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空分裝置主冷液氧連續(xù)排放復熱氧氣持續(xù)回收安全節(jié)能

文檔作者：陳玉龍魏士勇張守明文檔來源：大慶石化公司水氣廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月03日
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化工能源化 工 設 計 通 訊
·146·
Chemical Energy Chemical Engineering Design Communications
第42卷第2期
2016年2月
1 空分裝置主冷運行現(xiàn)狀
空分裝置最大的應用領域是冶金和石化行業(yè)，而這些用戶
恰恰是空氣中碳氫化合物含量較高、易發(fā)生主冷爆炸的用戶。
空分裝置主冷凝蒸發(fā)器內碳氫含量增高，如未及時采取處理
措施，碳氫含量達到一定值將會發(fā)生爆炸，這是困擾空分行
業(yè)的一大難題?？辗盅b置主冷凝蒸發(fā)器爆炸的機理是液氧中
的乙炔、乙烷等碳氫化合物集聚，并與液氧中氧化亞氮共同
作用的結果，近幾年相繼有空分設備發(fā)生爆炸事故的案例。
我廠有兩套空分裝置，裝置主冷碳氫中的甲烷和乙烷經常
出現(xiàn)超過控制指標的現(xiàn)象?；ぱb置生產的特性是連續(xù)性，這
就要求作為公用工程的空分裝置不可能停車處理。根據(jù)目前國
內同等生產能力空分裝置來看，只能采用主冷凝蒸發(fā)器全浸操
作，減少固體碳氫化合物和換熱器器壁碰撞幾率的辦法，同時
增加膨脹量實現(xiàn)主冷液氧連續(xù)排放，來稀釋碳氫化合物含量。
2 空分裝置通用的安全措施
根據(jù)空分行業(yè)關于裝置主冷碳氫化合物的控制標準要求，
空分裝置主冷液氧一直采用全浸式操作，這種做法可有效減
少固體碳氫化合物和換熱器器壁的碰撞幾率。同時是采用離
線和在線監(jiān)測的方法，監(jiān)控液氧中碳氫化合物含量，在液氧
中碳氫化合物超出指標時，采用排放液氧的辦法來降低碳氫
化合物含量，從而保障空分裝置平穩(wěn)生產。
為更加有效地控制主冷中碳氫化合物的含量，目前采取最
有效的方式是內壓縮工藝流程法。內壓縮工藝流程采用液氧泵
抽取液氧的方式，使液氧在主冷內流動起來，因此有效地克服
了碳氫化合物的集聚。但是這種工藝流程在裝置設計時采用，
對于已經投產的老裝置不具備實施條件。除此之外還有液氧吸
附器吸附法、液氧安全排放法、液氧霧化回收法和液氧罐汽化
回收法，但是這幾種方法不同程度上存在著缺陷，有的不能吸
附所有的碳氫組分，有的不能實現(xiàn)液氧的連續(xù)回收。
3 我廠空分裝置的技術革新
我廠的兩套空分裝置分別于1985 年和1988 年建成投產，
在投用初期均無有效的主冷液氧排放控制方法，后經過技術
改造，雖采用不同的液氧排放流程，但是最終都實現(xiàn)了主冷
液氧的連續(xù)排放，而且復熱后的氧氣都得到回收，同時降低
了用于液氧汽化的蒸汽消耗。
3.1 一套空分的主冷碳氫控制方法
一套空分原設計中有一套液氧噴射器，液氧排放后通
入蒸汽將液氧汽化并排至大氣。原設計存在的主要缺點是：
1）液氧的量不能有效控制，完全憑經驗人工控制，排放量小
的時候起不到安全作用，排放量大又意味著浪費太大；2）液
氧汽化后排放到大氣中，不僅浪費了蒸汽，而且氧氣放空也
存在不安全因素；3）蒸汽同液氧混合在放空區(qū)域形成水霧，
影響裝置及周圍環(huán)境，并產生噪聲。
我們測算目前空分裝置主冷碳氫年平均含量、最大量、最
小量和目前應實施的排放量，通過排放后氧氣氣化溫度控制
排放量的方法來稀釋主冷液氧中碳氫含量。根據(jù)目前排放量，
基本可以將大于氧氣產量0.5% 的液氧連續(xù)排放并噴射到氧氣
中加以回收，以防碳氫化合物在主冷液氧中聚集。
3.1.1 技術革新的工藝流程簡述
從空分裝置主冷引出液氧進入新增加的換熱器E1-4，在換
熱器中，液氧與壓縮后的空氣進行換熱，使液氧達到常溫（10℃
左右）進入去氧壓機的氧氣管線，再由氧壓機升壓外送；換熱
后空氣的溫度與進入主換熱器E1換熱的空氣溫度相同，共同進
入下塔參與精餾。通過調整出換熱器氧氣產品的溫度和空氣換
熱后的溫度來控制空氣進入換熱器E1-4閥門的開度，達到自動
控制的目的，避免了人工排放液氧的盲目性并實現(xiàn)連續(xù)排放。
根據(jù)主冷液氧碳氫化合物含量的情況，適當調整液氧排放閥門
的開度，從而改變液氧安全排放量，確?？辗盅b置安全運行。
根據(jù)出換熱器氧氣產品的溫度，自動控制空氣進入換熱器
的流量，再根據(jù)出換熱器氧氣產品的溫度和空氣換熱后的溫
度調整液氧的排放量，可實現(xiàn)液氧排放準確性和連續(xù)性，避
