根据合 资 经营 合 同 , 中 石 油持 有 合 资 公司 55%的 股 权 , 太平洋油气和江苏国信集团分别持有 35%和 10 %的股 权 。 这是中石油首个与外商合资建设的 L NG 接收站 , 也是 继广东大鹏 LNG 项目 之后 , 中 国 第二 个外 资 拥有 股 权的 LNG 项目 。
收稿日期 :2009-04-16 作者简介 :林秀娜 , 女 , 1968 年生 , 高级工程师 , 1990 年毕业于郑州大学化工设备与机械专业 , 现在杭州杭氧股份 有 限公司设计院从事分子筛吸附器等单元设备的开发 、 设计工作 。
· 37 ·
ASM E Ⅷ 应力校核 计算 。 另外 , 再通过建立实 体 网格模型进行各种工况的加载计算 (如图 1 所示), 进行疲劳分析 。 由于有分析计算作指导 , 结构设计
60000m3/h 空分设备分子筛吸附器的开发与设计
林秀娜 , 夏红丽 , 卢杰
(杭州杭氧股份有限公司设计院 , 浙江省杭州市东新路 388 号 310004)
摘要 :介绍杭氧设计制造的宝钢 60000m3/ h 空分设备分子筛吸附器的设计特点和应用的新 技术 , 以及所采取的分子筛再生节能设计和节能效果 , 分析大型空分设备分子筛吸附器操作工艺 以及管线的改进措施 。
-70 ℃ (露点)
吸附前空气中 二氧化碳含量
400 ×10 -6
吸附后空气中 二氧化碳含量
≤1 ×10 -6
蒸汽压力 1 ～ 1.6M Pa
图 1 分子筛吸附器应力分析网格模型图
由于分子筛吸附器长度达 26m , 长径比在 6∶1 以上 , 容易失稳 。 经过多次软件计算和优化设计 , 确定了合适的支座 。 分析了对 应支座间距下 的挠 度 , 其最大挠度为 3mm , 在安全范围内 。
由于分子筛吸附器整个工作周期温度交变 , 在 -4 ℃～ 200 ℃范围内周而复始地变化 , 使得内部元 件热胀冷缩 ;而且内部支撑吸附剂的支承栅架 , 需 要活动而不能焊死 。所以支承栅架既要活动 , 又要 防漏 , 设 计难度较大 。 特别是对 于 60000m3/ h 等 级大型空分设备的分子筛 吸附器 , 床 层面积大于 100m2 时 , 要防止 2 ～ 5m m 的吸附剂不泄漏 , 制造 难度较大 。
通过以上多角度的设计计算 , 确保了分子筛吸 附器的安全运行 。 1.3 新技术的应用 1.3.1 气流均布装置的应用
宝钢 8#60000m3/ h 空分设 备卧式分子筛 吸附 器长径比达到 6∶1 以上 , 采用双进气口结构 。由于 卧式分子筛吸附器床面过长 , 在进气口附近气流容 易短路 , 产生偏流 ;边壁效应显著 , 有壁流现象 。 上述因素导致床层局部提前穿透 , 内部吸附剂层不 能充分发挥效能 。
在负荷变化较大时 , 可适当调整加热温度 、 加 热时间和加热气量等参数 , 以适应再 生和节能需 要。 3.4 适当延长升压 、 降压时间
由于 60000m3/ h 空分设备 分子筛吸附 器体积 较大 , 升压 、 降压时间过短 , 容易使分子筛粉化 , 而且降压时间过短 , 也不利于分子筛解吸脱附 。所 以适当延长了升压 、 降压的时间 。
· 38 ·
20 ℃。 新机组进口空气温度升高 4 ℃, 但其中饱和 空气水分总含量却增加 24 %, 而且温度越高 , 分 子筛动吸附性能越低 。 这说明新机组分子筛吸附器 的性能有明显改善 , 其净化能力可以满足要求 。2 套 60000m3/ h 空 分设备分子筛吸附剂 的投资费用 持平 。 1.3.2 吸附器内间隔吸附剂的隔板装置的应用
▲
▲
▲
中石油 、 太平洋油气共建江苏 LNG 项目
新加坡金鹰国际集 团旗下 太平洋 油气有限 公司 (以下 简称 :太平 洋油气)、 中石油和江苏省国信资产管理 集团有 限公司 (以 下简称 :江苏国信集团), 于 2009 年 3 月 12 日 在北京共同签署了江苏液 化天然 气接收 站项目 合资经 营合 同 , 3 家结成战 略合作 伙伴 关系 , 共同 建设 江苏 液化 天然 气项目 。
近几年 , 我国钢铁 、 煤化工等行业对工业氧气 的需求逐年增长 , 空分设备规模不断扩大 。 我国自 行设计和制造大型空分设备的水平不断提高 , 国产 空分设备呈大规模 、 成系列地发展 。上海宝钢集团 (以下简称 :宝钢) 于 2008 年 10 月成功投产的 8# 60000m3/ h 空分设备 , 就是目前杭氧自主开发设计 的最大规模的空分设备 。
时 , 在分子筛吸附器的空气进 、 出口和人孔等部位 都进行了加强设计 , 并在局部地方增加变形 U 形 缺口 , 以减少局部峰值应力 。
处理空气量 31 万 m3/ h
设计压力 设计温度 0.7M Pa 200 ℃
表 1 60000m3/ h 空分设备分子筛吸 附器设计参数
吸附前空气 水含量
饱和
吸附后空气 水含量
污氮吹出口温度的最高 、 最低点的变化 , 可反
映出分子筛再生情况 。 吹冷峰值可说明内部分子筛 床层加热阶段的再生程度 。 而加热时的温度最低点 大于 0 ℃, 说明吸附剂的内部水含量超标 , 吸附性 能在下降 。 此时需要加大再生能量或是需要活化吸 附剂 。 设置吹冷出口温度联锁 , 在吹冷末期温度过 高时 , 自动延长吹冷时间 。 3.3 负荷变化时再生参数的调节
