GRUPO TECNOLÓGICO HANGZHOU NUZHUO CO.,LTD.

A unidade de separação de ar KDON-32000/19000 é a principal unidade de engenharia pública de apoio ao projeto de etilenoglicol de 200.000 t/a. Ela fornece principalmente hidrogênio bruto para a unidade de gaseificação pressurizada, a unidade de síntese de etilenoglicol, a recuperação de enxofre e o tratamento de efluentes, além de fornecer nitrogênio em alta e baixa pressão para diversas unidades do projeto de etilenoglicol para purga e vedação na partida, e também ar comprimido para as unidades e para instrumentação.

Fábrica e fornecedores de unidades de separação de ar para plantas criogênicas de nitrogênio da China NUZHUO, sistemas geradores de N2 e plantas de oxigênio líquido | Nuzhuo

A. PROCESSO TÉCNICO

O equipamento de separação de ar KDON32000/19000 foi projetado e fabricado pela Newdraft e adota o seguinte fluxograma de processo: purificação por adsorção molecular de baixa pressão, refrigeração por mecanismo de expansão de turbina de ar comprimido, compressão interna de oxigênio, compressão externa de nitrogênio de baixa pressão e recirculação de ar comprimido. A torre inferior utiliza uma torre de placas perfuradas de alta eficiência, enquanto a torre superior adota um processo de enchimento estruturado e destilação completa para produção de argônio livre de hidrogênio.

O ar bruto é aspirado pela entrada, e a poeira e outras impurezas mecânicas são removidas pelo filtro de ar autolimpante. Após passar pelo filtro, o ar entra no compressor centrífugo e, depois de comprimido, segue para a torre de resfriamento. Durante o resfriamento, também remove impurezas facilmente solúveis em água. O ar que sai da torre de resfriamento entra no purificador de peneira molecular para filtragem. Dióxido de carbono, acetileno e umidade presentes no ar são adsorvidos. O purificador de peneira molecular opera em dois modos de funcionamento: um em operação e outro em regeneração. O ciclo de funcionamento do purificador é de aproximadamente 8 horas, com uma filtragem a cada 4 horas. A filtragem automática é controlada por um programa programável.

