空分裝置的操作優化淺析

＊陳合 李偉

（陜西咸陽化學工業有限公司 陜西 712000）

空分裝置的操作優化淺析

＊陳合 李偉

（陜西咸陽化學工業有限公司 陜西 712000）

本文主要通過對兩套43000Nm3/h空分裝置近年來運行數據收集整理，對氧提取率低的問題經過理論計算和分析，采取調整膨脹空氣量、空冷塔出口溫度、主塔壓力、回流比等參數，力求提升空分裝置生產能力，實現提高氧提取率和降低裝置能耗的目的。

空分；氧提取率

概況：空分裝置以空氣為原料，經過空壓機壓縮、預冷系統冷卻和洗滌、純化系統吸附凈化、主換熱器冷卻和下、上塔精餾，在下塔頂部抽出液氮，部分液氮復熱后作為壓力氮氣，少量液氮作為產品取出，大部分液氮進入上塔參與精餾；在上塔的底部抽出液氧，液氧主要經高壓液氧泵加壓,經主換熱器復熱后，做為高壓氧氣外供；其次，還有部分液氧經中壓液氧泵加壓,經主換熱器復熱后，做為中壓氧氣外供；少許液氧經過冷器冷卻后作為液氧產品。

本空分裝置采用“離心式空氣壓縮+分子篩空氣凈化+兩級空氣精餾+液氧內壓縮”技術，具有第六代空分裝置的顯著特點，具有如下：

(1)用高效的兩級精餾制取高純度的氧氣和氮氣。

(2)用增壓透平膨脹機，利用氣體膨脹的膨脹輸出功帶動增壓機，提高了膨脹機的制冷效率

(3)熱交換器采用高效的鋁板翅式換熱器，結構緊湊，換熱效率高。

(4)采用分子篩凈化空氣，具有流程簡單、操作簡便、運行穩定、安全可靠等優點，延長了裝置的運行周期。

(5)采用液氧泵內壓縮流程，使空分裝置的運行更加安全。

(6)一拖二機組采用ITCC控制，機組運行更加安全可靠；空分裝置采用DCS控制，自動化程度較高，使空分裝置在安全、最佳工況下運行。

1.目的及意義

隨著空氣分離技術的不斷發展，空分設備生產工藝的不斷進步，人類對生產過程中的能耗也提出了更高的要求?？辗盅b置氧提取率的高低不但影響裝置的生產負荷和能耗，而且對公司總體的生產成本產生直接影響。目前，1#空分裝置的平均氧提取率只有90%左右，所以通過裝置操作優化從而提高1#空分裝置氧提取率，最終達到降低整體能耗目的。

2.空分裝置存在問題及原因分析

(1)存在問題。

首先，工藝管理對影響氧提取率的指標各項指標進行收集，如表2.1，其次，對近五年來裝置運行中的氧提取率進行核算，見表2.1。

表2.1 空分裝置采集數據

(2)原因分析

從表2.1中采集的數據進行分析，發現有兩個指標對氧提取率高低影響較為明顯。一個就是氧氣純度，在氧氣純度較高的情況下，相對應的氧提取率較高；再就是污氮氣中的氧含量，氧提取率和污氮氣中了的氧含量成反比關系。

根據裝置目前存在的問題，得出以下可能制約氧提取率較低的原因：

因該裝置長期運行，可能造成板式換熱器通道堵塞，換熱效果差；精餾塔塔板堵塞，精餾工況下降；設備內部存在跑冒滴漏的運行缺陷；換熱器運行效果差的隱患；

④氧氣純度總體較低，有一定的提升空間；

⑤污氮氣中的含氧量較高，經污氮氣中氧含量測算基本高于4%，有較大提升空間。

3.空分裝置氧提取率的操作優化

(1)優化目標。

經過查閱資料及和業內人士的溝通，目前國內空分氧提取率設計最高可達99%；同本單位2#空分裝置的氧提取率（97.1%）進行對比。并對1#空分裝置綜合進行評估后，決定將本裝置提升的目標定設定為96%以上。

(2)裝置整體消缺消漏。

根據分析出來的影響提取率的主要原因，需要對裝置的運行工況做以調整，我們主要從以下幾個方面進行，具體如下：

2016年9月，在全廠停車搶修時，對1#空分裝置進行了大加溫。消除了換熱器堵塞造成的換熱器溫差較大（加溫前溫差最大8℃，加溫后＜3℃）；其次，精餾塔內塔板、填料結冰堵塞現象得到了消除，提高了精餾塔的精餾效率。

對整個裝置管線、閥門、設備等進行了全面的消缺消漏，對裝置內管線漏點一一排查。

2015年9月大檢修過程中對1#空分裝置純化系統分子篩進行了更換，消除了因分子篩吸附效率低而導致的換熱器、精餾塔塔板堵塞等低溫設備的堵塞問題。

④機組在運行過程中，級間冷卻器效果差，空壓機末級出口溫度達108℃。由于空壓機冷卻器安裝位置較高，同時從以往檢修經驗判斷，該換熱器效果差的原因為循環水裝置填料片堵塞導致換熱器水流量大幅下降。

