La unidad de separación de aire KDON-32000/19000 es la principal unidad de ingeniería pública de apoyo para el proyecto de etilenglicol de 200.000 t/a. Suministra principalmente hidrógeno crudo a la unidad de gasificación presurizada, la unidad de síntesis de etilenglicol, la recuperación de azufre y el tratamiento de aguas residuales, y suministra nitrógeno a alta y baja presión a diversas unidades del proyecto para la purga y el sellado de arranque, además de suministrar aire para la unidad y el aire de instrumentación.
A. PROCESO TÉCNICO
El equipo de separación de aire KDON32000/19000, diseñado y fabricado por Newdraft, adopta el siguiente esquema de flujo de proceso: purificación por adsorción molecular a baja presión, refrigeración con mecanismo de expansión de turbina de refuerzo de aire, compresión interna del oxígeno del producto, compresión externa del nitrógeno a baja presión y circulación del refuerzo de aire. La torre inferior utiliza una torre de placas de tamiz de alta eficiencia, mientras que la torre superior utiliza un proceso de producción de argón sin hidrógeno con empaque estructurado y destilación completa.
El aire crudo se aspira por la entrada y el filtro de aire autolimpiante elimina el polvo y otras impurezas mecánicas. El aire, una vez filtrado, entra en el compresor centrífugo y, tras ser comprimido por este, entra en la torre de refrigeración. Durante el enfriamiento, también limpia las impurezas fácilmente solubles en agua. El aire, tras salir de la torre de refrigeración, entra en el purificador de tamiz molecular para su conmutación. El dióxido de carbono, el acetileno y la humedad del aire se adsorben. El purificador de tamiz molecular funciona en dos modos de conmutación: uno de funcionamiento y el otro de regeneración. El ciclo de trabajo del purificador es de aproximadamente 8 horas, y se conmuta un purificador cada 4 horas. La conmutación automática se controla mediante un programa editable.
El aire después del adsorbedor de tamiz molecular se divide en tres corrientes: una se extrae directamente del adsorbedor como aire de instrumentación para el equipo de separación de aire; otra entra en el intercambiador de calor de placas y aletas de baja presión, donde se enfría con el amoníaco contaminado por reflujo y el amoníaco, y luego entra en la torre inferior; otra se dirige al amplificador de aire y se divide en dos corrientes tras la primera etapa de compresión del amplificador. Una corriente se extrae directamente y se utiliza como aire de instrumentación del sistema y del dispositivo tras reducir su presión; la otra corriente continúa presurizada en el amplificador y se divide en dos corrientes tras comprimirse en la segunda etapa. Una corriente se extrae y se enfría a temperatura ambiente, se dirige al extremo de impulsión del expansor de turbina para una mayor presurización y luego se extrae a través del intercambiador de calor de alta presión y entra en el expansor para su expansión y funcionamiento. El aire húmedo expandido entra en el separador gas-líquido, y el aire separado entra en la torre inferior. El aire líquido extraído del separador gas-líquido ingresa a la torre inferior como líquido de reflujo de aire líquido. La otra corriente continúa presurizándose en el amplificador hasta la etapa final de compresión. Luego, el enfriador lo enfría a temperatura ambiente y entra al intercambiador de calor de placas y aletas de alta presión para el intercambio de calor con oxígeno líquido y nitrógeno contaminado por reflujo. Esta parte del aire a alta presión se licúa. Después de extraer el aire líquido de la parte inferior del intercambiador de calor, ingresa a la torre inferior después de la regulación. Tras la destilación inicial del aire en la torre inferior, se