免人工排放盲目性。采用新技術后不僅防止液氧排放量過大
而凍壞下游氧氣管道，而且排放的液氧氣化后能夠回收，節(jié)
約蒸汽消耗。
3.1.2 工藝流程圖
3.1.3 技術革新投用后的效果
2004 年6 月27 日，在一套空分裝置大檢修期間，該項目
得到實施，并于8 月17 日投用主冷碳氫控制系統(tǒng)，在8 月23 日
至8 月30 日一周時間內對該系統(tǒng)進行標定，通過標定證明主
摘 要：國內的空分裝置為了降低空分主冷中碳氫組分的含量，一般做法是建議加大主冷液氧排放量來稀釋空分主冷中的
碳氫。如何做到空分主冷液氧的連續(xù)排放，且能夠達到液氧回收的目的，我們經過分析研究，采用氣化回收的方法，這樣既可
以提高氧氣產量，同時又可以減少由于汽化而造成的蒸汽消耗。該方法實施后，達到了空分裝置安全節(jié)能的目標。
關鍵詞：空分裝置；主冷；碳氫；氣化回收；節(jié)能
中圖分類號：TE357.46 文獻標志碼：A 文章編號：1003-6490（2016）02-0146-02
Air Separation Unit Main Cold Liquid Oxygen Discharge Recuperative
Continuous Oxygen Sustained Recovery Energy Security
Chen Yu-long，Wei Shi-yong，Zhang Shou-ming
Abstract ：The domestic air separation plant in order to reduce the content of main cold air separation of hydrocarbon components，
the general practice is to recommend to increase the main cold liquid oxygen emissions to dilute the main cold air separation of
hydrocarbons.How do ASU main cold liquid oxygen continuous emission，and can reach the oxygen recovery purposes，we analyzed
studies，the use of recycled gasification method，both to increase oxygen production，but also can reduce the vaporization caused steam
consumption.After this manner to achieve the goals of safety and energy saving air separation unit.
Key words ：air separation device ；the cold ；hydrocarbon ；gasification recycling ；energy saving
空分裝置主冷液氧連續(xù)排放復熱氧氣持續(xù)回收安全節(jié)能
陳玉龍，魏士勇，張守明
（大慶石化公司水氣廠，黑龍江大慶 163714）
收稿日期：2016-02-10
作者簡介： 陳玉龍（1979—），男，山東肥城人，工程師，主要從事
公用工程裝置運行管理工作。
化 工 設 計 通 訊 化工能源
·147·
Chemical Engineering Design Communications Chemical Energy
第42卷第2期
2016年2月
冷碳氫控制系統(tǒng)運行正常，所有參數(shù)均符合控制指標，主冷
碳氫含量控制在規(guī)定范圍內，系統(tǒng)投入正常使用。依據(jù)2003
年和2004 年8 月份同期數(shù)據(jù)對比行程見圖2。
E1-3
800-1
90-1
800-2
FIQ
A01
PI
A01
S
TCV-A01
TI
S
HV-A01
E1-4
90-2 A02
從空氣凈化系統(tǒng)來to OCP
C2
C1
K1
圖1 主冷碳氫控制流程原理圖
2003年與2004年主冷碳氫數(shù)據(jù)對比表
0
20
40
60
80
100
120
140
8月1日
8月3日
8月5日
8月7日
8月9日
8月11日
8月13日
8月15日
8月17日
8月19日
8月21日
8月23日
8月25日
8月27日
8月29日
8月31日
時間
數(shù)值
2004年CH4數(shù)據(jù)
2004年C2H6數(shù)據(jù)
2004年C3H8數(shù)據(jù)
2003年CH4數(shù)據(jù)
2003年C2H6數(shù)據(jù)
2003年C3H8數(shù)據(jù)
