制氧機(jī)組頻繁變負(fù)荷時(shí)工況調(diào)整典型方法

張 靜

（首鋼京唐公司能源與環(huán)境部， 河北 唐山 063210）

75 000 m3/h制氧機(jī)組是中國(guó)已運(yùn)行的大型的空分機(jī)組之一，設(shè)計(jì)工況下氧氣產(chǎn)量為75 000 m3/h、低壓氮?dú)?52 000 m3/h、中壓氮?dú)?25 500 m3/h、液氮2 000 m3/h。其生產(chǎn)規(guī)模、獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念、安全特性，特別是其快速變負(fù)荷能力在國(guó)內(nèi)的空分領(lǐng)域都是首屈一指的。制氧機(jī)組具有常規(guī)變負(fù)荷和快速變負(fù)荷能力，常規(guī)變負(fù)荷是在裝置的75%～105%工況運(yùn)行；快速變負(fù)荷是在以上任意操作點(diǎn)上能夠進(jìn)行±20 000 m3/h的氧氣產(chǎn)量變化操作。

但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于煉鐵爐況不穩(wěn)和煉鋼冶煉節(jié)奏不連續(xù)，有時(shí)需要短時(shí)間內(nèi)頻繁調(diào)整負(fù)荷。空分裝置的運(yùn)行要求空分塔內(nèi)物料、熱量和相均達(dá)到平衡，變負(fù)荷操作直接或間接地影響空分塔的物料平衡、熱量平衡和相平衡[1]，無論是常規(guī)變負(fù)荷還是快速變負(fù)荷，都會(huì)打破空分裝置現(xiàn)有平衡。由于頻繁變工況，上下塔回流比不斷變化，主冷凝蒸發(fā)器是連接上下塔的樞紐，而液氧是從主冷凝蒸發(fā)器取出的，熱量平衡要求主冷凝蒸發(fā)器中不斷進(jìn)行換熱反應(yīng)，而實(shí)際生產(chǎn)中頻繁變負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致液氧純度波動(dòng)。

1 分子篩的調(diào)整

75 000 m3/h制氧機(jī)組空氣純化系統(tǒng)采用林德公司設(shè)計(jì)的分子篩吸附器，為立式徑向流單層床，1臺(tái)吸附，1臺(tái)再生，2臺(tái)交替使用。如圖1所示，分子篩再生過程主要有卸壓、加熱、冷吹、升壓四個(gè)步驟，制氧機(jī)組調(diào)整負(fù)荷時(shí)再生分子篩的運(yùn)行狀態(tài)直接影響液氧純度[2]。如果在分子篩均壓階段進(jìn)行變負(fù)荷調(diào)整，由于入塔空氣量的波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致液氧純度波動(dòng)。針對(duì)由此帶來空氣量的波動(dòng)，可以對(duì)分子篩的校正系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，減少分子篩切換時(shí)對(duì)空分系統(tǒng)的影響。實(shí)際生產(chǎn)中，摸索思路大致為三次。第一次將分子篩系數(shù)由0.959 999 9改為0.959 969 9，此操作的影響量大約為1 300～1 500 m3，同時(shí)分別在分子篩升壓/卸壓步分別增加500 m3空氣量；第二次將分子篩系數(shù)改為0.957 999 92，影響量大約1 800～2 000 m3，同時(shí)分別在分子篩升壓和卸壓步分別增加1 000 m3空氣量；第三次將分子篩系數(shù)改為0.958 555 51，同時(shí)分別在分子篩升壓和卸壓步增加1 000 m3空氣量。其次通過檢查空分DCS控制程序內(nèi)容，確認(rèn)了負(fù)模塊2個(gè)，加減量順序，補(bǔ)償量大小，確認(rèn)在卸壓步至加熱初期入塔空氣溫度TIC2615補(bǔ)償設(shè)定對(duì)流量的影響，同時(shí)觀察入塔空氣量FIC2615流量是否存在偏差。同時(shí)為了進(jìn)一步優(yōu)化分子篩，延長(zhǎng)分子篩的使用壽命，加強(qiáng)對(duì)分子篩排水管理，定時(shí)定點(diǎn)進(jìn)行檢查，保證設(shè)備安全運(yùn)行。通過以上調(diào)節(jié)，減少了分子篩切換時(shí)空氣量的變化量，進(jìn)而減少了由于空氣量波動(dòng)對(duì)下塔的沖擊，減少下塔壓力波動(dòng)，減少液氧純度波動(dòng)。

