40 000 m3/ h 空分设备的优化操作

王 枫

( 内蒙古包钢钢联股份有限公司氧气厂，内蒙古 包头 014010)

摘 要: 介绍了提高气体产量的可行性分析，通过采取提高精馏塔的精馏能力、严格控制污氮氧含量、控制氩馏分组分等优化措施，使氧、氮、氩气产量得到提高，取得了较好的经济效益。

关键词: 空分设备; 优化操作; 气体产量

近年来，随着包钢公司产品结构的调整，对氧气、氮气、氩气需求量增加较大，特别是氮气用量满足不了公司用氮需求，为了更好地、更合理地满足生产需求，就要挖掘空分设备的潜力，在不增加空压机负荷的情况下，通过对空分设备进行优化操作最大限度地提高氧、氮、氩产量，缓解公司对产品需求量大、生产能力不足的问题。

1 空分设备的流程简介

40 000 m3/ h 空分设备是由杭氧股份公司设计制造的采用分子筛净化吸附、增压膨胀和全精馏无氢制氩的外压缩流程。其流程如图 1 所示，空气经分子筛吸附净化后，大部分空气在主冷换热器 E1中与返流气体( 纯氧、纯氮、污氮等) 换热达到接近空气液化温度约 － 173 ℃ 进入下塔 C1。另一部分约 23 700 m3/ h 的空气经透平膨胀机的增压机提高压力后也进入主换热器内，被返流冷气体冷却到170 K( － 103 ℃ ) 时抽出进入膨胀机 ET1( 或 ET2)膨胀制冷，最后送入上塔或旁通一部分( 视装置运行情况而定) 。纯气氧从主冷的上部引出，并在主换热器复热后出冷箱。污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送往分馏塔外，部分作为分子筛纯化器的再生气体，其余部分去水冷塔。约40 000 m3/ h纯氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱。

2 提高氧、氮、氩产量的理论分析

( 1) 要实现增加空分设备产品产量的目标，首先要有增产的原料，根据40 000 m3/ h 空分设备设计氧:氮比 为 1 ∶ 1，均 为 40 000 m3/ h，粗 氩 气 流 量1 513 m3/ h，进冷箱空气流量 201 000 m3/ h，依此计算污氮量将达到 100 000 ～120 000 m3/ h 的量，分子筛纯化系统再生用污氮气量平均为 45 000 m3/ h，将有70 000 m3/ h左右的污氮量进入水冷塔，这些污氮量足够保证水冷塔的温降效果，甚至还有富余，我们可以适当减少去水冷塔的污氮量，将这部分富裕的污氮量送入上塔参与上塔精馏，使这部分污氮气在上塔的精馏段得到进一步提纯，以达到增产的目的。

( 2) 由于该空分设备的上塔采取规整填料塔，它的变负荷调节范围在 60% ～ 120%，将富余的这部分污氮量参与上塔的精馏，进一步挖掘空分设备的精馏潜力应该是可行的［1］。

3 操作要点

2010 年 1 月以来，开始对 40 000 m3/ h 空分设备实施增加气体产量的优化操作，操作调整过程中空分设备各参数对照如表 1 所示。

3． 1 控制膨胀空气入上塔量在最佳值

40 000 m3/ h 空分设备精馏系统正常生产时将膨胀空气直接送入上塔，但由于膨胀空气存在一定的过热度，膨胀空气入上塔量过多则使过热度增大，精馏段回流比下降，使精馏工况恶化; 膨胀量过少，会导致主冷液面下降。从这个角度出发，将入上塔的膨胀空气量由原来的23 700 m3/ h 减少到22 300 m3/ h，使上塔精馏段的回流比相对增大，气相中氧组分冷凝充分，提高整套空分设备的产品提取率。

