氧壓高對內壓縮空分的影響及改進措施

摘要：內壓縮流程的空分裝置受用戶管網壓力的影響相比外壓縮流程更大，給工況調整帶來了困難。通過設備升級改造對部分氮氣加以回收利用，從根源上調整氧、氮的產出配比;同時了解高氧壓對內壓縮空分的內在實質影響因素并采取針對性的手段，可有效緩解調整壓力并保證設備的穩定高效運行。

關鍵詞：內壓縮;氧壓高;改造;影響;分析;措施

一、背景分析

空分設備氧、氮產品的產量有一定比例的調節能力，設計之初會考慮一定的富余量，但仍需考慮當前設備的現實承載能力，而近幾年，由于邯鋼公司新建投運的很多項目導致氮氣需求量大幅度增加，同時氧氣需求量并未出現大幅增長甚至一定程度的萎縮，從而導致了長時間的氮氣管網壓力低而氧氣管網壓力高的現象，究其原因還是氧、氮用量的不匹配造成的。這種現象導致氧氣管網壓力長時間高位區間波動，給日常生產操作帶來了許多困難，尤其是采用內壓縮流程的1#35000制氧機。

二、氧氣管網壓力高對內壓縮流程的影響與分析

（一）具體的內在影響

1#35000（采用法液空內壓縮流程）制氧機氧氣送出采用高壓液氧泵從把主冷來的液氧加壓至高壓板式和相鄰熱源換熱，變為氣氧送入用戶管網。氧氣管網壓力的波動必然影響液氧泵后液氧的壓力，并隨之影響工況，主要影響為以下幾點：

1.當氧氣管網壓力升高時，液氧泵后的壓力也隨之提高，由于壓力的提高液氧吸熱變成氣氧所需要的汽化潛熱減少。也就是說從相鄰空氣管路中吸取得熱量減少，高壓空氣量不變的情況下，高壓空氣變得更熱，含濕減小。

2.由于液氧的吸熱能力降低，使得氣氧的吸熱能力增強，從而造成進膨脹機的空氣溫度的降低，機前溫度的降低，在膨脹量不變的情況下，使得膨脹機制冷量的減少，使進塔空氣含濕減小，表現為空氣溫度的升高。

3.由于氣氧的吸熱能力增強，在熱源氣量恒定的情況下，可能出現換熱不足引起熱端溫差的擴大，造成冷損增加。

（二）因素分析

進塔空氣含濕的減小，造成下塔上升氣的增加，回流比的減小，不利于下塔頂部液氮濃度提高，下塔中污氮純度也會降低，污氮純度的增加加大了氧和氬的流失。同時液空純度也會增加，不利于空氣中氬的冷凝。液空去往粗氬冷凝器做冷源時，液空純度的增加粗氬塔造成負荷減小，間接影響了主塔工況。主冷熱負荷增加造成氬區上移，餾分含氧增加，氬提取率降低。

由于液氧泵為壓力控制，管網波動緩慢時，泵的壓力自動調節可以保證泵后壓力的穩定，不會影響板式換熱狀態。但是當管網在短時間內波動過大，液氧泵自動調整跟不上，板式換熱狀態就會改變，隨之出現工況的變化。這就是為什么有時候氧壓高但是工況影響不大，而氧壓不高時，壓力波動反而影響了工況的原因。

三、相關設備的改造

1.對1#35000制氧機每小時40000立方米的污氮氣采取回收利用，由于此污氮氣的純度較高，基本可以滿足低壓氮氣用戶的需求。

2.對2#、3#制氧機（外壓縮流程）用于氮水預冷系統的每小時20000立方米的低壓氮氣從水冷塔中抽離出來并，回收后送入用戶氮氣管網，同時增加一臺外置冷水機組用于冷凍水的用量代替。

3.通過改造增設了一套液化裝置，采用串聯膨脹機A、B中壓液化流程，即來自低壓管網上的氮氣經循環氮壓機壓縮至約2AMpa后先進入透平膨脹機A的增壓端，增壓后再進入串聯的下一級透平膨脹機B，增壓并冷卻后進入過冷器E1后分成兩股，其中一股在冷卻到一定溫度后，抽出進入膨脹機B，膨脹制冷后返回E1繼續降溫后，再進入膨脹機A繼續膨脹制冷，然后返回到E1冷端作為反流冷源復熱后返回低壓氮氣管網，另一股氮氣繼續冷卻液化，并在E3中過冷后節流作為產品液氮送入液氮儲槽。當需要液化氧氣時，來自用戶管網的中壓氧氣進入E2被反流液氮冷卻直至液化，節流后送入液氧儲槽，而液化氧氣恰是降低管網氧壓的常用手段。

四、操作中的注意事項及應對措施

（一）注意事項

由于氮氣需求量大，在現階段的日常操作中常常將以往用于水冷塔換熱并作為廢氣排掉的污氮氣回收，且為了盡可能提高污氮純度，在實際操作的過程中最大限度地降低氬餾分，以往氬餾份一般控制在90.5%～92%之間，但是提取污氮后餾分控制在88%～90%之間，氧氣純度由99.9%降低為99.7%。這說明主塔內的氧區下移，帶來的就是氮區同樣下移，而氮區下移便會嚴重影響到富氬去，工況的細微波動也有可能造成氮塞，這也是當前在氧壓高又要求氮氣送出量的較難于控制的一點。

（二）應對措施

1.基于保障穩定生產第一的原則，若氧壓較高但工況仍在可控范圍內時，為保障氮氣量的供應暫以低控氬餾分的方式，適當地增加空分裝置的冷量，但氬餾分的低控不能完全依賴于膨脹量調節，可通過降低精氬的產量來降低氬餾分，以此來達到更高的運行經濟性;但當氧氣壓力的升高影響到工況時，最直接的表現為氬餾分升高和污氮純度的破壞。當出現這種情況時，應及時查看污氮氣是否有外送量并觀察污氮純度是否有變壞的傾向，若存在上述情形則應逐步減少污氮氣送出量甚至外送量全部切除，避免對氮氣用戶管網的氮純度造成影響。

2.適當減少氬的提取量，即減小正流空氣量，同時適當地增加膨脹量，條件允許情況下可適當增加板式的氬量。此調整意在適度降低當前的換熱溫度，從而增加正流進塔空氣的含濕量。

五、結束語

經過設備的改造升級及針對性的操作措施，不但優化了氧、氮的供應配比，也有效地緩解了氧壓高時的工況調整壓力，保證了設備設施的安全穩定運行及生產所需。

參考文獻：

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作者簡介：蘇元（1987-），男，助理工程師，2009年畢業于中南大學熱能與動力工程專業，現在河鋼邯鋼氣體廠從事制氧空分的工藝技術調整工作。