圖2 一套空分2003年與2004年主冷碳氫數(shù)據(jù)對比圖
從2003年8月份和2004年8月份的主冷碳氫數(shù)據(jù)對比可以
看出，主冷液氧中乙烷和丙烷的含量明顯降低。特別是2004
年8 月17 日主冷碳氫控制系統(tǒng)投用以后，主冷中乙烷的含量
低于6.4×10-6，丙烷的含量低于1.8×10-6。監(jiān)測的數(shù)據(jù)完全在
控制指標范圍內，滿足工藝和安全的要求。由此可見，一套
空分主冷碳氫控制系統(tǒng)的作用是顯而易見的。
3.2 二套空分的主冷碳氫控制方法
3.2.1 液氧排放流程簡介
主冷液氧中有少量的碳氫化合物，隨著液氧的不斷蒸發(fā)，
碳氫化合物將會逐漸濃縮，易發(fā)生主冷爆炸事故。二套空分
裝置為消除此安全隱患，采取從主冷凝蒸發(fā)器底部抽取一部
分液氧，通過V7閥門控制液氧排放量，利用液氧噴射蒸發(fā)器
將液氧瞬間氣化，送至氧壓機入口。
3.2.2 工藝流程簡圖
上塔
主換熱器后氧氣 送至氧壓機
OE101
V7
DN25
HC
7
2K1
2C1
圖3 二套空分裝置碳氫控制流程簡圖
3.2.3 技術革新投用后的效果
該項技術革新于2012 年裝置改擴建時改造并投用，投用
后運行效果一直良好，二套空分裝置主冷液氧中碳氫化合物
含量始終在控制指標范圍內。在日常生產中，化驗能分析出
甲烷、乙烷的含量值，其余碳氫化合物含量均小于0.01×10-（6 大
于此值時能夠分析出數(shù)值），下表統(tǒng)計了2016 年1 月二套空分
裝置主冷液氧液位（上午8 ：00 時）、甲烷值和乙烷值，由于
其它碳氫化合物含量都小于0.01×10-6，因此不進行統(tǒng)計。
從圖4 中可看出，二套空分裝置2016 年1 月份主冷液氧
中甲烷值波動區(qū)間在（40-90）×10-6，僅1 次超標分析值為
101.3×10-6。主冷液氧中乙烷值在10×10-6 上下波動，均達合
格狀態(tài)。
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
主冷中甲烷值主冷液氧液位主冷中乙烷值
圖4 二套空分2016年1月份主冷碳氫數(shù)據(jù)圖
4 技術革新總結
我廠兩套空分裝置的技術革新主要針對排放液氧，降低
液氧中碳氫化合物含量保障空分安全生產問題。對主冷中液
氧采用連續(xù)排放的方法，降低空分主冷液氧中碳氫含量，方
法實施后不僅實現(xiàn)了液氧的連續(xù)排放、可以提高氧氣產量，
而且可以減少目前液氧排放利用蒸汽汽化能耗。
4.1 技術革新的工藝原理
一套空分裝置革新方案的原理是在保持進塔冷量總體平
衡和物料平衡的基礎上，參照一套空分裝置的實際條件，合
理地利用壓力差取代內壓縮流程的液氧泵，利用外壓縮工藝
流程的方式，實現(xiàn)了液氧的連續(xù)排放和回收，并且將系統(tǒng)排
放的冷量回收利用，以此滿足正常生產和安全要求。
二套空分裝置革新的原理是在液氧安全排放法的基礎之
上，在液氧排放流程中增加特殊的液氧噴射蒸發(fā)器，利用該
設備同冷箱外氧氣管道直接相連，液氧經過噴射后氣化成氧
氣并送入氧氣管道。在日常操作中通過監(jiān)控液氧噴射蒸發(fā)器
兩端的溫差，控制液氧的安全排放。這種外壓縮流程的技術
革新不僅實現(xiàn)了液氧的安全排放，而且達到了回收放空液氧
的目標。
4.2 技術革新產生的經濟效益
液氧排放量控制在0.125-0.5m3/h，即按照工藝要求折算成
氧氣控制在100-400 m3/h，氧氣回收量按最小值100m3/h 計算。
（1）氧氣回收量：100m3/h×0.58 元/m3 ×24×360=50.11萬
元。
（2）減少蒸汽損失：0.05t/h×100.53 元/t×24×360=4.34萬
元。
（3）合計54.45 萬元
主冷碳氫控制系統(tǒng)投用以后，每年節(jié)省費用最小值是
54.45 萬元，兩套空分裝置年節(jié)約費用109 萬元。如按照氧氣
外送單獨計算，每年增加效益100 萬元。
5 結束語
主冷碳氫控制系統(tǒng)主要針對排放液氧，降低液氧中碳氫
化合物含量保障空分生產問題。液氧氣化后不僅增加了氧氣
產量，而且全部得以回收；減少蒸汽浪費，消除氧氣放空的
不安全因素；同時裝置及周圍環(huán)境得到改善，消除了噪聲污染。
方案實施后液氧碳氫含量始終控制在安全值范圍內。該方案
對同類裝置的主冷碳氫控制有很好的借鑒作用。
參考文獻
[1] 崔炳彤、趙國榮. 空分裝置液氧復熱回收工藝[J]. 低溫與特氣，
2006.
[2] 馮香玖、黃文三. 大中型外壓縮流程空分裝置防爆技術[p]. 專利庫：
2007.05.

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