一種應(yīng)用于氣體深冷分離設(shè)備主精餾塔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主精餾塔。
【背景技術(shù)】
[0002]中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司水氣分廠4#空分裝置，是我公司25萬噸甲醇生產(chǎn)線配套設(shè)備，采用杭州杭氧股份有限公司生產(chǎn)的KD0N30000/24000型空分裝置，工藝流程為分子篩凈化內(nèi)壓縮流程，是當(dāng)前世界氣體深冷分離最先進(jìn)工藝，屬于大型空分設(shè)備。為配套25萬噸甲醇生產(chǎn)用氧氮?dú)饬?，設(shè)備制造廠家杭州杭氧股份有限公司為我廠量身制造，由杭氧廠家先期制氧設(shè)備KD0N28000型制氧機(jī)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的新型制氧設(shè)備。其中壓力氮?dú)?9500Nm3/h設(shè)計(jì)產(chǎn)量可以滿足我化工公司整條生產(chǎn)線壓力氮?dú)饬啃枨?。?009年3月此套設(shè)備運(yùn)行以來，下塔壓力氮?dú)庖恢睙o法達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量，壓力氮在取10000Nm3/h時出冷箱溫度在2°C，壓力氮?dú)饨?jīng)低壓換熱器換熱后送給用戶，當(dāng)送氮量超過10500Nm3/h時，壓力氮?dú)獬隼湎錅囟染蜁S取量的加大逐漸下降到_17°C，偏離原23.5°C?2°C正常設(shè)計(jì)值，即使在這套裝置70%負(fù)荷運(yùn)行時，壓力氮?dú)馔壤×繎?yīng)在13650Nm3/h時只能取1000NmVh的壓力氮?dú)?。為避免對低壓換熱器造成損害及裝置的跑冷，壓力氮?dú)馊×恳恢碧幱诘土髁康臓顟B(tài)，這種工況影響塔內(nèi)氣液平衡、影響精餾塔內(nèi)各段回流比、影響氧產(chǎn)量。壓力氮?dú)馊×坎蛔阈枇硗鈫膳_氮壓機(jī)補(bǔ)充用戶需求量，壓力氮?dú)忾L期達(dá)不到設(shè)計(jì)值，影響了空分正常精餾工況，阻礙了長周期穩(wěn)定運(yùn)行，違背高負(fù)荷降成本的初衷，制約了工廠產(chǎn)能效益發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對上述存在的問題，根據(jù)空分主精餾塔下塔壓力氮取出量影響空分裝置跑冷因素的技術(shù)分析，針對壓力氮?dú)馊×坎蛔銌栴}，提出解決方案:1)將取出管口加高遠(yuǎn)離氣液沸騰區(qū)，減少液滴夾帶；2)將單抽口改為雙抽口減少出口流速。經(jīng)改造后達(dá)到空分精餾工況的穩(wěn)定調(diào)整，運(yùn)行參數(shù)符合設(shè)計(jì)值，降低主精餾塔下塔波動對氬系統(tǒng)的影響，消除低壓換熱器低溫應(yīng)力疲勞和強(qiáng)度破壞，增加了壓力氮?dú)獾漠a(chǎn)量的目的。
[0004]本發(fā)明的一種應(yīng)用于氣體深冷分離設(shè)備主精餾塔，它包含精餾塔主體、兩個壓力氮?dú)馑?nèi)取出管、下塔液氮回流管、一個低壓換熱器、沸騰區(qū)、換熱器和主冷凝蒸發(fā)器；其中，所述的兩個壓力氮?dú)馑?nèi)取出管的出氣口匯聚一起進(jìn)入低壓換熱器，兩個壓力氮?dú)馑?nèi)取出管進(jìn)氣口分別置于精餾塔主體下塔頂部；所述的下塔液氮回流管一端與沸騰區(qū)連通，另一端與換熱器連通；換熱器位于主冷凝蒸發(fā)器中；其中，兩個壓力氮?dú)馑?nèi)取出管在精餾塔主體的沸騰區(qū)上部空間的管口距離主冷凝蒸發(fā)器底部50?60cm。
[0005]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0006]本發(fā)明針對空分裝置進(jìn)行如下改進(jìn):1)將取出管口加高遠(yuǎn)離氣液沸騰區(qū)，消除液滴夾帶；2)將單抽口改為雙抽口減少出口流速。
[0007]通過以上改進(jìn)，帶來以下優(yōu)勢:
[0008](I)安全方面
[0009]通過提高壓力氮取出口的高度以及增加一個壓力氮?dú)馑?nèi)取出管的設(shè)計(jì)，降低了取出氣的流速，消除了壓力氮?dú)庖旱螉A帶現(xiàn)象，避免造成低壓換熱器及管路發(fā)生低溫凍裂危害的重大安全隱患。
[0010](2)經(jīng)濟(jì)效益方面
[0011]處理了設(shè)備故障，壓力氮?dú)庹９┙o后不再低負(fù)荷運(yùn)行，節(jié)約了能源，降低了動力消耗，為我廠的進(jìn)一步發(fā)展提供了保障。各欄目的計(jì)算依據(jù):
