CN102853713B - 内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的方法，包括如下步骤：（1）利用富余氮气通过氮气透平压缩机提压后送往反吹管线；（2）将步骤（1）所得氮气分成两路，一路进入高压板式换热器高压空气通道；另一路进入高压板式换热器膨胀空气通道。系统包括两台高压板式换热器，在高压空气通道和膨胀空气通道的中间段分别割掉一段管段，在高压板式换热器热端入口处分别开设高压空气和膨胀空气的吹扫口，两吹扫口均连接吹扫管路，所述吹扫管路为依次相连的氮气透平压缩机、气体分布器、吹扫气压力表、吹扫气进高板阀和吹扫气流量计。本发明彻底解决了高压板式换热器温差大的问题，确保装置长周期稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的方法及系统。
背景技术
内压缩流程空分制氧技术是当今世界应用最普遍的大型煤化工生产技术之一，空分采用内压缩流程，液氧、液氮经液体泵压缩后在高压板式换热器内与高压空气换热气化后送往后系统，所以高压板式换热效果直接影响到整个系统生产负荷及能耗。空分高压板式换热器在运行中经常温差较高，导致装置能耗居高不下，缩小高压板式换热器温差势在必行。导致高压板式换热器温差增大的主要原因是高压板式换热器内存在异物（冰堵、铝屑等），堵塞了高压板式换热器换热器部分流道，在不损坏高压板式换热器换热器的前提下清除流道内异物并保持系统高负荷、长周期运行，是当前急需解决的难题。
传统解决高压板式换热器内异物的方法是对整个系统进行加温吹扫（图1所示），但高压板式换热器高压空气通道和膨胀空气通道没有设置专门的吹扫口，对换热器内存在的异物无法通过普通加温吹扫的方法进行彻底清除，不能从根本上解决高板换热器堵塞问题；同时针对内压缩空分流程中（高板）高板换热器的启动开车方法在目前的工艺流程状况下仍然存在被冻堵的可能，因此传统的方法无法彻底解决目前存在的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服现有工艺流程的缺陷，提供一种内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的方法及系统，其既可有效缩小高压板式换热器温差，又可保障长周期稳定运行的高压板式换热器反吹新工艺及相应生产线。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的方法，包括如下步骤：
（1）利用富余氮气通过氮气透平压缩机提压后送往反吹管线，氮气量控制在≥10000Nm3/h，氮气压力控制在0.5MPa，流速控制在≥20m/s；控制进入高压板式换热器膨胀空气通道、高压空气通道流速均≥20m/s。
（2）将步骤（1）所得氮气分成两路，一路进入高压板式换热器高压空气通道；另一路进入高压板式换热器膨胀空气通道。
作为优化，将老空分的富余氮气，利用氮气透平压缩机压缩至0.5MPa，流量≥10000Nm3/h，进入28000m3/h空分分子筛后的气体分布器进行缓冲，防止压力波动。
作为优化，步骤中空气吹扫口设在高压板式换热器热端入口处。在高压板式换热器的膨胀空气和高压空气热端入口处开设吹扫口，对两个通道分别进行反吹。两个吹扫口已以达到吹扫管线最近的目的，实现高压板式换热器翅片内异物的彻底吹扫。
作为优化，在将高压空气和膨胀空气进高压板式换热器之前管线的中间段分别割掉一个管段，作为吹除气的排出口。
作为优化，利用系统富余氮气，借助系统空气通道，利用气体分布器作为缓冲罐，在缓冲罐提压至0.5MPa后进入吹扫通道利用爆破吹扫法对两个通道进行吹扫，最后吹扫气体在距离高压板式换热器热端0.3~0.5m处排出。
为了解决因空气增压机末端冷却器微漏而导致循环水进入高压板式换热器冻堵的问题，在空气增压机出口至高压板式换热器高压空气管线上设置截止阀及吹除口。开车初期待空气增压机末端压力高于循环水压力，且分析进高压板式换热器的空气露点温度≤-60℃时，方可逐渐开启该截止阀，关闭吹除阀，防止湿空气进入高压板式换热器影响换热器温差。
