L'unité de séparation d'air KDON-32000/19000 est la principale unité d'ingénierie publique de soutien du projet d'éthylène glycol de 200 000 t/an. Elle alimente principalement en hydrogène brut l'unité de gazéification sous pression, l'unité de synthèse d'éthylène glycol, la récupération du soufre et le traitement des eaux usées. Elle fournit également de l'azote haute et basse pression à diverses unités du projet d'éthylène glycol pour la purge et l'étanchéité au démarrage, ainsi que l'air de l'unité et l'air des instruments.
A.PROCESSUS TECHNIQUE
L'équipement de séparation d'air KDON32000/19000 est conçu et fabriqué par Newdraft. Il adopte un schéma de procédé comprenant la purification par adsorption moléculaire basse pression, la réfrigération par turbine de détente à surpresseur d'air, la compression interne de l'oxygène produit, la compression externe de l'azote basse pression et la circulation du surpresseur d'air. La tour inférieure est équipée d'une tour à plateaux perforés à haut rendement, tandis que la tour supérieure est équipée d'un garnissage structuré et d'un procédé de production d'argon sans hydrogène par distillation complète.
L'air brut est aspiré par l'admission, et la poussière et autres impuretés mécaniques sont éliminées par le filtre à air autonettoyant. Après le filtre, l'air pénètre dans le compresseur centrifuge, puis, après compression, dans la tour de refroidissement. Ce refroidissement permet également d'éliminer les impuretés facilement solubles dans l'eau. L'air sortant de la tour de refroidissement est ensuite aspiré par le purificateur à tamis moléculaire pour y être commuté. Le dioxyde de carbone, l'acétylène et l'humidité de l'air sont adsorbés. Le purificateur à tamis moléculaire fonctionne selon deux modes de commutation : l'un en fonctionnement et l'autre en régénération. Le cycle de fonctionnement du purificateur est d'environ 8 heures, et un purificateur commute toutes les 4 heures. La commutation automatique est contrôlée par un programme modifiable.
L'air sortant de l'adsorbeur à tamis moléculaire est divisé en trois flux : le premier est directement extrait de l'adsorbeur et sert d'air d'instrumentation pour l'équipement de séparation d'air ; le second entre dans l'échangeur de chaleur à plaques-ailettes basse pression, est refroidi par le reflux d'ammoniac pollué et est ensuite acheminé vers la tour inférieure ; le dernier est dirigé vers le surpresseur d'air et est divisé en deux flux après la première étape de compression du surpresseur. Le premier flux est directement extrait et utilisé comme air d'instrumentation du système et air de l'appareil après détente ; le second flux, maintenu sous pression dans le surpresseur, est divisé en deux flux après compression au deuxième étage. Le premier flux est extrait et refroidi à température ambiante, puis acheminé vers l'extrémité de surpression du détendeur à turbine pour une pressurisation supplémentaire. Il est ensuite extrait via l'échangeur de chaleur haute pression et entre dans le détendeur pour détente et travail. L'air humide détendu entre dans le séparateur gaz-liquide, et l'air séparé entre dans la tour inférieure. L'air liquide extrait du séparateur gaz-liquide entre dans la tour inférieure sous forme de liquide de reflux. L'autre flux continue d'être pressurisé dans le surpresseur jusqu'à la compression finale. Il est ensuite refroidi à température ambiante par le refroidisseur et pénètre dans l'échangeur de chaleur à plaques-ailettes haute pression pour échanger de la chaleur avec l'oxygène liquide et l'azote pollué par le reflux. Cette partie de l'air haute pression est liquéfiée. Après avoir été extrait du bas de l'échangeur de chaleur, l'air liquide entre dans la tour