简述空分装置夏季变负荷操作经验

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(兰州石化公司化肥厂 空分车间，甘肃 兰州 730060)

1 装置简介

我厂某空分装置采用常温分子筛净化+空气增压膨胀机制冷+氮气外压缩的全低压工艺。装置于1998年8月11日开车成功，生产能力为氮气13000 Nm3/h，氧气6000 Nm3/h。该套空分装置以提供高纯度生产及保安用氮气为主要产品，要求产品氮气纯度高(氮中氧<5 mL/m3)且产量稳定，在日常生产中不能有异常停车及产品放空等问题。

随着运行年限的增长，设备老化及生产能力下降等问题凸显。夏季气温升高，日间空压机出口压力及打气量都有不同程度的降低；夜间气温回落，空压机出口压力及打气量又会有所上升。随着空压机工况的波动，装置负荷在几小时内被动经历了先减负荷后加负荷的过程，这种变负荷工况有别于人为、主动的加、减负荷操作，整个工况变化很快，且操作不当极易造成氮气纯度超标，产品放空。

近年来，每逢夏季都有因装置变负荷操作不当影响氮气纯度而造成的产品放空事故，成为影响装置正常运行生产的瓶颈。空压机也检修过多次，其工况虽有好转，但夏季气温升高时，空压机打气量依然有所降低。如果整体更换空压机肯定可以解决问题，但考虑装置年限，这样代价太大。所以，在现有条件下，如何从操作的角度想办法，减少变负荷操作带来的影响，使装置平稳度过夏季，是摆在我们面前的难题。

2 分析问题

表1给出了某次变负荷操作中的部分参数。

表1 负荷变化表

由表1可知，空压机在14:00～20:00放空全关，出口压力仍无法满足设定值，空压机打气量、加工空气量、氮气产量在逐渐减小，氮气纯度在20:00时超标，至22:00时恢复。

应对夏季变负荷操作，装置一直采取随着空压机打气量变化而调节的正向操作模式，即：白天空压机打气量降低，同时减少产品取出量、液氮回流量和膨胀空气量，装置减负荷操作；夜间随着气温下降，空压机打气量回升，同时增加产品取出量、液氮回流量和膨胀空气量，装置加负荷操作，将工况恢复到减负荷之前，以应对下一次减负荷操作。

表1当天的操作也采取了上述方法，可以看出装置工况波动很大，对于上塔采用筛板塔的空分装置，压降大、负荷调节范围小、变负荷操作慢是其缺点[1]，也就是说变负荷操作正是这种塔型的短板。生产中要求稳定且较高的空压机出口压力来保证精馏塔工况(一般为530～535 kPa)，但随着空压机打气量的波动，自然会对塔内精馏工况造成影响。在仔细分析装置工况后，我们认为，装置负荷在中午(12:00～14:00)就开始下降，而产品纯度要到下午(14:00～16:00)才有反应(表1数据可以印证)，等到产品纯度波动再去调节已为时已晚。每次操作后，装置都得有一个反应的过程，当气温大幅波动时，装置的工况是不稳定的，此时再去进行调节很有可能待装置反应这次操作时，整个工况又发生了很大变化，操作始终是滞后和不匹配的，最终造成氮气纯度超标，产品放空。

3 改进操作

针对这一情况，我们调整了操作：

夜班气温降低空压机打气量增大，这时加大膨胀量(50～100 m3/h)多涨主冷液氧液面；然后反而分多次关小纯液氮、污液氮回流阀，每次0.2 %，总和不超过1 %；此操作可以提高下塔顶部液氮纯度、增加液氮槽液体，为白天做准备。

白天气温升高，在中午之前分多次开大纯液氮回流阀，每次0.2 %，增大上塔氮组分含量。在14:00～16:00气温最高时，反而不做任何操作，尽量避免因操作带来的波动。

傍晚气温回落之后，根据负荷变化再来调整装置工况，最终使装置恢复稳定运行。

表2给出了调整后的数据。

表2 调整后数据表

由以上数据可以看出，我们前期的分析是正确的。装置负荷在中午就开始下降，而产品纯度要到下午才有反应，在气温变化大的时候不采取操作，氮气纯度只有小幅波动，且随着气温回落，氮气纯度能很快恢复，可见新的操作方法效果明显且行之有效。

使用这一方法，在近期连续二十多天的高温天气里(日最高气温达38℃)，装置没有发生一次放空事故，且产品纯度一直在2.0 mL/m3以下。

4 总结

经过一定的调整和改进，装置能够平稳度过夏季。但需要注意的是，如果当空压机打气量低于精馏塔负荷下限，产品纯度将无法调整。所以，对于减负荷操作应当缓慢[2]，给予装置一定的反应时间，操之过急反而适得其反。