作为优化，在设置吹扫流程时，对两组换热器的空气通道和膨胀空气通道分别进行吹扫，这样可以减少倒换吹扫口的焊接次数。为保证吹扫效果，不仅采用反向间断吹扫法，而且控制反吹气体流速达到20m/s以上，即根据高压板式换热器空气通道、膨胀空气通道截面积计算得知，必须控制反吹空气流量达到10000Nm3/h。
上述方法的具体步骤是：
（1）首先在高压空气通道上设有截止阀和进高板前高压空气吹除阀，确认膨胀机增压端进、出口阀关闭、两台膨胀机增压端冷却器气侧吹除阀关闭、膨胀机膨胀端进口阀关闭、高压液空节流阀及新配的截止阀关闭、并关闭与低压空气和高压换热器相连的所有阀门；
（2）将高压空气和膨胀空气进高压板式换热器之前管线的中间段分别割掉一个管段，高压空气管道上形成切口Ⅰ（高压空气进2#高压板式换热器管道切口）和切口Ⅱ（高压空气进1#高压板式换热器管道切口），膨胀管道上形成切口Ⅲ（膨胀空气进2#高压板式换热器管道切口）和切口Ⅳ（膨胀空气进1#高压板式换热器管道切口），其中切口Ⅱ和切口Ⅲ分别利用铝管引向分馏塔外做吹扫放空通道，将切口Ⅰ和切口Ⅳ分别用管帽焊接封死；
（3）将吹扫管路上的连接膨胀空气管路上的法兰Ⅰ（吹扫高板膨胀空气的临时吹扫管道法兰）用盲板盲死；
（4）联系氮气透平压缩机送氮气，用吹扫气进高板阀吹扫1#高压板式换热器Ⅰ的高压空气通道，即吹除气从切口Ⅱ（高压空气进1#高压板式换热器管道切口）排出；
（5）切口Ⅱ（高压空气进1#高压板式换热器管道切口）所在通道吹除合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
（6）将法兰Ⅰ（吹扫高板膨胀空气的临时吹扫管道法兰）的盲板倒入到法兰Ⅱ（吹扫高板高压空气的临时吹扫管道法兰），开始吹扫2#高板的膨胀空气通道；
（7）联系氮气透平压缩机送氮气，打开吹扫气进高板阀进行吹扫2#高压板式换热器Ⅱ的膨胀空气通道，即吹除气从切口Ⅲ（膨胀空气进2#高压板式换热器管道切口）排出；
（8）吹除合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
（9）将切口Ⅰ和切口Ⅳ的管帽割开，再将切口Ⅱ和切口Ⅲ用管帽封死；
（10）联系氮气透平压缩机送氮气，打开吹扫气进高板阀进行吹扫1#高压板式换热器的膨胀空气通道，即吹除气从切口Ⅳ吹出；
（11）吹除合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
（12）将法兰Ⅱ的盲板倒入法兰Ⅰ，吹扫2#高板高压空气通道；
（13）联系氮气透平压缩机送氮气，打开吹扫气进高板阀进行吹扫高压板式换热器Ⅱ的高压空气通道，即吹除气从切口Ⅰ吹出；
（14）吹扫合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
（15）拆除所有临时管线和管帽，将管线恢复到原来状态。
本发明高压板式换热器反吹新工艺一方面利用富余的压力氮气，达到节能降耗的要求；另一方面从高压板式换热器冷端进气进行反向爆破吹扫，实现板式翅片间的彻底吹扫；在设置反吹流程的同时，对进高压板式换热器的空气管线进行流程再造，有效防止湿空气进入换热器。使用本发明所述工艺，在空分装置的安装吹扫阶段，能够实现高压板式换热器内无异物积聚，保证换热效果；在空分装置正常运行时有效防止湿空气进入高压板式换热器而导致冰堵事件的发生，实现节能降耗。
一种内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的系统，包括两台高压板式换热器，高压板式换热器前端分别连接高压空气通道和膨胀空气通道，后端一路连接膨胀机膨胀端进口阀和膨胀机，另一路连接高压液空节流阀和吹除阀，在高压空气通道和膨胀空气通道的中间段分别割掉一段管段，在高压板式换热器热端入口处分别开设高压空气和膨胀空气的吹扫口，两吹扫口均连接吹扫管路，所述吹扫管路为依次相连的氮气透平压缩机、气体分布器、吹扫气压力表、吹扫气进高板阀和吹扫气流量计，所述吹扫气流量计通过关开与两吹扫口相连。
