刘振奎 张法臣 吴 允 任启春 孔凡魁 （莱芜钢铁集团）

(资料图)

【摘 要】介绍了12000m³/h制氧机验收后的运行状况。针对存在问题，通过改变下塔液氮含氧量、氩馏 分、膨胀空气量、上塔压力等对系统进行优化调整，提高氧气、氩气提取率。

1、 简述

莱钢12000m³/h空分装置1996年从林德公司引进。该装置采用了90 年代国际领先水平的制氧工艺和性能优良的机械设备，常温分子筛净化空气，空气增压透平膨胀制冷，结构填料塔，降膜式冷凝蒸发器，无氢制氩的外压缩式流程。其产品有氧气、氮气和液氧、液氮、液氩。

该装置1996年开始安装，12月进入联动调试，尽管工艺先进，但该工艺是 林德的最新技术，外方专家也没有成熟的操作经 验，在调试过程中出现了下塔液空不能打入上塔；主塔、粗氩塔精馏工况极不稳定，精氩塔长期不能 投入运行。

后经我方和外方人员的共同努力，终于建立起正常的精馏工况。经过长达8个月的负荷调 试，基本通过了合同规定的性能要求，但提取率不 是很高，氧提取率是95.5%，氩提取率是67.5%。

通过这几年的实践和探索，我们在操作方面有 了很大的改进，对整个工况的运行参数进行了系统 的优化，运行状况得到了较好的改善，氧和氩的提 取率分别提高到98.1%和70.9%。

2、验收后的状态说明

外方专家撤走后，其主塔精馏工况相对比较稳定，粗氩塔工况有时出现波动，其主要运行参数见 表1中原运行值。

从表中可以看出，污氮含氧量较高1.5%O2，通过近几年的实验调整，这些运行参数的搭配不够合理，上塔压力偏高，氩馏份AIC-4110和下塔中部液氮含氧AlC-3205设定值偏高，膨胀空气量偏大。因此导致整个装置氧气和氩气的提取率偏低。

3、理论分析与系统化

空分精馏工况是一个有机而复杂的系统。各个参数相互影响，从操作上不可追求某一指标的无限提高，各部分参数按其工艺特点，进行整体优化合理调整。就污氮含氧高而言，它是氧气提取率不高的主要原因，但不是根本原因，而影响污氮含氧高的因素是多方面的。下面对精馏工况的运行参数进行论述调整。

3.1下塔精馏工况的调整

下塔是整个空分装置精馏工况的基础。空气在下塔初步精馏后，要得到一定氧含量的富氧液空，一定含氧量的液氮。对于该装置能反映下塔精馏工况的参数，除下塔阻力外，主要是下塔中上部的液氮纯度AIC- 3205，该参数值按设计含氧量是8.5%,在调试后实际值是11.8%,而且该值是作为上塔液氮节流阀自动调节的设定值，该值的高低，不仅影响下塔的工况，也影响上塔的精馏工况，同时对粗氩塔冷凝器的工作也有所影响。设定值过高，则使液氮和液空中的含氧高，使产品氮气纯度差;装置的提取率降低。通过近几年的调整,根据空气量的变化，将 AIC - 3205的设定值逐步设置在11.3% ~10.7% O2:，有效地提高了平均氮纯度。氮气中的含氧由50 ×10-6降至8× 10-6，污氮含氧也明显下降。

