张家港盈达10000液化装置技术改造探析

摘要：当前，液化装置在国民经济发展中发挥着不可替代的作用。液化装置在使用年限增长和设备技术落后情况下，会出现运行能耗偏高、液体产量减产等问题。对此，本文以张家港盈达气体有限公司液化装置技术改造项目为例，从改造方案和具体改造措施分析了利用沉默闲置的10000液化装置进行技术改造的具体实施；并就改造完成后开机调试阶段发现的问题进行了逐一分析并采取了措施加以解决。最终，通过新上一套液氮10000Nm3/h的10000液化装置，该企业的液氮产量较大提升，并且液化单耗液有了较大幅度降低，响应了政府推动制造业绿色发展，助力了工业领域清洁低碳转型的号召。

关键词：液化装置；技术改造；改造措施；开机调试；问题

引言

在我国工业体系中，液化装置发挥着重要作业。液化装置可实现对液氧、液氮和液氩的液体的生产、运输和储存。随着液化装置使用年限的增长，原有液化装置总体表现就会出现运行能耗偏高、设备技术落后、产能无法满足企业发展需求等问题。对此，在技术更新换代的驱使下，越来越多的企业选择对原有液化装置实施技术改造，以提升企业生产效率、降低生产能耗。对此，本文以具体案例的10000液化装置为切入点，就其技术改造的具体实施展开分析，以供兄弟企业技术改造借鉴。

1项目概况

张家港盈达气体有限公司为一家生产工业用液氧、液氮和液氩的企业。该企业现有2套液化装置，1套液氧生产能力为2700Nm3/h、液氮生产能力为2100Nm3/h的2700液化装置，1套液氧生产能力为6450Nm3/h，液氮生产能力为5200Nm3/h的6600液化装置。2700液化装置不含循环水可销液氮单耗为0.9705Kw/Nm3，6600液化装置不含循环水可销液氮单耗为0.7912Kw/Nm3，两个液化装置总体表现为运行能耗偏高的特点；而且，目前6600液化装置因无三同时手续并且该手续无法后补，考虑到集团上市前后影响，6600液化装置已经停机导致液体产量减产。为此，公司提出利用沉默闲置的10000液化装置进行技术改造，以实现液体增产和液化装置单耗降低目的。与2700液化装置、6600液化装置相比较，10000液化装置能够使得液氮生产成本下降81.26元/吨、液氧生产成本下降32.13元/吨，液氮产量能够增加81TPD；同时，2700液化装置能够提供给子公司使用，从而资产不会造成浪费；而且2022年永钢VPSA投产，如液体市场价格高，永钢空分液体回冲气体成本小于盈达气体价格，盈达供气量会减少，此时新建10000液化装置可以液化部分氧，对冲能耗与周边兄弟工厂跳机液体种类需求。

2液化装置改造实施

2.1改造方案

本次新建的10000液化装置场地利用原2700液化装置场地。设备方面，在现有条件新上一套液化装置，包括1套低压喂气氮压机、2套IHI NK36-4循环氮压机、1套crystar高低温增压膨胀机、1套液化冷箱（表1）。设备管线方面，10000液氮压机常压氮气进气管线利用原16000氮压机氮气进气管线；而10000液化装置的循环水重新在进回水总管上接了2根DN500的水路管线；同时液氮去储槽管线利用原2700进3000液氮储槽真空管，仪表密封气利用原2700液化的仪表密封气总管。

2.2具体改造措施

首先将停产的2700液化装置进行拆除，即对16000氮压机入口发后加盲板封堵，再拆除2700循环氮压机、液化冷箱、膨胀机、冷冻机等设备；之后，将循环水进回水总管带压开孔预置进回水总阀门；完成上述步骤后再安装喂气机、循环氮、膨胀机、液化冷箱；最后，对10000液化装置开机检查调试。（图1）