(3)下塔精餾工況優化。對下塔精餾工況的優化是整個優化操作過程的第一步，下塔精餾工況的好壞決定著整個分餾裝置精餾工況。由表2.1我們得到下塔污液氮中的含氧量較高，達到了6%以上；再一個重要指標是下塔富氧液空含氧量為30%，該值相對偏低，該值的高低體現了下塔的精餾工況的好壞，同時對上塔精餾工況也有較大的影響。為提高下塔精餾效率，我們從以下幾個角度進行調整。

調整冷量平衡。將膨脹空氣量通過關小膨脹機導葉開度，開大膨脹機增壓端回流閥的方法，將膨脹機膨脹空氣量由45000Nm3/h緩慢下調至42000Nm3/h。

降低下塔壓力。降低下塔壓力不僅可以降低裝置總體能耗，同時在較低壓力下有利于各組分的揮發，增加了個組分的相對揮發度，有利于提高下塔精餾效率。由于下塔壓力調整對主精餾系統冷量平衡破壞較大，所有調整過程較為緩慢，同時整個調整過程主要參考下塔阻力和下塔液空含氧量以及整個精餾工況主要參數的變化進行。

(4)上塔精餾工況的優化。上塔的精餾工況較為復雜，也是整個精餾工況的核心部分，上塔精餾工況對氧氣提取率的高低有著決定性的影響，所以上塔工況的調整才是本次工藝優化的重點所在，下面我們將上塔分為兩段分別進行了優化操作。

上塔操作壓力調整。所以我們首先從降低上塔的操作壓力對上塔的精餾工況進行調整。

對上塔工況進行以下調整：

a.依據板翅式換熱器的工作原理我們將上塔壓力調整至40kPa；在分餾塔冷量一定后，利用液氧取出量對上塔液位控制在3000～3050mm之間，隨后上塔阻力下降至6.8kPa，液氧純度上漲至99.8%。

b.將液污氮節流閥由70%調整至65%和液氮節流閥45 %調至48%，并經過兩周的觀察，確認兩臺閥門的調整能夠起到增大上塔精餾段回流比的作用。

c.將污氮氣取出量由68000Nm3/h調至65000Nm3/h，減少污氮氣取出量。

增加上塔頂部低壓氮氣取出量，由48000Nm3/h增加至51000Nm3/h，挖掘上塔副塔的潛力。

4.優化結果及分析

通過不斷的對裝置缺陷進行消漏，理論指導實際，從實際操作中總結理論知識，理論指導實際操作。經過8個月的優化操作，1#空分裝置整體運行的到了較大的改善，達到了預期的目標。為了準確的驗證優化結果，于2016年3月對1#空分裝置進行了數據采集，標定數據如表4。

經過8個月的操作優化，裝置的運行參數的到了合理的調整，特別是污氮氣中的氧含量和氧氣純度有了明顯的改善，達到了工況運行較好的狀態。依據氧提取率計算公式推算如下：

氧提取率=（各類氧總量×對應的氧含量）之和/（加工空氣總量×空氣中含氧量）

5.結束語

通過本次《提高空分裝置氧氣提取率》技術攻關項目的開展，完成了對本裝置工藝操作的優化，進一步挖掘了裝置的生產潛力，大幅提高了空分裝置的氧提取率，降低了裝置的生產成本。

經過本次技術攻關活動，我們建立了標準化的操作方法，嚴格控制操作方法，提升了裝置穩定生產的能力。

[1]湯學忠,顧福民．新編制氧工問答[M]．冶金工業出版社,2001: 1-189．

[2]顧興博．空分裝置的節能優化操作[J]．石油石化節能,2011,(7): 33-35．

[3]劉振奎．優化12000m3/h制氧機操作提高氧提取率[J]．冶金動力,2002,(1):15-18．

[4]孫慶,朱瑞芳,楊山水．提高制氧機氧氣提取率的研究與應用[J]．冶金動力,2013(3):33-36．

[5]張財禮,楊杰．30000m3/h空分裝置氬氣系統操作的優化[J]．冶金動力,2002,(2):24-25．

(責任編輯 牛玉娟)

Analysis of the Operation Optimization for the Air Separation Device

Chenhe, Liwei
（Xianyang Chemical Engineering co., ltd, Xianyang, Shanxi, 712000）

In this paper, through the collection of the operation data of two-set 43000Nm3/hO2air separation device, it has taken theoretical calculationand analysis of the problem of low oxygen extractio ratio, besides, by adjusting the expanded air quantity, temperature of air cooling tower exit, pressure of main tower and re fl ux ratio etc., to improve the production capacity of air separation device, finally achieve the purpose of increasing oxygen extraction ratio and decreasing device consumption.

air separation；oxygen extraction ratio

T

A

陳合（1985～），男，陜西咸陽化學工業有限公司甲醇中心；研究方向：氣體深冷分離管理工作。

李偉（1979～），男，陜西咸陽化學工業有限公司；研究方向：氣體深冷分離管理工作。