粉体的氮气保护输送及其回收技术天津石化化纤厂CP改造项目的PTA气力输送装置介绍pdf
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粉体的氮气保护输送及其回收技术天津石化化纤厂CP改造项目的PTA气力输送装置介绍浙江大学材料技术工程公司杭州310013摘要粉体管道气力输送是一种正在发展的具有输送效率高占地少成本较低和无污染的现代物流系在众多的产业领域发挥着无法替代的作用本文概述了某些特殊物料用氮气保护输送并对氮气进行回收利用的闭合循环系统的设计要点着重介绍了天津石化化纤厂CP改造项目中输送距离达756PTA粉料氮气保护输送及其回收装置的特点内容涉及远距离浓相流态化输送技术双仓泵并联输送技孔板节流与调压阀结合的气控单元技术两点式压力控制与两点式补气的气量平衡技术循环氮气的过滤与增压技术堵料预警与自动排堵技术及管道伸缩补偿技术等前言粉体的管道输送已经有一百多年的历史了与传统的机械输送相比它具有输送效率高占地输料管布置灵活便于实现自动化操作能保证输送物料的质量且无环境污染等优点跟着社会的发展人类的环保意识日益加强对产业工人工作条件的改善也更加重视气力输送的诸多优点正符合整个社会的这种发展需求现在已经成为现代物流技术和装备中必不可少的一个组成分支众多的产业领域发挥着无法替代的作用常规的粉体管道输送大都以空气作为输送气源将物料送到目的仓后空气可直接排放到大气但在实际的工业生产里有些物料是不能用空气进行输送的特别是化工行业某些物料化学性能不稳定遇到氧气后会氧化还有些有机粉料当与特殊的比例的氧气混合后遇明火会发生爆炸上述的这些物料都不能用空气进行管道输送在工业中通常用氮气作为气源来实现物料保护输送氮气的制备成本比空气要大得多为节省本金降低消耗需对其进行回收利用同别的行业一样我国在气力输送领域的研究应用起步也较晚氮气保护的粉体气力输送技术更是落后于国外的同行几年前我国石化企业的PTAIPAPP等物料的气力输送大都采用进口的技术与设备近年来这种局面有了很大的改变1998片的氮气保护输送及氮气回收装置掌握了粉粒料氮气保护输送及氮气回收的专利技术自此国内锦纶切片的气力输送基本实现了国产化随后这项技术很快又应用到了PTA的气力输送与氮气回收装置中我公司相继承建了洛阳石化总厂天津石化总厂仪征化纤公司上海石化总厂及浙江萧山荣盛化纤厂等数条聚酯生产线上的PTA输送装置这些装置的运行参数及指标如混合比耗气量等达到甚至超过了国外的同种类型的产品系统运行也很稳定可靠系统能耗能及气量平衡处理等均较理想完全可替代进口产品氮气保护输送的闭路循环系统概述要对氮气进行回收利用的粉体气力输送是一个闭路循环系统主要由气力输送单元离单元气源机械控制管理系统等组成其方框图如图1所示高压N2物料+N2低压N2气源机械主控制柜现场自控信号输入命令氮气保护的粉体气力输送系统在实际应用中根据不同的物料特性输送工况及经济技术指标等来确定相应的输送方式离设备及气源机械对于不同的输送方式和气源机械在进行系统模块设计时采用的技术方案也略有不同但设计要点却是相同的即除了要保障正常的气力输送的系统可靠性和经济性外还要设法解决系统的气量平衡问题并要确保回收的氮气畅通和洁净无尘所谓系统的气量平衡就是系统在运行时要始终保证其高压端用气量与低压端的回气量源机械的容积流量保持一致如系统不能建立这种平衡状态轻者会发生输送困难管道堵塞安全阀排放等非正常工况重者还会造成料仓胀裂或吸扁等安全事故物料送入料仓后回气是否畅通会直接影响输送的产能和系统