2.3液化装置开机调试问题分析

经过了半年多的项目施工，来到了项目调试阶段；由于设备利旧，在调试过程中发生了好些问题，下面笔者将这些问题进行逐一分析，希望能给以后的项目一些启示。

（1）原有增压机冷却器未注销

热端增压机和冷端增压机是利用原有旧设备。该设备运输到现场安装完成后，当笔者准备将设备在本地注册时发现该设备还未在当地注销，而在平湖现场还有一套已经注销好的同样设备，平湖本身有两套闲置设备，项目立项后注销了一套，在运输的时候由于疏忽将未注销的设备运至现场安装，从而造成了运输成本浪费，又导致调试时间的拖延。

（2）液氮充车泵起压较困难

根据技术改造的需要，100立液氮储槽将作为液氧提纯装置的液氮补液设备。但由于100立液氮储槽本身需长期保持4bar压力而无法进液，从而笔者设计使用液氮充车泵来为100立液氮储槽进行补液；但是改造完成后第一次时补液时发现液氮充车泵起压比较困难。这时，笔者将设计在液氮充车泵出口去另接一路的100立氮槽，但这一路的出口截止阀安装位置靠近100立储槽，离液氮充车泵的出口有7-8米距离，从而造成充车氮泵不易起压。为解决此问题，笔者考虑到以后10000液化装置建成后将会有大量液氮槽车充装，充装效率需要提升，因此跟项目部沟通后将出口截止阀挪到液氮充车泵出口处。最终改造完成后，液氮充车泵恢复到以前容易起压的状态。（图2）

（3）液氮罐顶部存在无用途盲端

在改造过程中，笔者发现使用的冷箱上的液氮罐顶部存在一个无用途盲端，为确保液氮罐能够正常使用，笔者采取在液氮罐顶部的法兰上安装了一个截止阀。（图3）

（4）10000液化装置开车过程阀门不动作

10000液化装置开车过程中，笔者发现增压端回流阀关闭时反馈还是100°全开。由于回流阀与10000液化装置低温膨胀机膨胀量有直接关系，回流阀管不下来会导致低温膨胀机流量偏小，从而使低温膨胀机入口温度急剧下降；而且低温膨胀机入口温度设有低温联锁停装置。在紧急情况下，笔者采取先将冷量从液氮出冷箱处排放以此来减缓低温膨胀机入口温度下降速度；之后在安装现场笔者又第一时间发现回流阀的电磁阀不热，并推测应该是电磁阀故障；因此，笔者紧急更换了电磁阀后阀门恢复动作，之后10000液化装置开车也就恢复正常。（图4）

（5）流量计和液位计不准确

在液化装置调试阶段，笔者发现流量计和液位计不准确，经过仔细检查并分析原因后，笔者采取了以下措施：一是喂气机出口流量计1FI1501Y严重偏小，仪表现场检查后发现喂气机出口流量计1FI1501Y漏气，经过处理后恢复准确值。二是液氮产品去储槽流量1FI1Y一开始超量程坏值，后期经仪表检查后发现单位错误，修改公式后流量显示接近设计值，但与通过日报表可销液氮计算出来的流量还是稍微偏小，笔者跟项目部沟通后通过后台增加系数将流量计偏差，系数通过生产报表计算得出。三是氮气去热端增压机流量1FI101Y流量偏大，同一管线上另一流量计1ET401A喘振流量1FIC412YA流量与设计值接近，理论上1FI101Y与1FIC412YA流量应该是一致的，跟项目部沟通后通过后台增加系数将1FI101Y流量调整至与1FIC412YA一致。四是换热器液氮液位1LIC1Y液位显示负值，仪表现场检查后发现液位计上阀压力大于下阀压力，符合液位计显示，通过与项目部沟通后可能是液位计下阀安装位置原因造成，由于冷箱已经装砂完毕，此液位计必要性不强，通过后台给下阀压力增加固定值将液位计显示恢复正值。