obtiene aire líquido pobre, aire líquido rico en oxígeno, nitrógeno líquido puro y amoníaco de alta pureza. El aire líquido pobre, el aire líquido rico en oxígeno y el nitrógeno líquido puro se sobreenfrían en el enfriador y se estrangulan hacia la torre superior para su posterior destilación. El oxígeno líquido obtenido en la parte inferior de la torre superior se comprime mediante la bomba de oxígeno líquido y luego ingresa al intercambiador de calor de placas y aletas de alta presión para su recalentamiento, y luego ingresa a la red de tuberías de oxígeno. El nitrógeno líquido obtenido en la parte superior de la torre inferior se extrae y entra en el tanque de almacenamiento de amoníaco líquido. El amoníaco de alta pureza obtenido en la parte superior de la torre inferior se recalienta mediante el intercambiador de calor de baja presión y entra en la red de tuberías de amoníaco. El nitrógeno de baja presión obtenido de la parte superior de la torre superior se recalienta mediante el intercambiador de calor de placas y aletas de baja presión y luego sale de la caja fría, y luego se comprime a 0,45 MPa mediante el compresor de nitrógeno e ingresa a la red de tuberías de amoníaco. Una cierta cantidad de fracción de argón se extrae de la parte media de la torre superior y se envía a la torre de xenón crudo. La fracción de xenón se destila en la torre de argón crudo para obtener argón líquido crudo, que luego se envía a la parte media de la torre de argón refinado. Después de la destilación en la torre de argón refinado, se obtiene xenón líquido refinado en la parte inferior de la torre. El gas de amoníaco sucio se extrae de la parte superior de la torre superior y, tras ser recalentado por el enfriador, el intercambiador de calor de placas y aletas de baja presión y el intercambiador de calor de placas y aletas de alta presión, y salir de la caja fría, se divide en dos partes: una parte entra en el calentador de vapor del sistema de purificación de tamiz molecular como gas de regeneración de tamiz molecular, y el gas nitrógeno sucio restante va a la torre de refrigeración por agua. Cuando es necesario poner en marcha el sistema de reserva de oxígeno líquido, el oxígeno líquido del tanque de almacenamiento de oxígeno líquido se transfiere al vaporizador de oxígeno líquido a través de la válvula reguladora y, tras obtener oxígeno a baja presión, entra en la red de tuberías de oxígeno. Cuando es necesario poner en marcha el sistema de reserva de nitrógeno líquido, el amoníaco líquido del tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido se transfiere al vaporizador de oxígeno líquido a través de la válvula reguladora y, a continuación, se comprime mediante el compresor de amoníaco para obtener nitrógeno a alta presión y amoníaco a baja presión, para finalmente entrar en la red de tuberías de nitrógeno.
B.SISTEMA DE CONTROL
De acuerdo con la escala y las características del proceso del equipo de separación de aire, se adopta el sistema de control distribuido DCS, combinado con sistemas DCS de vanguardia internacional, analizadores en línea de válvulas de control y otros componentes de medición y control. Además de controlar el proceso de la unidad de separación de aire, también permite asegurar todas las válvulas de control en caso de parada accidental, y las bombas correspondientes entran en estado de enclavamiento de seguridad para garantizar la seguridad de la unidad. Las grandes unidades compresoras de turbina utilizan sistemas de control ITCC (sistemas de control integrados de la unidad compresora de turbina) para controlar el disparo por sobrevelocidad, el corte de emergencia y la protección contra sobretensiones. Además, pueden enviar señales al sistema de control DCS mediante cableado y comunicación.
