煤化工配套的空分装置中垫片的使用

发布日期:2020年08月01日   作者:admin
近年来,我国煤炭深加工产业发展取得了显著成绩。跟随发展脚步,提供卓越的密封解决方案,成为工业密封行业共同的课题。
自国家能源局发布的《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》以来,国家重点开展煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用、煤制化学品、煤炭和石油综合利用等 5 类模式以及通用技术装备的升级示范,不断总结经验教训,推动煤炭深加工产业向更高水平发展。
随着产业发展取得了显著成绩,自主技术装备水平大幅提高。我国煤炭深加工产业关键技术和重大装备自主化水平进一步提升,整体达到世界先进水平,装备自主化率已达到 85%。大型空分装置、大型工艺压缩机组、适用于苛刻条件的泵、阀等关键设备和控制系统的自主化得到了显著提升。
对于应用于煤炭深加工领域的密封解决方案的开发、制造和应用的提供者来说,其苛刻工况和自动化程度提升等一系列要求的满足,成为了重要课题。

煤化工中的空分装置

煤化工技术如何充分发挥煤炭的优点,首先从了解其核心技术与特点开始(图为我国某煤化工项目的现场图,来源于网络)
 
富煤、贫油、少气是我国能源的特点。因依赖石油的低碳烯烃(尤其是乙烯和丙烯)的制备受到了很大的限制,所以我们需要充分发挥煤炭的优点,利用煤炭现有的资源优势,有序发展煤化工技术。煤制烯烃技术涉及三项核心技术,分别是煤气化技术、甲醇合成技术、甲醇制烯烃技术。
煤气化是煤化工的基础,是将煤或水煤浆与氧气在高温条件下生产以CO和H2为主要成分的合成气。煤炭的主要成份是C和H2,如果没有充分的O2,没法使煤炭中的C分子分离成CO,因此需要空分装置提供氧气。


煤化工的迅速发展进程中,空分装置起到了什么样的作用?

因煤化工的快速发展,对气体的需求量也在增大,空分装置也慢慢占据了煤化工产业链中的主导地位。整个煤化工对空分装置的可靠性、能源消耗、投资等方面都做出了更高的要求。尤其是近些年以来,大型化是煤化工的主发展方向,相应的空分装置逐渐朝着大型化、产品多样化、集成化的方向发展。


空分装置的工艺流程具体是怎样的?其工况温度范围是多少?

空分装置,一般分为压缩,预冷,纯化,换热,精馏,存储6个单元。以空气为原料进行压缩、净化、膨胀制冷,通过低温下精馏的方式分离出纯氧、纯氮。首先要将空气液化,再根据氧、氮沸点不同将它们分离开来。空气液化必须将温度降到-140.6℃以下。一般空气分离是在-172~-194℃的温度范围进行的。

空分工艺流程图(Garlock绘制)

大型空分装置需要解决哪些工艺中的问题?

大型空分不是简单的配套设备和机组的放大,而要解决很多关键技术问题。比如以下情况:
1) 冷箱内主要是换热和精馏分离,是空分设备的核心系统。如果冷箱密封不严,导致湿空气侵入,保温材料知受潮,结块压断、压伤设备管线,而且装置冷损增大。
2)低温液体漏入基础,会将基础冻裂,设备倾斜。因此必须保证设备、管道和阀门的密封性,要考虑热胀冷缩可能产生的应力和变形;
3)被液氧浸渍过的木材、焦炭等多孔有机物质,当接触火源或给以一定的冲击力时,会发生激烈的燃爆。因此,冷箱内不允许有多孔性的有机物质。

煤化工空分装置中的密封要求

(现场图片来自于网络)
煤化工的空分通常要求提供高压氧气,氮气(高压,中压,低压),仪表空气,液氧,液氮,液氩等。在此涉及到的管道或者设备中需要的垫片种类多且要求高。比如在低温下(-196℃的液氮或者-183℃的液氧),垫片需要在这些温度下保持密封,且适应可能会出现的温度循环等苛刻工况;在某些制冷环节,因制冷剂的存在,就需要专门针对制冷剂场合的垫片。当然,为了减少垫片种类和库存,所以垫片的综合性能要高,尽量满足多种工况。
另外,因有纯氧参与反应,纯氧反应激烈容易发生事故。所以在有气氧或液氧的工况下,密封产品的生产和检验都要在洁净室完成。产品需要通过BAM(联邦德国材料检测协会)认证,后期需要特殊的清洁除脂工序。生产完成的产品,如何确保没有油脂,也需要严格的检验程序——专有且符合要求的设备检测垫片是否有荧光反应,检测合格后也要特殊的包装。


Garlock如何为工业领域提供全方位的领先密封方案?
基于对工艺流程和其相应的工况参数的收集,Garlock的专业技术和应用团队对工艺装置内的反应过程和其工况的具体情况进行精准的分析,以此作为关键的信息基础来进行密封产品的选型和匹配。
更重要的是,Garlock的密封解决方案,不仅针对煤化工工艺的工况参数还会进一步根据终端用户的实际使用情况,结合其安装和维修需求,成本和库存控制等多方位的综合需求,提供最优的一站式密封解决方案。

空分装置密封材料的应用案例

(现场图片来自于网络)
由于空分装置中涉及到的管道或者设备中需要的垫片种类多且要求高,在实际已应用的工况中,Garlock可以分享的应用案例非常多。


Garlock GYLON® 3502在煤化工空分装置中的应用介绍

客户的期待

某空分客户希望选择一款密封可靠、产品性能稳定,生产工艺有保障,且可以适应其多种工况应用的产品。

应用的工况
温度:    -196℃,-183℃
介质:    液氮,液氧
压力:    Class 150LB ,Class 300LB

解决方案:
GYLON® 3502 专用于氧气服务,而且大尺寸垫片可以焊接,保证了垫片的密封性。GYLON® 3502是改性的PTFE,最大程度的改善了PTFE的冷流,所以在一些有温度循环的工况,密封性能明显好于其他PTFE产品。最终产品会经过严格的质量检测,确保每一个产品都被清洁至没有任何油脂残余。
参考资料
1.  王玉青 《解决煤制烯烃工艺技术难题的对策》
2.  郑彬、刘刚 《浅析大型煤化工空分装置工艺流程的选择》
3.  王福财《大型煤化工空分装置的工艺优化》
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