O ar após o adsorvedor de peneira molecular é dividido em três fluxos: um fluxo é extraído diretamente do adsorvedor como ar de instrumentação para o equipamento de separação de ar; um fluxo entra no trocador de calor de placas aletadas de baixa pressão, é resfriado pelo refluxo de amônia contaminada e, em seguida, entra na torre inferior; um fluxo segue para o compressor de ar e é dividido em dois fluxos após o primeiro estágio de compressão. Um fluxo é extraído diretamente e usado como ar de instrumentação e ar para o equipamento após ter sua pressão reduzida, e o outro fluxo continua sendo pressurizado no compressor e é dividido em dois fluxos após o segundo estágio de compressão. Um fluxo é extraído, resfriado à temperatura ambiente e segue para a extremidade de reforço do expansor de turbina para pressurização adicional, sendo então extraído através do trocador de calor de alta pressão e entrando no expansor para expansão e trabalho. O ar úmido expandido entra no separador gás-líquido e o ar separado entra na torre inferior. O ar líquido extraído do separador gás-líquido entra na torre inferior como refluxo de ar líquido, enquanto o restante do fluxo continua sendo pressurizado no booster até o estágio final de compressão. Em seguida, é resfriado à temperatura ambiente pelo resfriador e entra no trocador de calor de placas aletadas de alta pressão para troca de calor com oxigênio líquido e nitrogênio contaminado por refluxo. Essa parte do ar de alta pressão é liquefeita. Após ser extraído do fundo do trocador de calor, o ar líquido entra na torre inferior após ser expandido. Depois de ser destilado inicialmente na torre inferior, obtém-se ar líquido pobre, ar líquido rico em oxigênio, nitrogênio líquido puro e amônia de alta pureza. O ar líquido pobre, o ar líquido rico em oxigênio e o nitrogênio líquido puro são super-resfriados no resfriador e expandidos para a torre superior para destilação adicional. O oxigênio líquido obtido no fundo da torre superior é comprimido pela bomba de oxigênio líquido e entra no trocador de calor de placas aletadas de alta pressão para reaquecimento, sendo então injetado na rede de distribuição de oxigênio. O nitrogênio líquido obtido no topo da torre inferior é extraído e entra no tanque de armazenamento de amônia líquida. A amônia de alta pureza obtida no topo da torre inferior é reaquecida pelo trocador de calor de baixa pressão e entra na rede de tubulação de amônia. O nitrogênio de baixa pressão obtido na parte superior da torre superior é reaquecido pelo trocador de calor de placas aletadas de baixa pressão e, em seguida, sai da caixa fria, sendo então comprimido a 0,45 MPa pelo compressor de nitrogênio e entra na rede de tubulação de amônia. Uma certa quantidade de fração de argônio é extraída do meio da torre superior e enviada para a torre de xenônio bruto. A fração de xenônio é destilada na torre de argônio bruto para obter argônio líquido bruto, que é então enviado para o meio da torre de argônio refinado. Após a destilação na torre de argônio refinado, o xenônio líquido refinado é obtido na parte inferior da torre. O gás amônia impuro é extraído da parte superior da torre superior e, após ser reaquecido pelo resfriador, trocador de calor de placas aletadas de baixa pressão e trocador de calor de placas aletadas de alta pressão, e saindo da caixa fria, é dividido em duas partes: uma parte entra no aquecedor a vapor do sistema de purificação por peneira molecular como gás de regeneração da peneira molecular, e a parte restante do gás nitrogênio impuro segue para a torre de resfriamento a água. Quando o sistema de reserva de oxigênio líquido precisa ser acionado, o oxigênio líquido no tanque de armazenamento é direcionado para o vaporizador de oxigênio líquido através da válvula reguladora e, em seguida, entra na rede de tubulação de oxigênio após obter oxigênio a baixa pressão; quando o sistema de reserva de nitrogênio líquido precisa ser acionado, a amônia líquida no tanque de armazenamento de nitrogênio líquido é direcionada para o vaporizador de oxigênio líquido através da válvula reguladora e, em seguida, comprimida pelo compressor de amônia para obter nitrogênio a alta pressão e amônia a baixa pressão, que então entram na rede de tubulação de nitrogênio.

B. SISTEMA DE CONTROLE

De acordo com a escala e as características do processo do equipamento de separação de ar, adota-se o sistema de controle distribuído (DCS), combinado com a seleção de sistemas DCS avançados internacionalmente, analisadores online de válvulas de controle e outros componentes de medição e controle. Além de permitir o controle do processo da unidade de separação de ar, o sistema também pode posicionar todas as válvulas de controle em segurança quando a unidade for desligada em caso de acidente, e as bombas correspondentes entram em estado de intertravamento de segurança para garantir a integridade da unidade de separação de ar. Grandes unidades de compressores de turbina utilizam sistemas de controle ITCC (sistemas de controle integrados para unidades de compressores de turbina) para realizar o controle de desligamento por sobrevelocidade, o controle de corte de emergência e o controle anti-surto da unidade, podendo enviar sinais para o sistema de controle DCS por meio de cabeamento físico e comunicação.