C.Principales puntos de monitorización de la unidad de separación de aire
Análisis de pureza del oxígeno del producto y gas nitrógeno que sale del intercambiador de calor de baja presión, análisis de pureza del aire líquido de la torre inferior, análisis de nitrógeno líquido puro de la torre inferior, análisis de pureza del gas que sale de la torre superior, análisis de pureza del gas que entra al subenfriador, análisis de pureza de oxígeno líquido en la torre superior, temperatura después de la válvula de flujo constante de aire líquido de reflujo del condensador crudo, indicación de presión y nivel de líquido del separador de gas-líquido de la torre de destilación, indicación de temperatura del gas nitrógeno sucio que sale del intercambiador de calor de alta presión, análisis de pureza del aire que entra en el intercambiador de calor de baja presión, temperatura del aire que sale del intercambiador de calor de alta presión, temperatura y diferencia de temperatura del gas amoníaco sucio que sale del intercambiador de calor, análisis de gas en el puerto de extracción de fracción de xenón de la torre superior: todos los cuales son para recopilar datos durante el arranque y el funcionamiento normal, lo cual es beneficioso para ajustar las condiciones de funcionamiento de la unidad de separación de aire y garantizar el funcionamiento normal del equipo de separación de aire. Análisis del contenido de óxido nitroso y acetileno en el sistema de refrigeración principal, y análisis del contenido de humedad en el aire de impulsión: para evitar que el aire con humedad entre en el sistema de destilación, causando solidificación y bloqueo del canal del intercambiador de calor, afectando el área y la eficiencia del intercambiador de calor, el acetileno explotará después de que la acumulación en el sistema de refrigeración principal supere un cierto valor. Flujo de gas del sello del eje de la bomba de oxígeno líquido, análisis de presión, temperatura del calentador del rodamiento de la bomba de oxígeno líquido, temperatura del gas del sello laberíntico, temperatura del aire líquido después de la expansión, presión del gas del sello del expansor, flujo, indicación de presión diferencial, presión de aceite lubricante, nivel del tanque de aceite y temperatura trasera del enfriador de aceite, extremo de expansión del expansor de la turbina, flujo de entrada de aceite del extremo de impulsión, temperatura del rodamiento, indicación de vibración: todo para garantizar el funcionamiento seguro y normal del expansor de la turbina y la bomba de oxígeno líquido, y en última instancia para garantizar el funcionamiento normal del fraccionamiento de aire.
Presión principal de calentamiento de tamiz molecular, análisis de flujo, temperaturas de entrada y salida del aire de tamiz molecular (nitrógeno sucio), indicación de presión, temperatura y flujo del gas de regeneración de tamiz molecular, indicación de resistencia del sistema de purificación, indicación de diferencia de presión de salida de tamiz molecular, temperatura de entrada de vapor, alarma de indicación de presión, alarma de análisis de H₂O del calentador de salida de gas de regeneración, alarma de temperatura de salida de condensado, análisis de CO₂ de tamiz molecular de salida de aire, indicación de flujo de torre inferior de entrada de aire y amplificador: para garantizar el funcionamiento normal de conmutación del sistema de adsorción de tamiz molecular y para asegurar que el contenido de CO₂ y H₂O del aire que entra en la caja fría sea bajo. Indicación de presión de aire de instrumentación: para asegurar que el aire de instrumentación para la separación de aire y el aire de instrumentación suministrado a la red de tuberías alcancen 0,6 MPa (G) para asegurar el funcionamiento normal de la producción.
D. Características de la unidad de separación de aire
1. Características del proceso
Debido a la alta presión de oxígeno del proyecto de etilenglicol, el equipo de separación de aire KDON32000/19000 adopta un ciclo de refuerzo de aire, compresión interna de oxígeno líquido y compresión externa de amoníaco. Es decir, el refuerzo de aire, la bomba de oxígeno líquido y el expansor de turbina de refuerzo se combinan con la organización racional del sistema de intercambiador de calor para reemplazar el compresor de oxígeno del proceso de presión externa. Se reducen los riesgos de seguridad causados por el uso de compresores de oxígeno en el proceso de compresión externa. Al mismo tiempo, la gran cantidad de oxígeno líquido extraído por el enfriamiento principal puede minimizar la posibilidad de acumulación de hidrocarburos en el oxígeno líquido del enfriamiento principal, asegurando así la operación segura del equipo de separación de aire. El proceso de compresión interna tiene menores costos de inversión y una configuración más razonable.