inférieure après étranglement. Après distillation initiale dans la tour inférieure, on obtient de l'air liquide pauvre, de l'air liquide riche en oxygène, de l'azote liquide pur et de l'ammoniac de haute pureté. L'air liquide pauvre, l'air liquide riche en oxygène et l'azote liquide pur sont surfondus dans le refroidisseur et étranglés dans la tour supérieure pour une distillation supplémentaire. L'oxygène liquide obtenu au bas de la tour supérieure est comprimé par la pompe à oxygène liquide, puis pénètre dans l'échangeur de chaleur à plaques-ailettes haute pression pour être réchauffé, puis rejoint le réseau de canalisations d'oxygène. L'azote liquide obtenu en haut de la tour inférieure est extrait et pénètre dans le réservoir de stockage d'ammoniac liquide. L'ammoniac haute pureté obtenu en haut de la tour inférieure est réchauffé par l'échangeur de chaleur basse pression et pénètre dans le réseau de canalisations d'ammoniac. L'azote basse pression obtenu en haut de la tour supérieure est réchauffé par l'échangeur de chaleur à plaques-ailettes basse pression, puis sort de la boîte froide, puis comprimé à 0,45 MPa par le compresseur d'azote et pénètre dans le réseau de canalisations d'ammoniac. Une certaine quantité d'argon est extraite du milieu de la tour supérieure et envoyée à la tour de xénon brut. La fraction de xénon est distillée dans la tour d'argon brut pour obtenir de l'argon liquide brut, qui est ensuite envoyé au milieu de la tour d'argon raffiné. Après distillation dans la tour d'argon raffiné, du xénon liquide raffiné est obtenu au pied de la tour. L'ammoniac gazeux sale est extrait de la partie supérieure de la tour supérieure. Après avoir été réchauffé par le refroidisseur, l'échangeur de chaleur à plaques-ailettes basse pression et l'échangeur de chaleur à plaques-ailettes haute pression, puis sorti de la boîte froide, il est divisé en deux parties : une partie entre dans le réchauffeur à vapeur du système de purification par tamis moléculaire comme gaz de régénération, et l'azote gazeux sale restant est acheminé vers la tour de refroidissement à eau. Lorsque le système de secours à l'oxygène liquide doit être mis en marche, l'oxygène liquide du réservoir d'oxygène liquide est transféré dans l'évaporateur d'oxygène liquide via la vanne de régulation, puis entre dans le réseau de canalisations d'oxygène après avoir obtenu de l'oxygène basse pression. Lorsque le système de secours à l'azote liquide doit être mis en marche, l'ammoniac liquide du réservoir d'azote liquide est transféré dans l'évaporateur d'oxygène liquide via la vanne de régulation, puis comprimé par le compresseur d'ammoniac pour obtenir de l'azote haute pression et de l'ammoniac basse pression, puis entre dans le réseau de canalisations d'azote.
B. SYSTÈME DE CONTRÔLE
Conformément à la taille et aux caractéristiques du procédé de l'équipement de séparation d'air, le système de contrôle distribué DCS a été adopté, associé à des systèmes DCS de pointe, des analyseurs en ligne de vannes de régulation et d'autres composants de mesure et de contrôle. Outre la capacité de contrôle du procédé de l'unité de séparation d'air, il peut également mettre toutes les vannes de régulation en position de sécurité en cas d'arrêt accidentel de l'unité, et les pompes correspondantes se verrouiller pour garantir la sécurité de l'unité. Les grandes unités de compresseurs à turbine utilisent des systèmes de contrôle intégrés ITCC (systèmes de contrôle intégrés d'unités de compresseurs à turbine) pour assurer les fonctions de protection contre les survitesses, d'arrêt d'urgence et de protection contre les surtensions, et peuvent transmettre des signaux au système de contrôle DCS via un câblage et des communications.