作为优化，所述开关为分别连接两个吹扫口的法兰以及用于封堵法兰的盲板。
作为优化，所述氮气透平压缩机和气体分布器之间的管路上还连接其它进气管路。
作为优化，所述高压空气通道上在割掉一段管段之前设有截止阀和进高板前高压空气吹除阀。对进高压板式换热器空气流程进行优化改造，彻底杜绝了因空气增压机冷却器泄漏而导致的湿空气进入，确保吹扫后的高压板式换热器的温差在控制指标范围内。
本发明具有以下有益效果：高压板式换热器反吹新工艺流程彻底解决了高压板式换热器温差大的问题，杜绝了因高压板式换热器引起的故障停车现象发生，确保装置长周期稳定运行。应用本发明在技术改造费用少、不需要空分冷箱全面扒砂的情况下，将高压板式换热器温差降至设计指标以内，使装置氧气产量达到设计值，同时节能、降耗效果明显。
附图说明
图1是背景技术中的工艺流程简图；
图2是高板反吹及高板启动操作新技术的流程简图。
图中：1.氮气透平压缩机、2.气体分布器、3.吹扫气压力表、4.吹扫气进高板阀、5.吹扫气流量计、6.法兰Ⅰ、7.法兰Ⅱ、8.高压液空节流阀、9.吹除阀、10.膨胀机膨胀端进口阀、11.膨胀机增压端出口阀、12.截止阀（高压空气进高压板式换热器截止阀）、13.进高板前高压空气吹除阀、14.切口Ⅰ、15.切口Ⅱ、16.切口Ⅲ、17.切口Ⅳ、18-1.1#高压板式换热器、18-2.2#高压板式换热器，19.低压板式换热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在本专利的描述中，“高板”指的是高压板式换热器。
兖矿鲁南化肥厂28000m3/h空分是我厂双结构调整项目的（龙头）配套装置，该装置的运行质量，直接影响到整个双结构生产系统稳定运行。28000m3/h空分采用内压缩流程，液氧、液氮经液体泵压缩后在高压板式换热器内与高压空气换热气化后送往后系统，所以高压板式换热效果直接影响到整个系统生产负荷及能耗。
28000m3/h空分高压板式换热器温差自2008年7月1日系统投运以来始终高于设计值2.5℃，最高达20℃，导致装置能耗居高不下，缩小高压板式换热器温差势在必行。导致高压板式换热器温差增大的主要原因是高压板式换热器内存在异物（冰堵、铝屑等），堵塞了高压板式换热器换热器部分流道，在不损坏高压板式换热器换热器的前提下清除流道内异物并保持系统高负荷、长周期运行，是当前急需解决的难题。
针对该难题，2011年5月申请人提供了28000m3/h空分冷箱内缩小高压板式换热器温差的系统，如图2所示：
该系统包括两台高压板式换热器18-1和18-2，高压板式换热器18-1和18-2的前端分别连接高压空气通道和膨胀空气通道，膨胀空气通道上还设有膨胀机增压端出口阀11，高压空气通道上连接新配置的截止阀12（高压空气进高压板式换热器截止阀），在截上阀12前端设吹除口，吹除口设有进高板前高压空气吹除阀13。后端一路连接膨胀机膨胀端进口阀10和膨胀机，另一路连接高压液空节流阀8和吹除阀9。在连接高压板式换热器18-1的高压空气通道和膨胀空气通道的中间段分别割掉一段长800mm左右的管段，在高压板式换热器18-1和18-2热端入口处分别开设高压空气和膨胀空气的吹扫口，两吹扫口均连接吹扫管路，所述吹扫管路为依次相连的氮气透平压缩机1、气体分布器2、吹扫气压力表3、吹扫气进高板阀4和吹扫气流量计5，所述吹扫气流量计5通过法兰Ⅰ6与连接膨胀空气的吹扫口相连，通过法兰Ⅱ7与连接高压空气的吹扫口相连。使用时将盲板盲死，做为吹扫管路的开关。
所述氮气透平压缩机1和气体分布器2之间的管路上还连接低压空气进低压板式换热器19的进气管路。
