藝技術指標1、空壓機的推力軸承溫度105，進一步提高空壓機打氣量。2、空壓機密封氣排氣管線無漏油。3、增壓機進氣量提高，軸振動明顯減小，末級壓力達到設計值。4、純化器出口CO2含量0.5ppm。5、裝置氧氣生產能力接近或者達到最大設計值28000N.m3/h。三、研發的過程本項目改造的目的是利用現有壓縮機組、純化器等設備，通過檢修和改造，滿足生產

5、需要。改造的內容為空壓機各級葉輪級間數據測試和檢修，增壓機機間密封改造和增壓機一級葉輪修復，純化器內部結構的計算和設計，分子篩的裝填，明確分工，分清責任。1、2012年2月，對空壓機推力瓦溫度高、密封氣管線漏油、增壓機機間串氣嚴重等聯系沈鼓廠家進行技術交流，討論解決方案。2、2012年3月，確定空壓機密封氣漏油檢修方案，利用停車機會進行改造實施。3、2012年5月，組織車間技術人員，確定分子篩純化器末期CO2超標的原因，核對純化器填料填裝數量、再生氣量、程序時間等。4、2012年6月，對純化器程序進行優化，利用停車機會進行程序調試，檢查純化器填料填裝情況。5、2012年7月確定空壓機推力瓦溫度

6、高技術改造方案并利用停車機會進行改造。6、2013年3月，聯系沈鼓技術人員對增壓機機間密封進行改造，同時檢查修復增壓機一級葉輪。7、2013年5月，對壓縮機組、分餾運行情況等進行檢測，完成空分裝置考核測試工作。四、技術創新點1、空壓機級間優化和推力瓦溫度高的處理改造。2、密封氣排氣漏油的處理改造。3、增壓機機間密封的改造。 4、純化器的優化和設計。大型國產化空分裝置的優化與應用技 術 研 究 報 告世林化工有限責任公司二 O 一三年五月目 錄一、項目研究的意義.5二、工藝技術方案研發5一、項目研究意義空分裝置作為化工企業的龍頭工序，提供合格足量的氧氣對系統的穩定運行和高產低耗影響較大，為充分挖

7、掘空分裝置的生產潛力，我們抓住關鍵設備和關鍵環節進行技術攻關，通過提高壓縮機組的打氣量、提高分子篩的吸附性能，使空分裝置的生產能力大幅度提高，促進了生產裝置水平的提高。二、工藝技術方案研發1、空氣分離技術簡介深冷法空氣分離技術的過程為：空氣通過自潔式空氣過濾器，把機械顆粒和粉塵等除去，經過空氣壓縮機壓縮至0.52MPa進入分子篩純化器，除去CO2,乙炔等碳氫化合物，再經增壓機加壓至6.9MPa進入分餾塔，空氣在分餾塔內經過部分冷凝和部分蒸發，分離出氧氣、氮氣、液氧、液氮，液氧經過高壓換熱器吸熱后以氣體形式進入氣化系統供兩段式干煤粉加壓氣化爐氣化生產甲醇原料氣。純化器的純化過程是深冷法空氣分離技

8、術的關鍵步驟，因為空氣是多組分的混合氣體，除含有氧氣、氮氣及氬氣等稀有氣體組分外，還含有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物，并含有少量灰塵等固體雜質。這些雜質隨空氣進入空壓機與空氣分離裝置中會帶來較大的危害。固體雜質會磨損空壓機的運轉部件，堵塞冷卻器，降低冷卻效率及空壓機的等溫效率，而水蒸氣和二氧化碳在加工空氣冷卻的過程中會首先凍結析出，將堵塞設備及氣體通道，致使空分裝置無法正常生產，我們常通過分子篩的吸附來清除水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物。2、 壓縮機組的設計優化實施過程（1）、壓縮機組生產原理在離心式壓縮機中，高速旋轉的葉輪給予氣體的離心力作用，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪

9、后面的擴壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間的進氣部份進入葉輪，由于工作輪不斷旋轉，氣體能連續不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機中氣體的連續流動。氣體因離心作用增加了壓力，還可以很大的速度離開工作輪，氣體經擴壓器逐漸降低了速度，動能轉變為靜壓能，進一步增加了壓力。如果一個工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過使多級葉輪串聯起來工作的辦法來達到對出口壓力的要求。我公司增壓機是經七級壓縮使空氣的壓力提高到生產需要壓力。（2）、實施過程 本套空分系統壓縮機組采用沈鼓的MCO1404型空壓機和3BCL457型增壓機，自2011年10月試車以來，在運行中發現存在大量的問題，通過我車間工程

