簡述空分裝置夏季變負荷操作經驗

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(蘭州石化公司化肥廠 空分車間，甘肅 蘭州 730060)

1 裝置簡介

我廠某空分裝置采用常溫分子篩凈化+空氣增壓膨脹機制冷+氮氣外壓縮的全低壓工藝。裝置于1998年8月11日開車成功，生產能力為氮氣13000 Nm3/h，氧氣6000 Nm3/h。該套空分裝置以提供高純度生產及保安用氮氣為主要產品，要求產品氮氣純度高(氮中氧<5 mL/m3)且產量穩定，在日常生產中不能有異常停車及產品放空等問題。

隨著運行年限的增長，設備老化及生產能力下降等問題凸顯。夏季氣溫升高，日間空壓機出口壓力及打氣量都有不同程度的降低；夜間氣溫回落，空壓機出口壓力及打氣量又會有所上升。隨著空壓機工況的波動，裝置負荷在幾小時內被動經歷了先減負荷后加負荷的過程，這種變負荷工況有別于人為、主動的加、減負荷操作，整個工況變化很快，且操作不當極易造成氮氣純度超標，產品放空。

近年來，每逢夏季都有因裝置變負荷操作不當影響氮氣純度而造成的產品放空事故，成為影響裝置正常運行生產的瓶頸。空壓機也檢修過多次，其工況雖有好轉，但夏季氣溫升高時，空壓機打氣量依然有所降低。如果整體更換空壓機肯定可以解決問題，但考慮裝置年限，這樣代價太大。所以，在現有條件下，如何從操作的角度想辦法，減少變負荷操作帶來的影響，使裝置平穩度過夏季，是擺在我們面前的難題。

2 分析問題

表1給出了某次變負荷操作中的部分參數。

表1 負荷變化表

由表1可知，空壓機在14:00～20:00放空全關，出口壓力仍無法滿足設定值，空壓機打氣量、加工空氣量、氮氣產量在逐漸減小，氮氣純度在20:00時超標，至22:00時恢復。

應對夏季變負荷操作，裝置一直采取隨著空壓機打氣量變化而調節的正向操作模式，即：白天空壓機打氣量降低，同時減少產品取出量、液氮回流量和膨脹空氣量，裝置減負荷操作；夜間隨著氣溫下降，空壓機打氣量回升，同時增加產品取出量、液氮回流量和膨脹空氣量，裝置加負荷操作，將工況恢復到減負荷之前，以應對下一次減負荷操作。

表1當天的操作也采取了上述方法，可以看出裝置工況波動很大，對于上塔采用篩板塔的空分裝置，壓降大、負荷調節范圍小、變負荷操作慢是其缺點[1]，也就是說變負荷操作正是這種塔型的短板。生產中要求穩定且較高的空壓機出口壓力來保證精餾塔工況(一般為530～535 kPa)，但隨著空壓機打氣量的波動，自然會對塔內精餾工況造成影響。在仔細分析裝置工況后，我們認為，裝置負荷在中午(12:00～14:00)就開始下降，而產品純度要到下午(14:00～16:00)才有反應(表1數據可以印證)，等到產品純度波動再去調節已為時已晚。每次操作后，裝置都得有一個反應的過程，當氣溫大幅波動時，裝置的工況是不穩定的，此時再去進行調節很有可能待裝置反應這次操作時，整個工況又發生了很大變化，操作始終是滯后和不匹配的，最終造成氮氣純度超標，產品放空。

3 改進操作

針對這一情況，我們調整了操作：

夜班氣溫降低空壓機打氣量增大，這時加大膨脹量(50～100 m3/h)多漲主冷液氧液面；然后反而分多次關小純液氮、污液氮回流閥，每次0.2 %，總和不超過1 %；此操作可以提高下塔頂部液氮純度、增加液氮槽液體，為白天做準備。

白天氣溫升高，在中午之前分多次開大純液氮回流閥，每次0.2 %，增大上塔氮組分含量。在14:00～16:00氣溫最高時，反而不做任何操作，盡量避免因操作帶來的波動。

傍晚氣溫回落之后，根據負荷變化再來調整裝置工況，最終使裝置恢復穩定運行。

表2給出了調整后的數據。

表2 調整后數據表

由以上數據可以看出，我們前期的分析是正確的。裝置負荷在中午就開始下降，而產品純度要到下午才有反應，在氣溫變化大的時候不采取操作，氮氣純度只有小幅波動，且隨著氣溫回落，氮氣純度能很快恢復，可見新的操作方法效果明顯且行之有效。

使用這一方法，在近期連續二十多天的高溫天氣里(日最高氣溫達38℃)，裝置沒有發生一次放空事故，且產品純度一直在2.0 mL/m3以下。

4 總結

經過一定的調整和改進，裝置能夠平穩度過夏季。但需要注意的是，如果當空壓機打氣量低于精餾塔負荷下限，產品純度將無法調整。所以，對于減負荷操作應當緩慢[2]，給予裝置一定的反應時間，操之過急反而適得其反。