C. Principaux points de surveillance de l'unité de séparation d'air
Analyse de la pureté de l'oxygène et de l'azote gazeux produits sortant de l'échangeur de chaleur basse pression, analyse de la pureté de l'air liquide de la tour inférieure, analyse de l'azote liquide pur de la tour inférieure, analyse de la pureté du gaz sortant de la tour supérieure, analyse de la pureté du gaz entrant dans le sous-refroidisseur, analyse de la pureté de l'oxygène liquide dans la tour supérieure, température après la vanne à débit constant d'air liquide de reflux du condenseur brut, indication de la pression et du niveau de liquide du séparateur gaz-liquide de la tour de distillation, indication de la température de l'azote gazeux sale sortant de l'échangeur de chaleur haute pression, analyse de la pureté de l'air entrant dans l'échangeur de chaleur basse pression, température de l'air sortant de l'échangeur de chaleur haute pression, température et différence de température du gaz ammoniac sale sortant de l'échangeur de chaleur, analyse du gaz au port d'extraction de la fraction xénon de la tour supérieure : tout cela sert à collecter des données pendant le démarrage et le fonctionnement normal, ce qui est bénéfique pour ajuster les conditions de fonctionnement de l'unité de séparation d'air et assurer le fonctionnement normal de l'équipement de séparation d'air. Analyse de la teneur en protoxyde d'azote et en acétylène dans le refroidissement principal, et analyse de la teneur en humidité dans l'air de suralimentation : afin d'empêcher l'air humide de pénétrer dans le système de distillation, provoquant la solidification et le blocage du canal de l'échangeur de chaleur, affectant la surface et l'efficacité de l'échangeur de chaleur, l'acétylène explosera après accumulation dans le refroidissement principal dépassant une certaine valeur. Débit de gaz du joint d'arbre de pompe à oxygène liquide, analyse de pression, température du réchauffeur de palier de pompe à oxygène liquide, température du gaz du joint labyrinthe, température de l'air liquide après détente, pression du gaz du joint du détendeur, débit, indication de pression différentielle, pression d'huile de lubrification, niveau du réservoir d'huile et température arrière du refroidisseur d'huile, extrémité de détente du détendeur de turbine, débit d'entrée d'huile de l'extrémité du surpresseur, température des paliers, indication des vibrations : tout pour assurer le fonctionnement sûr et normal du détendeur de turbine et de la pompe à oxygène liquide, et finalement pour assurer le fonctionnement normal du fractionnement de l'air.
Pression principale de chauffage du tamis moléculaire, analyse du débit, températures d'entrée et de sortie de l'air du tamis moléculaire (azote sale), indication de pression, température et débit du gaz de régénération du tamis moléculaire, indication de la résistance du système de purification, indication de la différence de pression de sortie du tamis moléculaire, température d'entrée de vapeur, alarme d'indication de pression, alarme d'analyse H20 du réchauffeur de sortie du gaz de régénération, alarme de température de sortie de condensat, analyse du CO2 du tamis moléculaire de sortie d'air, tour inférieure d'entrée d'air et indication du débit du surpresseur : pour assurer le fonctionnement normal de la commutation du système d'adsorption du tamis moléculaire et pour garantir que la teneur en CO2 et H20 de l'air entrant dans la boîte froide est à un niveau bas. Indication de la pression de l'air de l'instrument : pour garantir que l'air de l'instrument pour la séparation de l'air et l'air de l'instrument fourni au réseau de canalisations atteignent 0,6 MPa (G) pour assurer le fonctionnement normal de la production.
D.Caractéristiques de l'unité de séparation d'air
1. Caractéristiques du processus
En raison de la pression d'oxygène élevée du projet d'éthylène glycol, l'équipement de séparation d'air KDON32000/19000 adopte un cycle de surpression d'air, une compression interne d'oxygène liquide et un procédé de compression externe d'ammoniac. Autrement dit, l'ensemble surpresseur d'air + pompe à oxygène liquide + turbine de surpression est combiné à un système d'échangeur de chaleur bien organisé pour remplacer le compresseur d'oxygène à pression externe. Les risques liés à l'utilisation de compresseurs d'oxygène dans le procédé de compression externe sont réduits. Parallèlement, la grande quantité d'oxygène liquide extraite par le circuit de refroidissement principal minimise le risque d'accumulation d'hydrocarbures dans l'oxygène liquide du circuit de refroidissement principal, garantissant ainsi un fonctionnement sûr de l'équipement de séparation d'air. Le procédé de compression interne présente des coûts d'investissement réduits et une configuration plus rationnelle.