2 分子筛吸附器再生节能设计
60000m3/ h 空分设备分子筛吸附器 , 由于设备 体积较大 , 自身的能耗也占一定的比例 。为减少自 身能耗 , 充分利用气体的绝热特性进行保温 , 并对 连接设备的相应管路进行了合理的设置 ;同时 , 控 制吸附剂使用量 , 减少再生能耗 。 从空分设备调试 情况来分析 , 这几项措施的联合应用 , 已有效减少 分子筛再生对蒸汽的消耗 。
分子筛吸 附器的直 径为 4.2m , 长度 为 26m , 气体进出口管道直径为 1构 。 分子筛 吸附器直径 大 、 长度长 , 又要经受周 期性 (周 期 4 小时)变 压 、 变温等疲劳载荷 , 为此增加了疲劳分析设计 。 在设计时 , 先按照国家标准 《钢制压力容器》 (GB 150 —1998)的强度设计要求进行设计 , 然后通过
(Designing Insti tute , Hangzhou Hangyang S tock Co ., L td ., 388 Dongxin Road , Hangzhou 310004 , Z hejiang , P .R .China)
Abstract:T he design feat ures and the application of new techniques in molecular sieve adsorber for a 60000m3/ h air separation unit at Baog ang , designed and manufact ured by Hangyang , are int roduced .T he energy saving desig n in molecular sieve regeneration and its energy saving effect are summ arized .T he operat ion process of molecular sieve adso rber and the im provement of pipeline in large scale air separation unit are also analy zed . Keywords :Large scale air separation unit ;Molecular sieve adso rber ;Desig n features ;Operation process
大型空分设备运行成功靠的是各部机之间的协 调运作 。 下面介绍宝钢 60000m3/ h 空分设备 空气 净化系统中分子筛吸附器的设计特点 。
1 分子筛吸附器的设计特点
1.1 设计参数 宝钢 8#60000m3/ h 空分设 备分子筛纯化 系统
由 2 台大型卧式分子筛吸附器 (切换使用)、 2 台 蒸汽加热器 、 气液分离器 、 大口径三杆阀和仪控系 统等组成 。 以蒸汽作热源加热污氮气作为分子筛的 再生气 , 蒸汽加热器 1 用 1 备 。 分子筛吸附器设计 参数见表 1 。 1.2 分子筛吸附器的强度和刚度计算
由于分子筛吸附器工作 4 小时后 , 就要进入再 生阶段 , 压力会从 0.5MP a 降到 0.01MPa 。在频繁 切换过程中 , 当压力变化过快时 , 容易产生冲床事 故 , 造成吸附剂混合失效 , 损失严重 。特别是大型 分子筛吸附器 , 发生冲床事故后要更换吸附剂 , 每 次更换的经济损失达到数十万元 。为了避免在分子 筛吸附器的切换过程中发生由操作不当引起的冲床 事故 , 应用了专利技术 ———在分子筛吸附器内间隔 吸附剂的隔板装置 。 发 明的隔板装置 具有较强刚 性 , 在床层受到冲击时能适当移动 , 释放掉能量 , 以避免分子筛和活性氧化铝混在一起而失效 , 影响 正常工作 ;同时 , 还具有能承受热胀冷缩 、 拼装容 易 、 气流再分配及阻力小等优点 。 1.3.3 吸附剂防漏技术
近几年 , 杭氧对此进行技术攻关 , 自主开发了 防漏技术 , 解决了分子筛吸附器支承栅架热胀冷缩 和吸附剂防漏互相矛盾的这一难题 , 降低了对制造 的要求 。这一技术已经通过小颗粒分子筛的应用验
证, 达 到与 国际产 品相 当的水 平。 在 宝钢 8# 60000m3/ h 空分设备分子筛吸附器上应用了该项技 术 。 运行后没有发现分子筛或氧化铝泄漏现象 。 吸 附剂防漏技术的使用 , 大大提高了大型空分设备分 子筛吸附器运行的可靠性 。
在设计中采用了杭氧自主开发的专利技术 ——— 卧式吸附器气流均布装置 , 可以较好地避免偏流 、 壁流现象 , 因此提高分子筛整体的动吸附容量 , 可 以减薄分子筛床层厚度 , 减小阻力 , 节约能耗和投 资。与 引 进 国 外 技 术、 杭 氧 制 造 的 宝 钢 3# 60000m3/ h 空分设备的分子筛吸附器相比 , 原机组 处理空气量 30.32 万 m3/ h , 分子筛吸附器进气温 度为 16 ℃;而新机组设计处理空 气量 31 万 m3/ h (最大量 :32 万 m3/ h), 分子筛吸附器进气温度为