2. Características de los equipos de separación de aire
El filtro de aire autolimpiable está equipado con un sistema de control automático que programa automáticamente el retrolavado y ajusta el programa según el tamaño de la resistencia. El sistema de preenfriamiento utiliza una torre de empaque aleatorio de alta eficiencia y baja resistencia, y el distribuidor de líquido utiliza un distribuidor nuevo, eficiente y avanzado que no solo garantiza el contacto total entre el agua y el aire, sino que también garantiza el buen intercambio de calor. Un desempañador de malla metálica en la parte superior evita que el aire que sale de la torre de enfriamiento contenga agua. El sistema de adsorción por tamiz molecular utiliza un ciclo largo y una purificación de lecho de doble capa. El sistema de conmutación utiliza tecnología de control de conmutación sin impacto y un calentador de vapor especial evita que el vapor de calentamiento se filtre al lado de nitrógeno sucio durante la etapa de regeneración.
Todo el proceso del sistema de torre de destilación se basa en cálculos de simulación de software ASPEN y HYSYS, de avanzada tecnología internacional. La torre inferior utiliza una torre de placas de tamiz de alta eficiencia y la superior, una torre de empaquetamiento estándar para garantizar la tasa de extracción del dispositivo y reducir el consumo de energía.
E.Discusión sobre el proceso de descarga y carga de vehículos con aire acondicionado
1. Condiciones que deben cumplirse antes de iniciar la separación de aire:
Antes de comenzar, organice y escriba un plan de puesta en marcha, que incluya el proceso de puesta en marcha y el manejo de accidentes de emergencia, etc. Todas las operaciones durante el proceso de puesta en marcha deben realizarse en el sitio.
Se completa la limpieza, el lavado y las pruebas del sistema de aceite lubricante. Antes de poner en marcha la bomba de aceite lubricante, se debe añadir gas sellador para evitar fugas. Primero, se realiza la filtración autocirculante del tanque de aceite lubricante. Cuando se alcanza un cierto grado de limpieza, se conecta la tubería de aceite para el lavado y el filtrado, pero se añade papel de filtro antes de entrar en el compresor y la turbina, y se reemplaza constantemente para garantizar la limpieza del aceite que entra en el equipo. Se completan el lavado y la puesta en marcha del sistema de agua circulante, el sistema de limpieza de agua y el sistema de drenaje del separador de aire. Antes de la instalación, la tubería enriquecida con oxígeno del separador de aire debe desengrasarse, decaparse y pasivarse, y luego llenarse con gas sellador. Las tuberías, la maquinaria, el sistema eléctrico y los instrumentos (excepto los instrumentos analíticos y de medición) del equipo de separación de aire se han instalado y calibrado para su correcta calibración.
Todas las bombas de agua mecánicas en funcionamiento, bombas de oxígeno líquido, compresores de aire, impulsores, expansores de turbinas, etc. tienen las condiciones para arrancar y algunas deben probarse primero en una sola máquina.
El sistema de conmutación de tamices moleculares cumple las condiciones para su arranque, y se ha confirmado que el programa de conmutación molecular funciona con normalidad. Se ha completado el calentamiento y la purga de la tubería de vapor de alta presión. Se ha puesto en funcionamiento el sistema de aire de instrumentación de reserva, manteniendo la presión del aire de instrumentación por encima de 0,6 MPa(G).