2. Caractéristiques des équipements de séparation d'air
Le filtre à air autonettoyant est équipé d'un système de contrôle automatique permettant de programmer automatiquement le rétrobalayage et d'adapter le programme à la taille de la résistance. Le système de prérefroidissement utilise une tour de garnissage aléatoire à haut rendement et à faible résistance, tandis que le distributeur de liquide utilise un nouveau distributeur performant et avancé, qui assure non seulement un contact parfait entre l'eau et l'air, mais aussi une excellente performance d'échange thermique. Un dévésiculeur à treillis métallique est placé au sommet pour garantir que l'air sortant de la tour de refroidissement ne contamine pas l'air. Le système d'adsorption par tamis moléculaire adopte un cycle long et une purification sur lit double couche. Le système de commutation adopte une technologie de contrôle sans impact, et un réchauffeur de vapeur spécial empêche toute fuite de vapeur de chauffage vers le côté azote pollué pendant la phase de régénération.
L'ensemble du processus de la tour de distillation s'appuie sur les logiciels de simulation ASPEN et HYSYS, de pointe au niveau international. La tour inférieure est équipée d'une tour à plateaux tamis à haut rendement et la tour supérieure d'une tour à garnissage standard afin de garantir le taux d'extraction de l'appareil et de réduire la consommation d'énergie.
E.Discussion sur le processus de déchargement et de chargement des véhicules climatisés
1. Conditions à respecter avant de commencer la séparation de l'air :
Avant de commencer, organisez et rédigez un plan de démarrage, incluant le processus de démarrage et la gestion des accidents d'urgence, etc. Toutes les opérations pendant le processus de démarrage doivent être effectuées sur place.
Le nettoyage, le rinçage et les essais du système d'huile de lubrification sont terminés. Avant de démarrer la pompe à huile de lubrification, il est nécessaire d'ajouter du gaz d'étanchéité pour éviter les fuites d'huile. La filtration auto-circulante du réservoir d'huile de lubrification doit d'abord être effectuée. Une fois un certain degré de propreté atteint, la conduite d'huile est raccordée pour le rinçage et la filtration. Un papier filtre est ajouté avant l'entrée dans le compresseur et la turbine et remplacé régulièrement pour garantir la propreté de l'huile entrant dans l'équipement. Le rinçage et la mise en service du système de circulation d'eau, du système de nettoyage de l'eau et du système de vidange du séparateur d'air sont terminés. Avant l'installation, la conduite enrichie en oxygène du séparateur d'air doit être dégraissée, décapée et passivée, puis remplie de gaz d'étanchéité. Les conduites, les machines, le système électrique et les instruments (à l'exception des instruments d'analyse et de mesure) de l'équipement de séparation d'air ont été installés et étalonnés pour être qualifiés.
Toutes les pompes à eau mécaniques, pompes à oxygène liquide, compresseurs d'air, surpresseurs, détendeurs à turbine, etc. en fonctionnement ont des conditions de démarrage, et certains doivent d'abord être testés sur une seule machine.
Le système de commutation du tamis moléculaire est prêt à démarrer, et le programme de commutation moléculaire a été confirmé comme fonctionnant normalement. Le chauffage et la purge de la conduite de vapeur haute pression sont terminés. Le système d'air de secours des instruments a été mis en service, maintenant la pression d'air des instruments au-dessus de 0,6 MPa(G).