圖1 分子篩布置示意圖

2 板式的調(diào)節(jié)

空氣主要是通過高壓主換熱器E3616、低壓純氮換熱器E3119、低壓污氮換熱器E3117、中壓純氮換熱器E3124換熱降溫后進(jìn)入下塔，如圖2所示，板式換熱器熱端為空氣，冷端為來自液罐的液體或來自塔內(nèi)的冷源，可以通過調(diào)整閥門開度合理分配空氣進(jìn)入各個(gè)板式換熱器的冷源或熱源量來調(diào)整入塔空氣溫降，這其中主要針對(duì)中壓純氮板式換熱器E3124溫度進(jìn)行串級(jí)控制、調(diào)整下塔通過中壓純氮板式換熱器E3124進(jìn)入循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)的氮?dú)饬縁IC3940，進(jìn)而調(diào)節(jié)空氣進(jìn)入空分下塔的溫度TIC3201，保證進(jìn)入下塔溫度和下塔壓力穩(wěn)定。

圖2 空分換熱器布置示意圖

3 下塔的調(diào)整

下塔工況的調(diào)整主要是控制下塔的回流液和上升汽。同時(shí)結(jié)合下塔溫度TIC3205、下塔阻力PDI3202、液氮打入上塔的液氮量FIC3211控制下塔的回流比，調(diào)節(jié)工況，穩(wěn)定下塔組分梯度，為上塔工況優(yōu)化做好準(zhǔn)備。具體操作為首先將下塔溫度TIC3205適當(dāng)提高，由-176.82℃逐步提高至-176.78℃、-176.72℃及-176.65℃，進(jìn)而提高主冷凝蒸發(fā)器的負(fù)荷和下塔液空的含氧量，使液空含氧量平衡在33%左右。其次增加下塔去上塔液氮量FIC3211，進(jìn)而減少下塔的回流比，影響下塔含氧量，防止由于下塔冷量多造成主冷凝蒸發(fā)器負(fù)荷降低，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)液氮去上塔量FIC3211加量調(diào)整后，觀察下塔溫度TIC3205的變化情況，如有變化，對(duì)液氮去上塔量FIC3211進(jìn)行減量，將加的量減回來，穩(wěn)定液氮量。

4 上塔的調(diào)整

上塔回流液與上塔回流液氮閥YC3223的開度、液氮取出量、下塔去上塔的液空量、粗氬塔回上塔的富氧液空有關(guān)，而上升汽與主冷的負(fù)荷、從下塔去上塔的空氣、粗氬餾分的取出量、污氮取出量等有關(guān)。首先通過調(diào)整過上塔液氮回流量FIC3223以及減少粗氬塔回上塔的液空量來維持上塔精餾工況，將粗氬塔含氧量AP4110控制在93.5%左右，觀察液氧純度的變化。其次強(qiáng)化對(duì)污氮含氧量AP3261監(jiān)控使上塔工況穩(wěn)定，為產(chǎn)氧產(chǎn)氬[3]做好準(zhǔn)備。

5 結(jié)語(yǔ)

無論是常規(guī)變負(fù)荷還是快速變負(fù)荷都需要一定的時(shí)間完成，變負(fù)荷操作完畢后制氧機(jī)組同樣需要一定的時(shí)間使工況達(dá)到最優(yōu)。如果兩次變負(fù)荷之間間隔時(shí)間較短，相當(dāng)于上一次調(diào)整后的工況還沒有穩(wěn)定又要進(jìn)行下一次的調(diào)整，周而復(fù)始造成空分工況偏離設(shè)計(jì)運(yùn)行值，嚴(yán)重時(shí)影響產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)而影響產(chǎn)品送出。在實(shí)際生產(chǎn)中空分頻繁變負(fù)荷時(shí)，為了保證公司液氧純度持續(xù)穩(wěn)定在99.6%以上，不影響液氧罐純度，可以通過調(diào)整分子篩切換時(shí)空氣變化量、平衡板式溫差、調(diào)整上下塔工況，保證液氧純度滿足生產(chǎn)要求，進(jìn)而保證空分的穩(wěn)定運(yùn)行。