2. Purga de las tuberías de la unidad de separación de aire
Ponga en marcha el sistema de aceite lubricante y el sistema de gas de sellado de la turbina de vapor, el compresor de aire y la bomba de agua de refrigeración. Antes de poner en marcha el compresor de aire, abra la válvula de ventilación del compresor y selle la entrada de aire de la torre de refrigeración con una placa ciega. Tras purgar la tubería de salida del compresor de aire, si la presión de escape alcanza la presión nominal y se alcanza el objetivo de purga de la tubería, conectar la tubería de entrada de la torre de refrigeración, iniciar el sistema de preenfriamiento (antes de la purga, no se debe llenar el empaque de la torre; la brida de entrada del adsorbedor de tamiz molecular está desconectada), esperar hasta que se alcance el objetivo, iniciar el sistema de purificación de tamiz molecular (antes de la purga, no se debe llenar el adsorbente del adsorbedor de tamiz molecular; la brida de entrada de la caja fría está desconectada), detener el compresor hasta que se alcance el objetivo, llenar el empaque de la torre de refrigeración y el adsorbente del adsorbedor de tamiz molecular, y reiniciar el filtro, la turbina de vapor, el compresor de aire, el sistema de preenfriamiento y el sistema de adsorción de tamiz molecular tras el llenado. Tras al menos dos semanas de funcionamiento normal tras la regeneración, el enfriamiento, el aumento de presión, la adsorción y la reducción de presión, se pueden purgar las tuberías de aire del sistema después del adsorbedor de tamiz molecular y las tuberías internas de la torre de fraccionamiento. Tras un período de calentamiento, se pueden purgar las tuberías de aire del sistema después del adsorbedor de tamiz molecular y las tuberías internas de la torre de fraccionamiento. Esto incluye intercambiadores de calor de alta presión, intercambiadores de calor de baja presión, amplificadores de aire, expansores de turbina y equipos de torre pertenecientes a la separación de aire. Preste atención al control del flujo de aire que entra en el sistema de purificación de tamices moleculares para evitar una resistencia excesiva de los tamices moleculares que dañe la capa del lecho. Antes de soplar la torre de fraccionamiento, todas las tuberías de aire que entran en la caja fría de la torre de fraccionamiento deben estar equipadas con filtros temporales para evitar que el polvo, la escoria de soldadura y otras impurezas entren en el intercambiador de calor y afecten el intercambio térmico. Active el sistema de aceite lubricante y gas de sellado antes de soplar el expansor de turbina y la bomba de oxígeno líquido. Todos los puntos de sellado de gas del equipo de separación de aire, incluida la boquilla del expansor de turbina, deben estar cerrados.
3. Enfriamiento simple y puesta en servicio final de la unidad de separación de aire
Se purgan todas las tuberías fuera de la caja fría, y se calientan y purgan todas las tuberías y equipos dentro de la caja fría para cumplir con las condiciones de enfriamiento y prepararse para la prueba de enfriamiento desnudo.
Al iniciarse el enfriamiento de la torre de destilación, el aire descargado por el compresor no puede ingresar completamente a la torre. El exceso de aire comprimido se descarga a la atmósfera a través de la válvula de ventilación, manteniendo así la presión de descarga del compresor inalterada. A medida que la temperatura de cada parte de la torre de destilación disminuye gradualmente, la cantidad de aire inhalado aumenta gradualmente. En este momento, parte del gas de reflujo en la torre de destilación se envía a la torre de enfriamiento de agua. El proceso de enfriamiento debe realizarse de forma lenta y uniforme, con una velocidad promedio de enfriamiento de 1 a 2 °C/h para asegurar una temperatura uniforme en cada parte. Durante el proceso de enfriamiento, la capacidad de enfriamiento del expansor de gas debe mantenerse al máximo. Cuando el aire en el extremo frío del intercambiador de calor principal se acerca a la temperatura de licuefacción, finaliza la etapa de enfriamiento.
La etapa de enfriamiento de la caja fría se mantiene durante un período de tiempo, y se revisan y reparan diversas fugas y otras piezas sin terminar. A continuación, se detiene la máquina paso a paso, se comienza a cargar arena perlada en la caja fría, se inicia el equipo de separación de aire paso a paso después de la carga y se vuelve a ingresar a la etapa de enfriamiento. Tenga en cuenta que al iniciar el equipo de separación de aire, el gas de regeneración del tamiz molecular utiliza el aire purificado por este. Cuando el equipo de separación de aire se inicia y hay suficiente gas de regeneración, se utiliza la ruta de flujo de amoníaco sucio. Durante el proceso de enfriamiento, la temperatura en la caja fría disminuye gradualmente. El sistema de llenado de amoníaco de la caja fría debe abrirse a tiempo para evitar la presión negativa en la caja fría. Luego, el equipo en la caja fría se enfría aún más, el aire comienza a licuarse, comienza a aparecer líquido en la torre inferior y comienza a establecerse el proceso de destilación de las torres superior e inferior. A continuación, ajuste lentamente las válvulas una por una para que la separación de aire funcione con normalidad.
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Hora de publicación: 24 de abril de 2025