C. Principais pontos de monitoramento da unidade de separação de ar

Análise de pureza do oxigênio e nitrogênio gasosos produzidos na saída do trocador de calor de baixa pressão, análise de pureza do ar líquido na parte inferior da torre, análise do nitrogênio líquido puro na parte inferior da torre, análise de pureza do gás que sai da parte superior da torre, análise de pureza do gás que entra no subresfriador, análise de pureza do oxigênio líquido na parte superior da torre, temperatura após a válvula de fluxo constante de ar líquido de refluxo do condensador de petróleo bruto, indicação de pressão e nível de líquido no separador gás-líquido da torre de destilação, indicação de temperatura do nitrogênio gasoso impuro na saída do trocador de calor de alta pressão, análise de pureza do ar que entra no trocador de calor de baixa pressão, temperatura do ar na saída do trocador de calor de alta pressão, temperatura e diferença de temperatura do amônia gasosa impura na saída do trocador de calor, análise do gás na porta de extração da fração de xenônio na parte superior da torre: todos esses dados são coletados durante a inicialização e a operação normal, o que é benéfico para ajustar as condições de operação da unidade de separação de ar e garantir o funcionamento normal do equipamento de separação de ar. Análise do teor de óxido nitroso e acetileno no sistema de refrigeração principal e análise do teor de umidade no ar de reforço: para evitar a entrada de ar úmido no sistema de destilação, que pode causar solidificação e bloqueio do canal do trocador de calor, afetando sua área e eficiência, e para prevenir a explosão do acetileno quando seu acúmulo no sistema de refrigeração principal ultrapassa um determinado valor. Análise do fluxo de gás na vedação do eixo da bomba de oxigênio líquido, análise da pressão, temperatura do aquecedor do mancal da bomba de oxigênio líquido, temperatura do gás na vedação labiríntica, temperatura do ar líquido após a expansão, pressão do gás na vedação do expansor, fluxo, indicação de pressão diferencial, pressão do óleo lubrificante, nível do tanque de óleo e temperatura na parte traseira do resfriador de óleo, extremidade de expansão do expansor da turbina, fluxo de entrada de óleo na extremidade do reforço, temperatura do mancal, indicação de vibração: tudo isso para garantir a operação segura e normal do expansor da turbina e da bomba de oxigênio líquido e, consequentemente, o funcionamento normal do fracionamento de ar.

Pressão principal de aquecimento da peneira molecular, análise de fluxo, temperaturas de entrada e saída do ar (nitrogênio impuro) da peneira molecular, indicação de pressão, temperatura e fluxo do gás de regeneração da peneira molecular, indicação de resistência do sistema de purificação, indicação da diferença de pressão de saída da peneira molecular, temperatura de entrada de vapor, alarme de indicação de pressão, alarme de análise de H2O do aquecedor de saída de gás de regeneração, alarme de temperatura de saída do condensado, análise de CO2 na saída de ar da peneira molecular, indicação de fluxo de entrada de ar na torre inferior e no booster: para garantir a operação normal de comutação do sistema de adsorção da peneira molecular e para garantir que o teor de CO2 e H2O do ar que entra na câmara fria esteja em um nível baixo. Indicação da pressão do ar de instrumentação: para garantir que o ar de instrumentação para separação de ar e o ar de instrumentação fornecido à rede de tubulação atinjam 0,6 MPa (G) para garantir a operação normal da produção.

D. Características da unidade de separação de ar

1. Características do processo

Devido à alta pressão de oxigênio no projeto de etilenoglicol, o equipamento de separação de ar KDON32000/19000 adota um ciclo de pressurização de ar, com compressão interna de oxigênio líquido e compressão externa de amônia. Ou seja, o compressor de ar, a bomba de oxigênio líquido e o expansor de turbina de pressurização são combinados com um sistema de troca de calor otimizado, substituindo o compressor de oxigênio externo. Isso reduz os riscos de segurança associados ao uso de compressores de oxigênio no processo de compressão externa. Ao mesmo tempo, a grande quantidade de oxigênio líquido extraída pelo sistema de resfriamento principal minimiza a possibilidade de acúmulo de hidrocarbonetos no oxigênio líquido de resfriamento, garantindo a operação segura do equipamento de separação de ar. O processo de compressão interna apresenta custos de investimento mais baixos e uma configuração mais adequada.