10、技術人員的分析論證，主要解決了以下問題，并取得了明顯的成效。 、解決了空壓機的推力軸承溫度高的問題。溫度過高使得空壓機負荷受到很大影響。壓縮機設計出口壓力為0.535MPa，而實際壓力在0.510MPa的時候軸承溫度已經接近109，使得空壓機打氣量受到很大的影響，嚴重制約分餾系統的負荷。我們本著積極穩妥的原則通過論證，計算。制定了檢修方案。在2012年7月對空壓機組進行改造，通過檢查各級間密封間隙和計算，調整止推軸承間隙，以降低推力軸承溫度。同時針對軸承溫度過高又做了2處改進：a、將推力瓦進回油管線加大，使油量加大。將進油孔由10mm擴大到15mm，將回油孔由15mm擴大到22mm，后來又擴大

11、到30mm。b、并將進軸承油壓由原來的0.10MPa改為0.12MPa，擴大進油量。這也為軸承溫度的降低提供的必要的支持。 、對壓縮機組密封排氣漏油進行改造。根據現場的漏油情況排查和聯系廠家技術人員交流，我們認識造成問題的原因為：a、缺少排煙風機導致回油不暢通；b、密封氣壓力過高造成油氣夾帶過大。空壓機和增壓機正常轉速后，由于油箱沒有排油煙風機，油氣不能及時帶走，使空壓機和增壓機的軸承箱形不成負壓，密封氣排氣口出現嚴重噴油，且4.8MPa蒸汽管線溫度高達430以上，密封氣排氣口正好在蒸汽管線上邊，油滴在上面，容易造成保溫棉和鋁皮上面的油著火。我車間針對此問題，積極組織技術人員進行討論和與沈鼓技

12、術人員進行溝通，做了如下改造：a、針對排氣口滴油問題，將空壓機和增壓機的密封氣排放管線由水平管線，加一彎頭豎直向上，并在上面加防雨帽，水平管上加一管線，并加閥門，用于排油。并在底部用油桶收集廢油，供回收再利用。b、針對密封氣壓力過高問題，與廠家技術人員溝通后，將遠設計的密封氣壓力0.150.25MPa降低為80KPa。同時在汽輪機正常轉速后，將原來做密封氣的儀表空氣閥門管線閥門關小，壓力控制為80KPa左右。c、油站排油煙管線口由向下改為向上，并加排油煙風機，使油氣及時排走，使軸承箱形成負壓，密封氣排氣管不排油。同時這也使得油路管線暢通，循環量加大，也起到一定的降低油溫作用。、對增壓機密封氣串

13、氣嚴重的問題，對增壓機機間密封進行改造。我車間針對此問題，多次聯系沈鼓技術人員進行討論論證，于2013年3月初將原來的梳齒式密封改為可接觸碳環密封，減少級間串氣，減少氣體損失，從而提高增壓機的排氣量。另外也對增壓機葉輪進行了檢查，修復了一級葉輪磨損的問題，使得增壓機的進氣量和振動值都有了明顯好轉。3、純化器設計優化實施過程（1）、吸附法吸附機理吸附法凈化空氣分為吸附和解析兩個過程，吸附是水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物在分子篩表面濃聚的過程，解析是當吸附達到飽和時，吸附質從吸附劑表面脫離，從而恢復吸附劑的使用能力的過程。吸附劑的吸附能力可以由靜吸附容量和動吸附容量來表示，靜吸附容量實質是在

14、吸附達到平衡時的最大吸附量，而動吸附量則與吸附帶長度及移動速度有關，操作中一般以動吸附容量為依據，掌握好吸附器的最長工作時間非常關鍵。一般情況下影響動吸附容量的因素有：a、溫度：吸附容量隨溫度的升高而降低。b、壓力：壓力升高，吸附容量增加。c、流體的流速：流體的流速高，吸附質在吸附床層內停留時間過短，吸附效果差。d、吸附劑的再生完善程度：吸附劑的解吸越徹底，吸附過程中的吸附容量越大。當再生溫度高、壓力低以及解吸氣體中吸附質的含量越小，吸附劑的再生越完善。e、吸附劑床層高度：保證吸附層有足夠的高度十分必要。（2）、實施過程自2012年3月份純化系統自運行以來經常出現末期CO2偏高的問題。我車間對

15、此問題多次技術查閱資料、聯系廠家等，經過技術論證，在以下方面進來了攻關和改造，取得了較好的效果。、優化純化器筒體的內徑與吸附劑層高度比，經過查找資料和計算，發現純化器填料高度偏低，氣體在純化器內流速過快，吸附效果差，應增加分子篩，在2012年6月份利用系統檢修機會，對純化調料適當補充，同時發現床層有一定的起伏，對床層進行了平整。填裝完成后，制定了分子式活化方案，通過提高分子篩床層的高度，增加分子篩的阻力，延長了氣體在純化器內的停留時間，提高了吸附性能。、降低氣體進入純化器分子篩的進口溫度，對純化器進口管道進行保溫，氣體進口溫度從18降至16，通過降低純化器氣體進口溫度，從而降低吸附溫度，提高吸