3.2、对氩馏分的调整

氩馏分在操作中是一个极其重要的参数。它的稳定与否直接影响到主塔和粗氩塔的精馏工况。氩馏分中含氧过高，则使氩的提取率降低;含氧过低，则容易使粗氩塔工况紊乱，进而影响主塔工况。该工艺测点代号是 AIC -4110，验收后的运行值91%O2，AIC-4110自动控制氧气产量的取出。当运行值高于设定值时，该控制器开大，增大氧气产量。反之，关小，减少氧气产量,使氩馏分自动保持稳定。而影响氩馏分的因素，除氧气产量外，还与上塔膨胀空气量，下流液氮和液空量及粗氩取出量有关。曾有段时间，主塔工况因入上塔膨胀空气量过大，使氩馏分居高不下，AIC - 4110在93.5% O2以上。氧气和氩气的提取率降低，污氮含氧升高，粗氩塔工况极易波动，后经逐步减少入上塔膨胀空气量使工况趋于正常,污氮含氧下降至0.6%O2以下。通过调整,我们逐步将AIC-4110的设定值设在90%~90.6%之间,使工况得到了较好的改善。

3.3 减少冷损,降低膨胀空气量

膨胀机的膨胀量是根据装置所需的冷量来确定的，而进入上塔的膨胀空气量则是受精馏工况的限制。对于一定的空分装置,要保持较高的氧、氩提取率，控制好膨胀空气入上塔参与精馏的量是至关重要的，进入上塔膨胀空气量一般设计为加工空气量的10%~15%。膨胀空气量太少，则会由于上塔的精馏潜力未被充分利用，使氧、氩的提取率降低;如果太多，则会使污氮中带走的氧气增加，同样使氧氩提取率降低。对于该工艺,由于液体产量较多，设计膨胀空气量较大，不能全部送入上塔，需要一部分膨胀空气直接旁通到污氮管道，若装置的冷量损失大必然导致膨胀量增加，为保持精馏工况的稳定﹐旁通量也要加大,也使提取率下降。所以在操作中应尽可能减少冷损，合理调节入上塔的膨胀空气量。

(1)在1999年7月将保冷箱外从漆以以减少热辐射冷损，尤其夏季，其冷箱表面温度由60 ℃下降至35℃左右。利用检修机会，彻底检查了保冷箱内保温材的充填情况，将冻结和潮湿的保温材料清除干净，重新充填，充足、充实，并处理了保冷箱内的漏点，增大了1保冷相内的内系量。FI - 3991,FI -3992,FI - 3993由18m³/ h调至23m³/ h，以保证冷箱的绝热效果，防止潮气的侵入。

(2)减少冷量损失的另一方法是，在返流气体调节平衡的基础上，努力降低空气进装置的温度。1999年初，我们将水冷塔的水由循环改为地下深井水,使进装置的空气温度平均下降5 ℃。至此,在液体产品取出不受影响的情况下，膨胀机的膨胀量由原11400m3/ h降至10000m3/ h。冬季则降至9300m3/h。膨胀空气旁通控制FV3115由27%下降至15%。对于入上塔的膨胀空气量按加工空气量的变化,控制在8000 ~9 200m3/ h,大大改善了精馏工况。

3.4、降低精馏塔的操作压力

较低的精馏压力可增大各组分的相对挥发度，有利于氧、氮、氩的分离。这一点对上塔提馏段的氩、氧分离是最有意义的。在保证污氮出装置压力满足分子筛再生压力的情况下，我们逐步将上塔压力由 30 kPa降至27.5 kPa。夏季则降至25.2kPa。

上塔压力的降低也使粗氩塔的操作压力下降，增大了粗氩塔内氩对氧的相对挥发度。使氩氧分离更加完善﹐粗氩中含氧小于1×10-6，同时，精馏塔操作压力的降低，也使空压机排压下降，能耗降低。

4、效果

通过运用系统优化的思想，理论指导操作，使整个运行工况的参数，提到了较合理的配置，达到精馏工况的最佳运行状态,现运行参数见表1。

从表中可以看出，污氮含氧由1.5%下降至0.57%,使氧气和氩气的提取率得到提高。

(1 )氧气提取率的计算:

（3）计算中，产品量与污氮量总和与加工空气 量不完全相等。这是因为未扣除切换损失。

第一作者简介：刘振奎（1945-），男，1970年毕业于山东工业大学电气专业，高级工程师，现主要从事动力方面管理工作。