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劉振奎 張法臣 吳 允 任啟春 孔凡魁 （萊蕪鋼鐵集團(tuán)）

(資料圖)

【摘 要】介紹了12000m3/h制氧機驗收后的運行狀況。針對存在問題，通過改變下塔液氮含氧量、氬餾 分、膨脹空氣量、上塔壓力等對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高氧氣、氬氣提取率。

1、 簡述

萊鋼12000m3/h空分裝置1996年從林德公司引進(jìn)。該裝置采用了90 年代國際領(lǐng)先水平的制氧工藝和性能優(yōu)良的機械設(shè)備，常溫分子篩凈化空氣，空氣增壓透平膨脹制冷，結(jié)構(gòu)填料塔，降膜式冷凝蒸發(fā)器，無氫制氬的外壓縮式流程。其產(chǎn)品有氧氣、氮氣和液氧、液氮、液氬。

該裝置1996年開始安裝，12月進(jìn)入聯(lián)動調(diào)試，盡管工藝先進(jìn)，但該工藝是 林德的最新技術(shù)，外方專家也沒有成熟的操作經(jīng) 驗，在調(diào)試過程中出現(xiàn)了下塔液空不能打入上塔；主塔、粗氬塔精餾工況極不穩(wěn)定，精氬塔長期不能 投入運行。

后經(jīng)我方和外方人員的共同努力，終于建立起正常的精餾工況。經(jīng)過長達(dá)8個月的負(fù)荷調(diào) 試，基本通過了合同規(guī)定的性能要求，但提取率不 是很高，氧提取率是95.5%，氬提取率是67.5%。

通過這幾年的實踐和探索，我們在操作方面有 了很大的改進(jìn)，對整個工況的運行參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng) 的優(yōu)化，運行狀況得到了較好的改善，氧和氬的提 取率分別提高到98.1%和70.9%。

2、驗收后的狀態(tài)說明

外方專家撤走后，其主塔精餾工況相對比較穩(wěn)定，粗氬塔工況有時出現(xiàn)波動，其主要運行參數(shù)見 表1中原運行值。

從表中可以看出，污氮含氧量較高1.5%O2，通過近幾年的實驗調(diào)整，這些運行參數(shù)的搭配不夠合理，上塔壓力偏高，氬餾份AIC-4110和下塔中部液氮含氧AlC-3205設(shè)定值偏高，膨脹空氣量偏大。因此導(dǎo)致整個裝置氧氣和氬氣的提取率偏低。

3、理論分析與系統(tǒng)化

空分精餾工況是一個有機而復(fù)雜的系統(tǒng)。各個參數(shù)相互影響，從操作上不可追求某一指標(biāo)的無限提高，各部分參數(shù)按其工藝特點，進(jìn)行整體優(yōu)化合理調(diào)整。就污氮含氧高而言，它是氧氣提取率不高的主要原因，但不是根本原因，而影響污氮含氧高的因素是多方面的。下面對精餾工況的運行參數(shù)進(jìn)行論述調(diào)整。

3.1下塔精餾工況的調(diào)整

下塔是整個空分裝置精餾工況的基礎(chǔ)?？諝庠谙滤醪骄s后，要得到一定氧含量的富氧液空，一定含氧量的液氮。對于該裝置能反映下塔精餾工況的參數(shù)，除下塔阻力外，主要是下塔中上部的液氮純度AIC- 3205，該參數(shù)值按設(shè)計含氧量是8.5%,在調(diào)試后實際值是11.8%,而且該值是作為上塔液氮節(jié)流閥自動調(diào)節(jié)的設(shè)定值，該值的高低，不僅影響下塔的工況，也影響上塔的精餾工況，同時對粗氬塔冷凝器的工作也有所影響。設(shè)定值過高，則使液氮和液空中的含氧高，使產(chǎn)品氮氣純度差;裝置的提取率降低。通過近幾年的調(diào)整,根據(jù)空氣量的變化，將 AIC - 3205的設(shè)定值逐步設(shè)置在11.3% ~10.7% O2:，有效地提高了平均氮純度。氮氣中的含氧由50 ×10-6降至8× 10-6，污氮含氧也明顯下降。