截上阀12和吹除口是为了解决因空气增压机末端冷却器微漏而导致循环水进入高压板式换热器冻堵的问题。开车初期待空气增压机末端压力高于循环水压力，且分析进高压板式换热器的空气露点温度≤-60℃时，方可逐渐开启该截止阀，关闭吹除阀，防止湿空气进入高压板式换热器影响换热器温差。
同时，申请人采用该系统使用的缩小高压板式换热器温差的反吹的具体步骤，如图2所示：
（1）首先确认关闭膨胀机增压端进、出口阀11，关闭两台膨胀机增压端冷却器气侧吹除阀（即进高板前高压空气吹除阀13），关闭膨胀机膨胀端进口阀10，关闭高压液空节流阀8及新配的截止阀12，并关闭与低压空气和高压板式换热器相连的所有阀门；
（2）将高压空气和膨胀空气进高压板式换热器之前管线的中间段分别割掉一个长800mm左右的管段，高压空气管道上形成切口Ⅰ14和切口Ⅱ15，膨胀管道上形成切口Ⅲ16和切口Ⅳ17，其中切口Ⅱ15和切口Ⅳ17近高压板式换热器，其中切口Ⅱ15和切口Ⅲ16向冷箱外分别引出吹扫临时管道，并将切口Ⅰ14和切口Ⅳ17分别用管帽封死；
（3）将吹扫管路上的连接膨胀空气管路上的法兰Ⅰ6（吹扫高板膨胀空气的临时吹扫管道法兰）用盲板盲死；
（4）联系氮气透平压缩机1送氮气，用吹扫气进高板阀4吹扫高压板式换热器Ⅰ18-1的高压空气通道，即吹除气从切口Ⅱ15（高压空气进1#高压板式换热器管道切口）排出；
（5）切口Ⅱ15（高压空气进1#高压板式换热器管道切口）所在通道吹除合格后，联系氮气透平压缩机1将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀4；
（6）将法兰Ⅰ6（吹扫高板膨胀空气的临时吹扫管道法兰）的盲板倒入到法兰Ⅱ7（吹扫高板高压空气的临时吹扫管道法兰），开始吹扫2#高板的膨胀空气通道；
（7）联系氮气透平压缩机1送氮气，打开吹扫气进高板阀4进行吹扫2#高压板式换热器18-2的膨胀空气通道，即吹除气从切口Ⅲ16（膨胀空气进2#高压板式换热器管道切口）排出；
（8）吹除合格后，联系氮气透平压缩机1将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀4；
（9）将切口Ⅰ14和切口Ⅳ17的管帽割开，分别装在对应的切口上，即切口Ⅰ14的管帽焊点在切口Ⅱ上，切口Ⅳ17的管帽焊在切口Ⅲ16（膨胀空气进2#高压板式换热器管道切口）上；
（10）联系氮气透平压缩机1送氮气，打开吹扫气进高板阀4进行吹扫高压板式换热器Ⅰ18-1的膨胀空气通道，即吹除气从切口Ⅳ17吹出；
（11）吹除合格后，联系氮气透平压缩机1将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀4；
（12）将法兰Ⅱ7的盲板倒入法兰Ⅰ6，将切口Ⅰ14的石棉板和塑料布拆除，然后将切口Ⅳ17用石棉板和塑料布包扎好，以防吹扫时珠光砂进入切口Ⅳ17内；
（13）联系氮气透平压缩机1送氮气，打开吹扫气进高板阀4进行吹扫高压板式换热器Ⅱ18-2的高压空气通道，即吹除气从切口Ⅰ14吹出；
（14）吹扫合格后，联系氮气透平压缩机1将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀4；
（15）拆除所有临时管线和管帽，将管线恢复到原来状态。
自使用该系统及方法以来，将高压板式换热器温差降至设计指标以内，对其内的异物做到了彻底清除，从而保障了系统长期稳定的运行。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的方法，其特征在于，具体步骤是：
(1)首先在1#和2#两台高压板式换热器前端的高压空气通道上设置截止阀及吹除口，截止阀前端的所述吹除口上设有进高板前高压空气吹除阀，并确认截止阀关闭，确认关闭设置在两台高压板式换热器前端膨胀空气通道上的膨胀机增压端出口阀，关闭进高板前高压空气吹除阀，关闭连接两台高压板式换热器后端一路的膨胀机膨胀端进口阀，关闭连接两台高压板式换热器后端另一路的高压液空节流阀；