2. Características dos equipamentos de separação de ar

O filtro de ar autolimpante está equipado com um sistema de controle automático, que programa a retrolavagem automaticamente e ajusta o programa de acordo com a resistência das partículas. O sistema de pré-resfriamento utiliza uma torre de enchimento aleatório de alta eficiência e baixa resistência, e o distribuidor de líquido emprega um novo distribuidor eficiente e avançado, que garante o contato total entre água e ar, além de assegurar o desempenho da troca de calor. Um desembaçador de tela metálica é instalado no topo para garantir que o ar que sai da torre de resfriamento não carregue água. O sistema de adsorção por peneira molecular adota um ciclo longo e purificação em leito de dupla camada. O sistema de comutação utiliza tecnologia de controle de comutação sem impacto, e um aquecedor a vapor especial é empregado para evitar vazamentos de vapor de aquecimento para o lado do nitrogênio sujo durante a fase de regeneração.

Todo o processo do sistema de torre de destilação adota cálculos de simulação com os softwares ASPEN e HYSYS, avançados internacionalmente. A torre inferior utiliza uma torre de placas perfuradas de alta eficiência, enquanto a torre superior utiliza uma torre de enchimento convencional para garantir a taxa de extração do equipamento e reduzir o consumo de energia.

E. Discussão sobre o processo de carga e descarga de veículos com ar condicionado.

1. Condições que devem ser atendidas antes de iniciar a separação do ar:

Antes de iniciar, organize e elabore um plano de inicialização, incluindo o processo de inicialização e o gerenciamento de emergências e acidentes, etc. Todas as operações durante o processo de inicialização devem ser realizadas no local.

A limpeza, lavagem e teste do sistema de óleo lubrificante foram concluídos. Antes de ligar a bomba de óleo lubrificante, deve-se adicionar gás de vedação para evitar vazamentos. Primeiramente, deve-se realizar a filtragem por recirculação do óleo no tanque. Quando um determinado nível de limpeza for atingido, a tubulação de óleo é conectada para lavagem e filtragem, sendo necessário adicionar papel de filtro antes da entrada no compressor e na turbina, e substituí-lo constantemente para garantir a limpeza do óleo que entra no equipamento. A lavagem e o comissionamento do sistema de água de circulação, do sistema de limpeza com água e do sistema de drenagem do separador de ar foram concluídos. Antes da instalação, a tubulação de oxigênio enriquecido do separador de ar precisa ser desengordurada, decapada e passivada, e então preenchida com gás de vedação. As tubulações, máquinas, componentes elétricos e instrumentos (exceto instrumentos analíticos e de medição) do equipamento de separador de ar foram instalados e calibrados, estando qualificados.

Todas as bombas de água mecânicas em funcionamento, bombas de oxigênio líquido, compressores de ar, boosters, expansores de turbina, etc., possuem condições de partida, e algumas devem ser testadas primeiro em uma única máquina.

O sistema de comutação por peneira molecular está pronto para iniciar e o programa de comutação molecular foi confirmado como operacional. O aquecimento e a purga da tubulação de vapor de alta pressão foram concluídos. O sistema de ar comprimido de reserva para instrumentação foi acionado, mantendo a pressão do ar comprimido acima de 0,6 MPa(G).

