空分预冷系统循环水改造

高 波

(河南煤业化工集团中原大化公司，河南濮阳 457000)

河南煤业化工集团中原大化公司空分装置采用杭州制氧股份有限公司设计制造的KDON－52000/61100型空分装置。设计氧气产量52000Nm3/h，氮气产量61100 Nm3/h，氩气产量1600 Nm3/h。空冷系统处理空气量为279000 Nm3/h。因此，空冷系统的安全运转直接关乎后系统的安全。

1 系统概况

空气预冷系统连接于空气过滤压缩系统和分子筛纯化系统之间，主要是为降低进分子筛吸附器的空气的温度与含水量。将空压机组出口的空气温度由88℃降至15℃左右，同时降低了空气中的饱和水分，有利于分子筛的净化，并洗涤掉空气中的粉尘、酸性介质等。

经水泵01P101A(或01P101B)增压后的外界供水(约835m3/h)，进入空冷塔(01C101)的中部，在空冷塔下段与02空气压缩机送入空冷塔下部的湿热空气(≤105℃)作逆流直接接触进行换热，使空气初步冷却，并洗涤空气中的灰尘及空气中能溶于水中的NO2、SO2、Cl2、HF等对分子筛有毒害作用的物质后，水从空冷塔底经阀自动排出。空气上升到塔的上段，与来自水冷塔的冷水(约14℃)作进一步热质交换，空气被冷却到15℃出空冷塔，进入分子筛吸附系统。

空冷塔中部回水(约132m3/h)经布水器流入水冷塔(01C102)的上部，在水冷塔内被空气分离设备来的剩余氮气(污氮气和纯氮气)冷却后，水温降至14℃左右，从塔的下部流出，通过水泵01P102A(或01P102B)增压至12bar，然后进入空冷塔的上部。这路低温水与空气进行热质交换后，汇集在空冷塔中部的中心筒内，然后重新回到水冷塔上部。这样上部形成一个循环(如图一)。

考虑到水冷塔顶部被污氮气带走的水量、空冷塔中心筒内多余溢出到空冷塔下段的水耗，在水冷塔进水管路前设置了一路一次水补水管路，补水量大约为5 m3/h。

图1 空气冷却系统简图

2 存在的问题

2.1 循环水污染

空分系统一直运行良好，但出现过分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量明显升高的现象，分析表AI01203的数值由0.33ppm逐步上涨到4.59ppm(报警值为1.5ppm)，联系仪表现场检查，发现此数值为真值。现场打开循环水导淋，闻到循环水有刺鼻气味，联系中化室取样分析，发现循环水中氨含量由平时20ppm上升到1400ppm，监护运行发现有明显上升趋势，为避免造成更大事故，紧急停车。

2.2 循环水加药带沫

由于循环水是长时间反复使用，并且温度较高，很容易滋生各种藻类和细菌，腐蚀和堵塞管路，所以循环水要定期加药。

2010年，我厂发生一起停车事故。当时操作人员发现空冷塔液位指示异常，联系仪表检查液位计，发现无误后，现场打开循环水导淋，发现循环水中夹带大量泡沫，紧急联系主控。此时，主控人员发现空冷塔进出口压差、出空冷塔空气温度明显异常，为避免分子筛进水，紧急停车。

3 原因分析

中原大化煤化工循环水系统是和各个工段串在一起的，如果甲醇、气化和压缩机组换热器泄漏，会有大量化工介质及油污进入循环水内，通过循环水循环进入空分空冷塔内。我厂循环水中分析有氨、油和各种酸性物质，进入空冷塔后这些物质部分会随空气进入分子筛，分子筛是结晶型的硅铝酸盐，对酸碱要求较高，在酸碱环境下长期使用会使分子筛失效，对分子筛造成不可逆的损坏。

同时，循环水系统经常会加入一些药剂，造成循环水起泡，虽然对其他工段影响不大，但对空分而言，泡沫增多，会造成空冷塔出现假液位，并且泡沫较轻很容易被气流夹带，如果液体超过空冷塔进气口，则会造成更严重的夹带，进而将水带进分子筛，使分子筛失去活性。

4 改进措施

根据生产实际情况和对其它空分装置的了解，空分空冷塔冷却水改为独立循环系统可以排除以上对分子筛影响，延长分子筛寿命，确保分子筛和冷箱安全稳定运行。

拟建循环水系统主要设备需水池一个，风机一台，循环水泵两台。循环水泵出口管线和原常温水泵入口管线联通，两套循环水系统可互相备用。

4.1 设计参数

4.2 节能装置

本套装置其中一台循环水泵采用水轮机来替代原风叶电机。

水轮机是循环水系统节能专用水轮机，该水轮机高效利用循环水系统中的富裕能量可驱动水泵转动，从而替代传统水泵的电机，达到水泵电机100%节能，并确保水轮机安装后不增加水轮机所在系统的水泵电流，还可以减小循环水管道振动、噪声，降低维保费用。

循环水从蜗壳进水口流入水轮机，导叶调节流入水轮机的水流量，流入水轮机的水流相对于水轮机输出轴呈360°对称分布，均匀推动转轮转动，使水轮机振动减小，水轮机、轴承、轴承座、轴的寿命更长。

4.3 过滤装置

重力式无阀滤池采用虹吸原理进水和排走洗砂水，并利用小阻力配水系统和池体本身的水箱来进行反冲洗，且可辅以气、水强制反冲洗。多层滤料级配科学合理，截污能力强，出水浊度低。

它的运行全部自动进行，操作方便，工作稳定可靠，结构简单，造价也较低，比较适合在该循环冷却水系统中作旁滤池用。

5 改造效果及分析

水通过水泵加压到4bar后，直接进入常温水泵进口，通过常温水泵加压到12bar后，打入空冷塔中部，回水利用空冷塔5.5bar空气进入水轮机以带动水泵运转后，一部分进入无阀滤池，一部分直接进入冷却塔。

同时此项目投资较小，总投资费用大约70—80万元，且操作维护相对比较简单。我厂技术基础较好，操作人员有丰富的操作维护及水处理经验，而且能够解决循环水加药起泡分子筛带水、换热器泄漏、酸性物质造成分子筛中毒难题，从根本上为分子筛长周期运行创造条件，有效延长分子筛寿命，确保冷箱安全稳定运行。具有投资小、收益大等优点，经过专业人员多次论证，技改项目切实可行。

6 注意事项

(1)投用水轮机时，首先打开水轮机进口阀门，再缓慢打开出口，给蜗壳冲水，严禁快速打开水轮机出口阀门。

(2)设备初次运转300小时后须排空润滑油，再注入新油。以后，每3个月或者连续运转2000小时更换一次。但若油中异物含量超过2%、金属磨料超过0.5%或含水量超过2%时，也应及时更换新油。

(3)每日观察油位，如发现异常应立即联系电气检查，避免因缺油导致干磨，出现油封、轴承损坏现象。

(4)由于空冷塔填料经过几次扒出清理，部分填料出现了损坏和老化，产生了较多的碎片，要注意水泵的压力和流量，及时倒泵清理滤网。

7 结束语

通过改造，空分循环水的水质有了明显改善。既保护了分子筛，也避免了因循环水问题造成不必要的停车，为空分装置的长周期运行提供了保证。