16、附容量。、對分子篩自控程序進行優化。在試車階段，為確保加溫徹底和防止蒸汽系統波動，我車間純化系統在再生加熱時采用蒸汽加熱器和電加熱器低負荷運行的模式，而原設計為單一模式，這就使得分子篩的各步驟切換的時間和實際有較大差別。我們車間通過計算加工空氣量和填料數量等，結合實際運行情況，將純化器的加溫、冷吹時間由原設計的4800s、7380s改為4700s、7500s，并將并聯步驟時間進行了縮短150s，既保證了分子篩再生效果又不增加吸附負擔。同時通過計算實際加工空氣量，將再生污氮氣氣量由設計值29000N.m3/h更改為31000N.m3/h。其次對運行程序污染氣閥門切換程序進行優化，防止氣量大負擔波

17、動。上述措施的實施，提高了分子篩的吸附性能，增加了空分裝置的氧氣產能。大型國產化空分裝置的優化與應用試 驗 及 工 業 應 用 報告世林化工有限責任公司二 O 一三年五月目 錄 一、試驗的目的.12二、試驗條件.12三、試驗內容.12四、研發的組織措施.12五、調試及工業試驗情況.13試驗及工業應用報告鄂爾多斯市烏審旗化工有限責任公司空分車間于2013年5月8日對28000N.m3/h空分裝置（四川空分設備（集團）有限責任公司制造）進行了連續24的性能測試。一、試驗的目的1、通過測試，確定空壓機組負荷是否能夠增加。2、通過測試，確定增壓機負荷是否增加。3、通過測試，確定純化器設備運行正常。4、

18、通過分析對空分裝置進行全面的考核。二、試驗條件1、空壓機、增壓機、純化器改造完成，安裝工程通過驗收合格。2、改造項目編制試車方案，分子篩活化方案和事故應急預案。三、試驗內容1、空壓壓機推力軸承溫度和壓縮機組打氣量。2、增壓機進氣量、末級排氣壓力和振動情況。3、測試純化器出口氣體成分。4測試空分裝置生產能力。四、研發的組織實施1、對車間人員進行合理分工，保證按期完成試驗。2、改造工程完成后，進行現場驗收。3、設立專人負責詳細記錄各項工藝指標和試驗過程。4、根據現場收集的原始記錄寫出試驗報告。五、調試及工業應用情況1、空壓機推力瓦溫度及空壓機性能測試情況目的：通過測試檢測空壓機推力瓦溫度和空壓機負

19、荷進行考核。空壓機推力瓦溫度情況一覽表時間TIAS01120（）TIAS01121（）TIAS01122（）TIAS01123（）0:008263661002:008263661004:008364671006:008464671008:0084646810110:0085656810212:0086666910314:0086666910416:0085656810318:0085656810220:0085646710222:00846466101結論：空壓機推力瓦溫度較以前有了明顯好轉，低于設計報警值105，取得了明顯的效果。但目前仍然偏高，主要為循環水管網設計問題，我車間將在以后利用停

20、車機會再進行改造。 空壓機密封氣漏油問題，經現場檢查發現，沒有滴油現象。油管線自增加排煙風機后，回油管線暢通，也為機組油溫降低起到了一定作用。2、增壓機性能測試情況目的：通過測試，對增壓機負荷性能進行考核。增壓機性能測試一覽表 參數改造前改造后XIA01102-0.058mm-0.036mmXIA01103-0.041mm-0.021mmTIAS011324847TIAS011338384TIAS011344442TIAS011355959TIAS011366969TIAS011376161TIAS011387373TIAS011396666VIA0110855m12mVIA0110949m7

21、mVIA0111020m18mVIA0111121m20mFI0115078400N.m3/h82000N.m3/hFI011521.1MPa1.2MPaFI011552.5MPa2.6MPaFI011575.9MPa6.9MPa結論：改造后，增壓機軸振動有了明顯好轉，增壓機各級壓力都有所提高，增壓機進氣量液有明顯增加。3、純化器系統運行情況目的：通過分析純化器出口氣體成分，觀察運行參數是否達到設計要求。純化器運行數據一覽表時間空分裝置純化器出口CO2分析（ppm）時間空分裝置純化器出口CO2分析（ppm）0:000.2412:000.242:000.2014:000.284:000.2816:000.366:000.3218:000.248:000.2420:000.2810:000.2022:000.26結論：分子篩后CO2含量為0.30ppm左右，公司控制指標為1ppm，達到了0.5ppm的指標，同時末期未發現超標現象，合格。4、分餾氧氣量變化情況目的：觀察分餾系統氧氣量是否達到設計范圍。液氧泵運行數據一覽表時間液氧泵出口氧氣壓力（MPa）液氧泵出口氧氣流量（N.m3/h）0:004.5255002:004.5260004:004.5265006:004.5270008:004.52800010:004.52700012:004.52650014:004.5265001