2. Purga das tubulações da unidade de separação de ar

Ligue o sistema de óleo lubrificante e o sistema de gás de vedação da turbina a vapor, do compressor de ar e da bomba de água de refrigeração. Antes de ligar o compressor de ar, abra a válvula de ventilação do compressor e vede a entrada de ar da torre de resfriamento com uma placa cega. Após a purga do tubo de saída do compressor de ar, a pressão de exaustão atingir a pressão nominal e a purga da tubulação estiver dentro dos parâmetros desejados, conecte o tubo de entrada da torre de resfriamento de ar e ligue o sistema de pré-resfriamento de ar (antes da purga, o enchimento da torre de resfriamento de ar não deve estar preenchido; o flange de entrada do adsorvedor de peneira molecular deve estar desconectado). Aguarde até que a pressão desejada seja atingida e ligue o sistema de purificação por peneira molecular (antes da purga, o adsorvente de peneira molecular não deve estar preenchido; o flange de entrada da caixa fria deve estar desconectado). Desligue o compressor de ar até que a pressão desejada seja atingida, encha o enchimento da torre de resfriamento de ar e o adsorvente de peneira molecular e reinicie o filtro, a turbina a vapor, o compressor de ar, o sistema de pré-resfriamento de ar e o sistema de adsorção por peneira molecular. Após o enchimento, o sistema opere normalmente por pelo menos duas semanas para regeneração, resfriamento, aumento de pressão, adsorção e redução de pressão. Após um período de aquecimento, as tubulações de ar do sistema após o adsorvedor de peneira molecular e as tubulações internas da torre de fracionamento podem ser limpas com ar comprimido. Isso inclui trocadores de calor de alta pressão, trocadores de calor de baixa pressão, boosters de ar, expansores de turbina e equipamentos da torre pertencentes à separação de ar. Preste atenção ao controle do fluxo de ar que entra no sistema de purificação por peneira molecular para evitar resistência excessiva da peneira molecular que danifique a camada do leito. Antes de soprar a torre de fracionamento, todos os tubos de ar que entram na caixa fria da torre de fracionamento devem ser equipados com filtros temporários para evitar que poeira, escória de soldagem e outras impurezas entrem no trocador de calor e afetem o efeito da troca de calor. Ligue o sistema de óleo lubrificante e gás de vedação antes de soprar o expansor de turbina e a bomba de oxigênio líquido. Todos os pontos de vedação de gás do equipamento de separação de ar, incluindo o bocal do expansor de turbina, devem ser fechados.

3. Resfriamento inicial e comissionamento final da unidade de separação de ar

Todas as tubulações externas à câmara fria são removidas com ar comprimido, e todas as tubulações e equipamentos dentro da câmara fria são aquecidos e removidos com ar comprimido para atingir as condições de resfriamento e se prepararem para o teste de resfriamento sem refrigeração.

Quando o resfriamento da torre de destilação se inicia, o ar descarregado pelo compressor não consegue entrar completamente na torre. O excesso de ar comprimido é liberado para a atmosfera através da válvula de ventilação, mantendo assim a pressão de descarga do compressor inalterada. À medida que a temperatura de cada parte da torre de destilação diminui gradualmente, a quantidade de ar admitida aumenta progressivamente. Nesse momento, parte do gás de refluxo da torre de destilação é direcionada para a torre de resfriamento a água. O processo de resfriamento deve ser realizado de forma lenta e uniforme, com uma taxa média de resfriamento de 1 a 2 °C/h para garantir a uniformidade da temperatura em cada parte. Durante o processo de resfriamento, a capacidade de refrigeração do expansor de gás deve ser mantida no máximo. Quando o ar na extremidade fria do trocador de calor principal se aproxima da temperatura de liquefação, a etapa de resfriamento termina.

A fase de resfriamento da câmara fria é mantida por um período de tempo, durante o qual diversos vazamentos e outras peças inacabadas são verificados e reparados. Em seguida, a máquina é desligada gradualmente, inicia-se o carregamento da areia perolada na câmara fria e, após o carregamento, inicia-se o equipamento de separação de ar também gradualmente, retornando à fase de resfriamento. Observe que, ao iniciar o equipamento de separação de ar, o gás de regeneração da peneira molecular utiliza o ar purificado por ela. Quando o equipamento de separação de ar estiver em funcionamento e houver gás de regeneração suficiente, utiliza-se o fluxo de amônia contaminada. Durante o processo de resfriamento, a temperatura na câmara fria diminui gradualmente. O sistema de enchimento de amônia da câmara fria deve ser aberto a tempo para evitar pressão negativa. Com o resfriamento do equipamento na câmara fria, o ar começa a liquefazer, o líquido começa a aparecer na coluna inferior e o processo de destilação nas colunas superior e inferior se inicia. Por fim, ajuste as válvulas gradualmente, uma a uma, para que a separação de ar funcione normalmente.

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