2. Purge des canalisations de l'unité de séparation d'air
Démarrez le système de lubrification et le système de gaz d'étanchéité de la turbine à vapeur, du compresseur d'air et de la pompe à eau de refroidissement. Avant de démarrer le compresseur d'air, ouvrez la vanne de purge du compresseur et obturez l'entrée d'air de la tour de refroidissement avec une plaque borgne. Une fois la conduite de sortie du compresseur purgée, la pression d'échappement a atteint la pression nominale et la cible de purge de la conduite est atteinte. Raccorder la conduite d'entrée de la tour de refroidissement, démarrer le système de prérefroidissement (avant la purge, le garnissage de la tour de refroidissement ne doit pas être rempli ; la bride d'entrée de l'adsorbeur à tamis moléculaire d'entrée d'air est déconnectée). Attendre la qualification de la cible, démarrer le système de purification par tamis moléculaire (avant la purge, l'adsorbant de l'adsorbeur à tamis moléculaire ne doit pas être rempli ; la bride d'entrée de la boîte froide d'entrée d'air doit être déconnectée). Arrêter le compresseur d'air jusqu'à la qualification de la cible, remplir le garnissage de la tour de refroidissement et l'adsorbant de l'adsorbeur à tamis moléculaire, puis redémarrer le filtre, la turbine à vapeur, le compresseur d'air, le système de prérefroidissement de l'air et le système d'adsorption par tamis moléculaire après le remplissage, après au moins deux semaines de fonctionnement normal après régénération, refroidissement, augmentation de pression, adsorption et réduction de pression. Après une période de chauffage, les conduites d'air du système après l'adsorbeur à tamis moléculaire et les conduites internes de la tour de fractionnement peuvent être purgées. Cela comprend les échangeurs de chaleur haute pression, les échangeurs de chaleur basse pression, les surpresseurs d'air, les détendeurs à turbine et les équipements de tour de séparation d'air. Il est important de contrôler le débit d'air entrant dans le système de purification par tamis moléculaire afin d'éviter une résistance excessive du tamis moléculaire qui endommage la couche de lit. Avant le soufflage de la tour de fractionnement, toutes les conduites d'air entrant dans la boîte froide de la tour de fractionnement doivent être équipées de filtres temporaires afin d'empêcher la poussière, les scories de soudage et autres impuretés de pénétrer dans l'échangeur de chaleur et d'affecter l'échange thermique. Démarrer le système d'huile de lubrification et de gaz d'étanchéité avant de souffler le détendeur à turbine et la pompe à oxygène liquide. Tous les points d'étanchéité du gaz de l'équipement de séparation d'air, y compris la buse du détendeur à turbine, doivent être fermés.
3. Refroidissement à nu et mise en service finale de l'unité de séparation d'air
Toutes les canalisations à l'extérieur de la boîte froide sont soufflées, et toutes les canalisations et tous les équipements dans la boîte froide sont chauffés et soufflés pour répondre aux conditions de refroidissement et se préparer au test de refroidissement à nu
Lorsque le refroidissement de la tour de distillation commence, l'air évacué par le compresseur ne peut y pénétrer complètement. L'excès d'air comprimé est évacué dans l'atmosphère par la vanne de purge, ce qui maintient la pression de refoulement du compresseur inchangée. À mesure que la température de chaque partie de la tour de distillation diminue, la quantité d'air aspiré augmente progressivement. À ce moment, une partie du gaz de reflux de la tour de distillation est envoyée vers la tour de refroidissement à eau. Le refroidissement doit être lent et régulier, avec une vitesse moyenne de 1 à 2 °C/h pour assurer une température uniforme de chaque partie. Pendant le refroidissement, la capacité de refroidissement du détendeur de gaz doit être maintenue à son maximum. Lorsque l'air à l'extrémité froide de l'échangeur de chaleur principal est proche de la température de liquéfaction, la phase de refroidissement prend fin.
La phase de refroidissement de la boîte froide est maintenue pendant un certain temps, et les fuites et autres pièces non finies sont vérifiées et réparées. Ensuite, la machine est arrêtée progressivement, le sable perlé est chargé dans la boîte froide, puis l'équipement de séparation d'air est redémarré progressivement après le chargement, puis la phase de refroidissement est reprise. À noter que lors du démarrage de l'équipement de séparation d'air, le gaz de régénération du tamis moléculaire utilise l'air purifié par ce dernier. Lorsque l'équipement de séparation d'air est démarré et que le gaz de régénération est suffisant, le circuit d'ammoniac sale est utilisé. Pendant le refroidissement, la température dans la boîte froide diminue progressivement. Le système de remplissage d'ammoniac doit être ouvert à temps pour éviter toute dépression. L'équipement de la boîte froide est ensuite refroidi davantage, l'air commence à se liquéfier, du liquide apparaît dans la tour inférieure et le processus de distillation des tours supérieure et inférieure commence à se mettre en place. Ajustez ensuite lentement les vannes une par une pour que la séparation d'air se déroule normalement.
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Date de publication : 24 avril 2025