[0012]1、節(jié)支總額:150.848萬元
[0013]減少兩臺氮壓機(jī)運(yùn)行費(fèi)用:
[0014]250kwhX0.29X2X8000h+22T/hX0.15X2X8000h = 150.848 萬元
[0015]2、新增利潤:569.152萬元
[0016]新增氮產(chǎn)量3000Nm3/h X 8000h X (λ 3 = 720 萬元
[0017]720-150.848 = 569.152 萬元。
[0018]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路如下:
[0019]首先，本發(fā)明分析壓力氮?dú)鉁囟鹊驮颉８鶕?jù)傳熱計(jì)算基本方式確定低壓換熱器換熱面積的設(shè)計(jì)計(jì)算，此外低壓換熱器另一股上塔污氮反流氣出口溫度符合設(shè)計(jì)值23.5°C，論證了該低壓換熱器在設(shè)計(jì)工況下的性能沒有問題，排除了精餾塔外引發(fā)壓力氮?dú)鉁囟鹊鸵蛩亍?br>[0020]其次，第二因素就是壓力氮?dú)鈦須馄焚|(zhì)，下塔上部引出的壓力氮取出口部位有篩板液層懸浮的液滴與氮?dú)庖煌〕鏊屯蛪簱Q熱器，低壓換熱器對含有液滴的壓力氮?dú)鈸Q熱效率下降，這是導(dǎo)致壓力氮?dú)獬隼湎錅囟鹊偷闹饕?。壓力氮?dú)饣謴?fù)到設(shè)計(jì)流量需要將取出管口位置、方式進(jìn)行改造，首先提升1.04米壓力氮?dú)馊夤芨叨?，同時在主冷凝蒸發(fā)器315°方向增加一根DN300的壓力氮引出管，并與原來氮?dú)夤芫€并聯(lián)，兩管取氣方式降低了取氣流速以達(dá)到減少液滴夾帶的作用，這兩種處理方式恢復(fù)了壓力氮?dú)庹９r。
[0021]由于保冷箱內(nèi)的管路多數(shù)為低溫液體或低溫氣體管路，但它們的溫度水平也不同。為了盡量避免不必要的冷損，在配管時應(yīng)注意下列事項(xiàng):
[0022]I)各管路不得相碰，冷熱管不應(yīng)靠得太近，間距應(yīng)大于100mm。最好不要相互平行布置；2)各種液體管路或冷管應(yīng)盡量靠近內(nèi)部冷容器，而氣體管路布置在液體管路之外；3)氣體管路離保冷箱壁的距離(也就是絕熱層厚度)應(yīng)在下列范圍:在-50?-130°C時，應(yīng)大于200?400mm ;在-130?_196°C時，應(yīng)大于300?600mm ；4)液體排出管路應(yīng)特別注意防止液體不斷氣化而增加的冷損。引出管宜向上傾斜，并在靠近保冷箱約800mm范圍內(nèi)做成向上的彎管，高度約為6?10倍直徑，但不得小于200mm。如果存在不合理的配置，整根排液管都充滿了液體，而靠近保冷箱外殼處由于溫度升高，管內(nèi)液體將氣化。氣泡向上運(yùn)動又會返回容器內(nèi)，同時新的液體又繼續(xù)下流。這樣不斷往返，整根管內(nèi)始終有液體不斷氣化，四周筒殼溫度降低，產(chǎn)生冷結(jié)霜現(xiàn)象，甚至凍裂保冷箱體，冷量不斷地散失掉。較合理配置是當(dāng)閥門關(guān)閉時形成一個液封，液體不會不斷流到閥門側(cè)氣化。有的對液體排出管路加有加溫套管，以防凍結(jié)；5)為了減少通過管路及設(shè)備支架的冷損，安裝時應(yīng)加導(dǎo)熱性能差的石棉墊。
[0023]在空分塔頂部既有液氮，又有氣氮:在煮開水時我們可以看到，在大氣壓力下，溫度升高到100°c，水開始沸騰。但是，水不是一下子全部變成蒸汽的，而是隨著吸收熱量，蒸汽量不斷增加。在汽、液共存的階段，叫“飽和狀態(tài)”。該狀態(tài)下的蒸汽叫“飽和蒸汽”，水叫“飽和水”。在整個汽化階段，蒸汽與水具有相同的溫度，所以又叫“飽和溫度”。
[0024]精餾塔頂部的情況與此類似，氣氮與液氮是處于共存的飽和狀態(tài)，具有相同的飽和溫度。但是，相同溫度下的飽和液體及飽和蒸氣屬于不同的狀態(tài)。飽和蒸氣放出熱可冷凝成飽和液體，溫度保持不變，這部分熱量稱為“冷凝潛熱”;飽和液體吸收熱可氣化成飽和蒸氣，溫度也維持飽和溫度不變，這部分熱量稱為“蒸發(fā)潛熱”。對同一種物質(zhì)，在相同的壓力下，二者在數(shù)值上相等。
[0025]影響換熱器傳熱量(熱負(fù)荷)的因素:流體通過壁面的傳熱過程是一個較為復(fù)雜的過程，影響傳熱量的因素很多。實(shí)驗(yàn)表明，每小時的傳熱量Q(也叫熱負(fù)荷)與冷、熱流體的溫度差A(yù)t(°C)成正比，與傳熱面積F(m2)的大小成正比，寫成公式則為
[0026]Q = 3600KF Δ t (kj/h)
[0027]式中的系數(shù)K叫傳熱