3.2、對氬餾分的調(diào)整

氬餾分在操作中是一個極其重要的參數(shù)。它的穩(wěn)定與否直接影響到主塔和粗氬塔的精餾工況。氬餾分中含氧過高，則使氬的提取率降低;含氧過低，則容易使粗氬塔工況紊亂，進(jìn)而影響主塔工況。該工藝測點代號是 AIC -4110，驗收后的運行值91%O2，AIC-4110自動控制氧氣產(chǎn)量的取出。當(dāng)運行值高于設(shè)定值時，該控制器開大，增大氧氣產(chǎn)量。反之，關(guān)小，減少氧氣產(chǎn)量,使氬餾分自動保持穩(wěn)定。而影響氬餾分的因素，除氧氣產(chǎn)量外，還與上塔膨脹空氣量，下流液氮和液空量及粗氬取出量有關(guān)。曾有段時間，主塔工況因入上塔膨脹空氣量過大，使氬餾分居高不下，AIC - 4110在93.5% O2以上。氧氣和氬氣的提取率降低，污氮含氧升高，粗氬塔工況極易波動，后經(jīng)逐步減少入上塔膨脹空氣量使工況趨于正常,污氮含氧下降至0.6%O2以下。通過調(diào)整,我們逐步將AIC-4110的設(shè)定值設(shè)在90%~90.6%之間,使工況得到了較好的改善。

3.3 減少冷損,降低膨脹空氣量

膨脹機的膨脹量是根據(jù)裝置所需的冷量來確定的，而進(jìn)入上塔的膨脹空氣量則是受精餾工況的限制。對于一定的空分裝置,要保持較高的氧、氬提取率，控制好膨脹空氣入上塔參與精餾的量是至關(guān)重要的，進(jìn)入上塔膨脹空氣量一般設(shè)計為加工空氣量的10%~15%。膨脹空氣量太少，則會由于上塔的精餾潛力未被充分利用，使氧、氬的提取率降低;如果太多，則會使污氮中帶走的氧氣增加，同樣使氧氬提取率降低。對于該工藝,由于液體產(chǎn)量較多，設(shè)計膨脹空氣量較大，不能全部送入上塔，需要一部分膨脹空氣直接旁通到污氮管道，若裝置的冷量損失大必然導(dǎo)致膨脹量增加，為保持精餾工況的穩(wěn)定﹐旁通量也要加大,也使提取率下降。所以在操作中應(yīng)盡可能減少冷損，合理調(diào)節(jié)入上塔的膨脹空氣量。

(1)在1999年7月將保冷箱外從漆以以減少熱輻射冷損，尤其夏季，其冷箱表面溫度由60 ℃下降至35℃左右。利用檢修機會，徹底檢查了保冷箱內(nèi)保溫材的充填情況，將凍結(jié)和潮濕的保溫材料清除干凈，重新充填，充足、充實，并處理了保冷箱內(nèi)的漏點，增大了1保冷相內(nèi)的內(nèi)系量。FI - 3991,FI -3992,FI - 3993由18m3/ h調(diào)至23m3/ h，以保證冷箱的絕熱效果，防止潮氣的侵入。

(2)減少冷量損失的另一方法是，在返流氣體調(diào)節(jié)平衡的基礎(chǔ)上，努力降低空氣進(jìn)裝置的溫度。1999年初，我們將水冷塔的水由循環(huán)改為地下深井水,使進(jìn)裝置的空氣溫度平均下降5 ℃。至此,在液體產(chǎn)品取出不受影響的情況下，膨脹機的膨脹量由原11400m3/ h降至10000m3/ h。冬季則降至9300m3/h。膨脹空氣旁通控制FV3115由27%下降至15%。對于入上塔的膨脹空氣量按加工空氣量的變化,控制在8000 ~9 200m3/ h,大大改善了精餾工況。

3.4、降低精餾塔的操作壓力

較低的精餾壓力可增大各組分的相對揮發(fā)度，有利于氧、氮、氬的分離。這一點對上塔提餾段的氬、氧分離是最有意義的。在保證污氮出裝置壓力滿足分子篩再生壓力的情況下，我們逐步將上塔壓力由 30 kPa降至27.5 kPa。夏季則降至25.2kPa。

上塔壓力的降低也使粗氬塔的操作壓力下降，增大了粗氬塔內(nèi)氬對氧的相對揮發(fā)度。使氬氧分離更加完善﹐粗氬中含氧小于1×10-6，同時，精餾塔操作壓力的降低，也使空壓機排壓下降，能耗降低。

4、效果

通過運用系統(tǒng)優(yōu)化的思想，理論指導(dǎo)操作，使整個運行工況的參數(shù)，提到了較合理的配置，達(dá)到精餾工況的最佳運行狀態(tài),現(xiàn)運行參數(shù)見表1。

從表中可以看出，污氮含氧由1.5%下降至0.57%,使氧氣和氬氣的提取率得到提高。

(1 )氧氣提取率的計算:

（3）計算中，產(chǎn)品量與污氮量總和與加工空氣 量不完全相等。這是因為未扣除切換損失。

第一作者簡介：劉振奎（1945-），男，1970年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)電氣專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事動力方面管理工作。