3． 2 提高精馏塔的精馏能力

要充分挖掘精馏塔的精馏潜力，可适当将污氮去水冷塔的压力定高一些，由原来的 14． 7 kPa 提高到15． 6 kPa，减少去水冷塔的污氮量，将这部分富裕的污氮量送入上塔参与上塔精馏，一方面，根据物料平衡原理，从系统放出的产品氧、氮量要加大; 另一方面，这时上塔精馏段的回流比减少，应适当开大V3 或关小 V8 液氮输送阀，增大上塔精馏段的回流比，将污氮气中的氧、氩充分冷凝下来，提高氧、氩的提取率。在操作中，由于 V3 是将下塔顶部的一部分纯液氮送至上塔上部作回流液的阀门，它的动作影响着上、下塔的精馏工况，所以一般在调整好 V3阀在最佳位置时，尽量用关小 V8 阀来进行调整，一是因为 V8 阀口径相比较 V3 阀要小，调整时幅度小、波动小; 二是能减小排液冷损，可将冷量转移到富裕污氮的精馏当中。调整过程中要缓慢，并仔细观察上下塔压力、氩馏分含量、产品纯度等参数的变化。273． 3 严格控制污氮的 V( O2)污氮气的 V( O2) 为 0． 031% 时达到设计要求，污氮气的纯度直接反映了气氮纯度的好坏，要控制污氮 V( O2) 在 0． 031% 以下，才能使气氮纯度达到设计要求。最大限度的提高污氮气 V( N2) ，实施空分设备在最佳工况下运行的另一重要因素。控制上塔污氮气 V( O2) 的方法有很多，主要有调节进入上塔的纯液氮量和调节氧、氮输送阀。具体调节方法是: 在保证下塔纯液氮纯度的情况下开大 V3 或关小 V8 阀和试氧纯度调节氧气输送阀。

3． 4 控制好氩馏分组分和粗氩Ⅱ塔粗液氩液位

氩馏分的主要成分是氧气、氩气及少量的氮气。氩馏分是上塔工况的晴雨表，当氧气纯度变化 1%时，氩馏分含氩变化 10%，也就是说产品纯度的微小变化首先表现在氩馏分组分的变化上。所以我们在调整主塔工况时，要以氩馏分的变化作为参考点来进行调整。氩馏份高时，应适当减少氧气产量或适当增加氮气产量来调节。低时，则应适当增加氧气产量或减少氮气产量来调节，操作时应缓慢操作不应操作过急，在实际增产操作中氩馏份含氩量保持在 9% ～10%之间，粗氩塔工况比较稳定［2］。

粗液氩液位过高或过低都会造成粗氩塔冷凝器热负荷波动。用 V713 随时调节粗氩Ⅱ塔粗液氩液位，同时要保持粗氩Ⅰ塔回流比在一平衡状态。操作中应随时注意粗氩Ⅰ塔阻力的变化。由于 V713阀的调节开度对主塔工况影响很大，所以 V713 阀应该在粗氩Ⅰ塔回流比平衡及粗氩Ⅱ塔粗液氩液位相对稳定的情况下，微调 V713 阀保证粗液氩液位平稳升降。如 V713 阀开大速度过快则会使粗氩Ⅱ塔粗液氩液位快速下降，则氩馏分急速上升，氧气产品的纯度下降。反之则会使粗氩Ⅱ塔粗氩液位快速升高，氩馏分下降，氧气纯度升高，氮纯度降低，并且粗氩产量降低，含氧量升高。因此 V713 阀应小幅度的开关，不可操作过急，保证主塔工况及粗氩塔工况稳定运行。

4 经济效益

40 000 m3/ h 空分设备自采取优化操作以来，虽然通过调节 V8 阀使液氮产量每天有 1 ～2 m3的减少量，但是氧气、氮气、氩气产量都有一定幅度的提高，按氮气、氧气、氩气成本价分别为 0． 08 元/m3、0． 42 元 / m3、4． 00 元/m3计算，其经济效益为每月53 万元左右。

5 结束语

通过对设备进行变工况调节，调整操作参数，充分利用精馏设备的加工能力，大幅度的提高40 000 m3/ h空分设备产品氧、氮、氩气产量，缓解了公司用氧气、氮气、氩气供应紧张的局面，保证了公司整体生产的正常进行。而要保证产品的高产量、高纯度，必须进一步细化、优化原来操作，使空分设备各参数保持在最佳状态，需要更精心的操作。

参 考 文 献

［1］ 李培颖． 提高 15 000 m3/ h 空分设备气体产量的实践［J］． 深冷技术，2010，( 3) :6 －8．

［2］ 甄超．14 000 m3/ h 空分设备制氩系统的优化操作与挖潜改进［J］． 深冷技术，2007，(2) :12-14