(2)将高压空气和膨胀空气进1#高压板式换热器之前管线的中间段分别割掉一个管段，高压空气通道上形成切口Ⅰ和切口Ⅱ，膨胀空气通道上形成切口Ⅲ和切口Ⅳ，其中切口Ⅱ和切口Ⅳ近1#高压板式换热器，将切口Ⅰ和切口Ⅳ分别用管帽焊接封死，切口Ⅱ和切口Ⅲ分别连接向分馏塔外引出的吹扫管道；
在两个高压板式换热器后端一路入口处开设膨胀空气的吹扫口,在两个高压板式换热器后端另一路入口处开设高压空气吹扫口；两吹扫口均连接吹扫管路,所述吹扫管路为依次相连的氮气透平压缩机、气体分布器、吹扫气压力表、吹扫气进高板阀和吹扫气流量计，所述吹扫气流量计通过法兰Ⅰ和法兰Ⅱ与两吹扫口相连；
(3)将吹扫管路上的连接膨胀空气通道上的法兰Ⅰ用盲板盲死；
(4)利用氮气透平压缩机送氮气，氮气量控制在≥10000Nm3/h，氮气压力控制在0.5MPa，流速控制在≥20m/s，经气体分布器后，氮气再经过吹扫气进高板阀后进入1#高压板式换热器的高压空气通道进行吹扫，即吹除气从切口Ⅱ排出；
(5)切口Ⅱ所在通道吹除合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
(6)将法兰Ⅰ的盲板倒入到吹扫管路上的连接高压空气通道上的法兰Ⅱ，开始吹扫2#高压板式换热器的膨胀空气通道；
(7)利用氮气透平压缩机送氮气，打开吹扫气进高板阀进行吹扫2#高压板式换热器的膨胀空气通道，即吹除气从切口Ⅲ排出；
(8)吹除合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
(9)将切口Ⅰ和切口Ⅳ的管帽割开，再将切口Ⅱ和切口Ⅲ用管帽封死；
(10)联系氮气透平压缩机送氮气，打开吹扫气进高板阀进行吹扫1#高压板式换热器的膨胀空气通道，即吹除气从切口Ⅳ吹出；
(11)吹除合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
(12)将法兰Ⅱ的盲板倒入法兰Ⅰ，吹扫2#高压板式换热器高压空气通道；
(13)联系氮气透平压缩机送氮气，打开吹扫气进高板阀进行吹扫2#高压板式换热器的高压空气通道，即吹除气从切口Ⅰ吹出；
(14)吹扫合格后，联系氮气透平压缩机将氮气退出，关闭吹扫气进高板阀；
(15)拆除所有临时管线和管帽，将管线恢复到原来状态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，在步骤(4)中，老空分的富余氮气借助氮气透平压缩机压缩后，再利用气体分布器作为缓冲罐，在缓冲罐提压至0.5MPa后进入膨胀空气通道或高压空气通道，利用爆破吹扫法对两个通道进行吹扫，最后吹扫气体在距离两个高压板式换热器热端0.3～0.5m处排出。
3.一种内压缩流程空分缩小高压板式换热器温差的系统，包括1#和2#两台高压板式换热器，每台高压板式换热器前端分别连接高压空气通道和膨胀空气通道，每台高压板式换热器后端一路连接膨胀机膨胀端进口阀和膨胀机，另一路连接高压液空节流阀和吹除阀，其特征是，在1#高压板式换热器高压空气通道和膨胀空气通道的中间段分别割掉一段管段，在两个高压板式换热器后端一路入口处开设膨胀空气的吹扫口,在两个高压板式换热器后端另一路入口处开设高压空气吹扫口；两吹扫口均连接吹扫管路,所述吹扫管路为依次相连的氮气透平压缩机、气体分布器、吹扫气压力表、吹扫气进高板阀和吹扫气流量计，所述吹扫气流量计通过开关与两吹扫口相连。
4.如权利要求3所述的系统，其特征是，所述开关为分别连接两个吹扫口的法兰以及用于封堵法兰的盲板。
5.如权利要求3所述的系统，其特征是，所述氮气透平压缩机和气体分布器之间的管路上还连接其它进气管路。
6.如权利要求3所述的系统，其特征是，所述高压空气通道上在割掉一段管段之前设有截止阀和进高板前高压空气吹除阀。
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