（6）10000液化膨胀机的振动高高联锁装置停车

10000液化初次开车几小时后，笔者就发生了高温膨胀机的振动高高联锁停车问题；之后通过仪表现场检查振动变送器和补偿导线都没问题，因此笔者怀疑可能是焊渣打到叶轮；再进行现场检查增压端发现过滤器没有问题，观察增压端叶轮无明显损伤，检查未发现明显问题。10000液化再次开车几小时后，笔者再次发生同样事故联锁，在与项目部成员讨论后，笔者认为可能是膨胀端发生了焊渣打叶轮的情况；由于膨胀端垫片无备用垫片，项目部紧急采购，施工方将膨胀机冷箱扒砂，垫片一到就打开膨胀机膨胀端过滤器查看，发现过滤器无明显问题；由于未发现有明显问题，笔者只能先猜测是否可能是信号干扰或者仪表问题造成的，于是笔者将探头和振动变送器都进行了更换，重做了外壳接地，并将阀门给定信号卡件、通道位置、电缆都进行了更换。之后再次进行10000液化开车几小时后还是发生了同样的事故联锁，这次仪表对膨胀机的导叶和紧急切断阀信号都进行了趋势分析，发现紧急切断阀全开信号丢失早于振动高高信号，笔者怀疑是紧急切断阀故障关闭造成的振动高高联锁停车，于是仪表将紧急切断阀电磁阀都进行了更换，并调整仪表气减压阀后压力，将压力有0.35MPA调整到0.4MPA；最后，10000液化膨胀机再次开机后就未发生同样事故联锁。

3液化装置改造效果分析

3.1能耗及产量方面

采用10000液化装置进行技术改造后，该公司的液化装置单耗大幅降低，液化可销液氮单耗由2700液化装置的0.9705KW/Nm3和6600液化装置的0.7912KW/Nm3降低至10000液化的0.6655KW/Nm3（图5）；同时，液化液氮产量大幅提升，可销液氮由2700液化装置的2.59t/h和6600液化装置的6.38t/h提升至10000液化装置的12.41t/h（图6）。

3.2项目收益和碳排放计算

年化收益=10000液化装置增产收益+2700液化节能收益-冷冻机电耗增加=1326.3+266.97-21.5=1571.77万元；

2700液化置换期间损失（按7个月）=｛2100×（1-7%）/800×576/1.13-2100×（1-7%）×0.9705×0.57｝×30×7×24/10000=82.67万元；

总收益=年化收益×时间-2700液化置换期间损失=1571.77-82.67=1489.1万元；可知，10000液化装置增产收益能达到1489.1万元/年，

碳减排=节电量kwh/1000×节电排放因子t/Mwh=（2100×（1-7%）×（0.9705-0.685）×8400-45×8400）/1000×0.7035=3029t。可知，10000液化装置一年能够实现碳减排3029t。

4结语

综上所述，为解决张家港盈达气体有限公司2700液化装置和6600液化装置运行能耗偏高、液体产量减产的问题，笔者负责利用沉默闲置的10000液化装置进行技术改造项目。在实施该项目过程，笔者根据调试阶段发现的原有增压机冷却器未注销、液氮充车泵起压较困难、液氮罐顶部存在无用途盲端、10000液化装置开车过程阀门不动作、流量计和液位计不准确、10000液化膨胀机的振动高高联锁装置停车问题，进行了逐一分析并采取了措施加以解决。最终，通过新上一套液氮10000Nm3/h的10000液化装置，企业的液氮产量较大提升，并且液化单耗液有了较大幅度降低，响应了政府推动制造业绿色发展，助力了工业领域清洁低碳转型的号召。

参考文献：

[1]李志铭，杨子海，唐晓东，等.轮南油田液化气联合装置的技术改造[J].石油与天然气化工，2002 （04）：182-183+189-168.

[2]黎金业.A公司空气分离装置的工艺优化和技术改造[D].华南理工大学硕士学位论文，2016.

[3]胡晓锋.煤制天然气液化装置运行问题及优化改造[J].中氮肥，2024 （06）：67-70.

[4]戴成阳，李怀兵.新疆广汇引进LNG装置生产情况与国产化技术改造[J].中国集体经济（下半月） ，2007 （09）：162-163.

[5]常慧亮，贾海龙，郭明钢，等.重整含硫液化气技术改造方案及应用[J].化学反应工程与工艺，2021 ，37 （05）：474-480.

作者简介：徐伟1979.04.21，男，籍贯：江苏苏州，汉，本科，，研究方向：化工安全