的稳定而料气分离彻底干净不使粉尘带入气源机械中则是保证气源机械工作正常的必要条件带尘的尾气进入气源机械但会损坏设备还会污染物料降低产品质量为能实现上述要求闭路循环系统的输送单元气固分离单元及高低压管路上均设有压力变送器料仓上设有高低料位计这些信号及各自控阀位信号等均被采入主控柜根据工艺技术要求进行编程控制控制管理系统单元是整个闭路循环系统正常运行的枢纽正是控制技术和传感技术的长足进展才使复杂的气力输送技术能在众多的产业领域得到成功的应用现通过对我公司负责完成的天津石化化纤厂CP-PTA改造项目的PTA气力输送装置特点介绍来阐述PTA粉料氮气保护输送及其回收的一些关键技术以供读者参考天津石化化纤厂CP-PTA改造项目的PTA气力输送装置2.1工艺流程天津石化化纤厂CP-PTA改造项目于2002月份正式开车投产距今已正常运行2其中的PTA气力输送装置由我公司设计总包其流程简图如图2天津石化CP改造PTA气力输送及氮气回收系统流程简图该装置的输送距离较远从T03料仓到日料仓的几何距离达756其中水平726m垂直30m要求的设计输送能力为15-18t/h2.2装置特点采取了浓相流态化仓泵的输送方式浓相流态化输送的原理是先利用压缩气体使物料流态化再用压缩气体将流化的物料以高浓高压的方式实现物料输送这种输送方式具有速度低浓度高磨损少震动小等特点非常适合于长距离大流量的粉料输送本系统输送距离较远PTA粉料的流动性也比较好采用流态化输送方式是合适的流态化仓泵的重要部件是流化器传统的流化器采用帆布陶瓷或烧结多孔材料制造成或磨损常规使用的寿命较短在本系统中采用的是新型的多层塔型薄板流化器薄板间留有环形缝隙实践证明这种结构的流化器对于PTA粉料的流化效果是十分好的使用近2年时间未发现堵塞或磨损流化效果一直稳定正常本系统中料仓下设2套发送装置双仓泵并联共用一条输送管线这样的配置一方面通过交替使用双仓泵可实现连续送料另一方面万一有一套装置发生故障时另一套装置可作为备用使用也能满足生产要可确保万无一失输送气控单元采用孔板节流与调压阀结合的调节方式一套输送系统建成后应该能对其生产能力进行调节控制并且要确保系统稳定运行路气实现物料输送一次气从仓泵底部进入经流化器后使物料流化仓泵加压将物料挤入输料管稀释物料浓度并实现输送构已定的情况下在一些范围内仓泵的输送量与一次气的流量成线性关系二次气的流量则是输送得以实现的关键正是二次气的注入对输送混合比进行调节使物料在管道中得以加速不使物料在管道中沉降阻塞只有这2路气的流量合理匹配才能使整个输送系统达到最佳的运行状这都需在系统开车运行时进行调试后实现由节流装置与减压阀结合使用的气控单元给调试提供了方便在本系统中气源压力大大高于输送压力节流孔板的喉部流速处于临界状态即马赫数通过孔板的流量不随下游压力波动而变化却随上游压力的增减而增减通过调节减压阀的压力就可调整两路气的流量调整好后节流孔板的硬特性可保证输送系统稳定运行采用两点式压力控制与两点式补气的气量平衡技术两点式压力控制是指压缩机出口的高压贮气罐内的压力控制及低压贮气罐内的压力控制制了高压贮气罐内的氮气压力输送就能稳定运行控制了低压贮气罐内的氮气压力可使日料仓的背压稳定气源机械的进气状态参数稳定使回路系统始终处于微正压状态下工作保证了日料仓与气源机械的设施安全两点式补气 是指系统可自动向进压缩机前的低压贮气罐内及日料仓内补入新鲜氮气 达到闭 路循环系统内的氮气总量平衡 系统在运行中 连接处的泄漏 日料仓的出料及系统故障排放等 都可能使系统内氮气量减少 本系统实现了氮气总量的检测与自动补入功能 在工程应用中 解决闭路循环系统的气量平衡问题 有多种技术措施 在本系统中 为保证其 高压端用气量与低压端的回气量 气源机械的容积流量 保持一致 各压缩机进口处设有卸载阀 在系统运行时 通过自动开启卸载阀来实现系统平衡 另外 选用变频压缩机或设计调节回路等 都可实现系统的气量平衡 循环氮气的过滤与增压技术在本系统中 选用双级无油活塞式压缩机作为气源机械 与罗茨风机相比 压缩机产生的气体 压力较高 能提高输送压力 实现高浓度长距离输送 输送时不易堵料 容易调节气量 气压 化输送参数使输送达到较佳的状态 回收氮气中含有大量的PTA粉料 如果进入压缩机 会大幅度的降低压缩机的常规使用的寿命 本系统在 氮气回路上设有两级除尘过滤 第一级滤材采用复膜滤袋 第二级滤材采用进口的精密滤筒 尘量及粒度严控在要求的范围内另外 上述的两级除尘器均设自动反吹清洗 防止滤材堵塞 系统设堵料预警与自动排堵装置气固两相流在管道中的移动状态是很复杂的 影响的因素也很多 物料特性 仓泵结构 管走向距离远近 弯头多少等都会使物料在管道中的移动状态发生明显的变化 这些变化使输送压力发 生波动 严重时还会堵塞管道 对于长距离管道输送 各点的压力波动尤为明显 堵管的可能性也 大幅度的提升 本系统设置了功能强大的堵料预警与自动排堵装置 具体措施如下 在756米输料管线上 沿线设多只压力变送器 对料管各点压力进行监控 可由自动阀控制补入高压气进行吹堵 输送气设排堵旁路也由自动阀控制 必要时开启此阀 进行整条管线吹堵 开启排放管路可使被堵的物料松动 便于 上述的排堵措施不是在料管被堵死后再去进行的 而是在出现料管有堵料迹象时已经执行 当发生堵料工况时 料管堵塞点前的各点压力会上升 高于正常输送压力 此时 系统便启动在线 排堵程序 关闭出料阀 开启相应的排堵阀 在控制程序的驱动下 直到压力降至正常值后恢复输送 出色的堵料预警与自动排堵装置 使输送系统的可靠性大幅度的提升 该系统正常运行至今 未发 生因堵料而影响PTA的输送 性能非常理想稳定 采用了管道伸缩补偿技术管道在温差的作用下会发生热胀冷缩 其伸缩值 是直管长度(L) 温差 及管材热膨胀系数 tL普通的管道铺设常采用 型膨胀节或波纹管补偿器等来释放热胀冷缩产生的变形对于输料 不宜采用U型膨胀节这是众人皆知的 而波纹管补偿器的使用效果也不很理想 一是波纹管 伸缩量比较小 二是因为输料管总有不同程度的振动 常会使波纹管薄壁因疲劳开裂而影响输送 在本系统中 输料管线有一段连续的直管段 长达420 为防止输料管的伸缩变形设计使 用了一种可伸缩的补偿器 其结构如图3 所示 可伸缩补偿器根据计算 输料管沿途共设三只管道伸缩补偿器 每只补偿器的伸缩量均大于 20cm 使用效 果非常 可靠 结论粉体管道气力输送是一种正在发展的具有输送效率高 占地少 成本较低和无污染的现代物流 系统 本文介绍的用流态化输送方式实现粉体的氮气保护输送及其回收的应用技术 只是气力输送 技术在众多产业利用的其中一例 气力输送技术中存在的耗能大 管道磨损 物料破碎 管道堵塞 及振动 特殊物料的输送等课题 都是业内人士需攻克解决的 作为一种理论还没有完全完善的 气力输送装置的现场调试依然是保证系统正常运行的重要环节这方面的技术措施也值得大 家研究 探索 气力输送1982 管道物料输送与工程应用2003 密相气力输送技术1996 作者简介 副总工程师单位 浙江大学材料技术工程公司 地址 杭州玉古路148 邮编310013
