制氧机组频繁变负荷时工况调整典型方法

张 静

（首钢京唐公司能源与环境部， 河北 唐山 063210）

75 000 m3/h制氧机组是中国已运行的大型的空分机组之一，设计工况下氧气产量为75 000 m3/h、低压氮气 52 000 m3/h、中压氮气 25 500 m3/h、液氮2 000 m3/h。其生产规模、独特的设计理念、安全特性，特别是其快速变负荷能力在国内的空分领域都是首屈一指的。制氧机组具有常规变负荷和快速变负荷能力，常规变负荷是在装置的75%～105%工况运行；快速变负荷是在以上任意操作点上能够进行±20 000 m3/h的氧气产量变化操作。

但是在实际生产中，由于炼铁炉况不稳和炼钢冶炼节奏不连续，有时需要短时间内频繁调整负荷。空分装置的运行要求空分塔内物料、热量和相均达到平衡，变负荷操作直接或间接地影响空分塔的物料平衡、热量平衡和相平衡[1]，无论是常规变负荷还是快速变负荷，都会打破空分装置现有平衡。由于频繁变工况，上下塔回流比不断变化，主冷凝蒸发器是连接上下塔的枢纽，而液氧是从主冷凝蒸发器取出的，热量平衡要求主冷凝蒸发器中不断进行换热反应，而实际生产中频繁变负荷会导致液氧纯度波动。

1 分子筛的调整

75 000 m3/h制氧机组空气纯化系统采用林德公司设计的分子筛吸附器，为立式径向流单层床，1台吸附，1台再生，2台交替使用。如图1所示，分子筛再生过程主要有卸压、加热、冷吹、升压四个步骤，制氧机组调整负荷时再生分子筛的运行状态直接影响液氧纯度[2]。如果在分子筛均压阶段进行变负荷调整，由于入塔空气量的波动，会导致液氧纯度波动。针对由此带来空气量的波动，可以对分子筛的校正系数进行调整，减少分子筛切换时对空分系统的影响。实际生产中，摸索思路大致为三次。第一次将分子筛系数由0.959 999 9改为0.959 969 9，此操作的影响量大约为1 300～1 500 m3，同时分别在分子筛升压/卸压步分别增加500 m3空气量；第二次将分子筛系数改为0.957 999 92，影响量大约1 800～2 000 m3，同时分别在分子筛升压和卸压步分别增加1 000 m3空气量；第三次将分子筛系数改为0.958 555 51，同时分别在分子筛升压和卸压步增加1 000 m3空气量。其次通过检查空分DCS控制程序内容，确认了负模块2个，加减量顺序，补偿量大小，确认在卸压步至加热初期入塔空气温度TIC2615补偿设定对流量的影响，同时观察入塔空气量FIC2615流量是否存在偏差。同时为了进一步优化分子筛，延长分子筛的使用寿命，加强对分子筛排水管理，定时定点进行检查，保证设备安全运行。通过以上调节，减少了分子筛切换时空气量的变化量，进而减少了由于空气量波动对下塔的冲击，减少下塔压力波动，减少液氧纯度波动。

图1 分子筛布置示意图

2 板式的调节

空气主要是通过高压主换热器E3616、低压纯氮换热器E3119、低压污氮换热器E3117、中压纯氮换热器E3124换热降温后进入下塔，如图2所示，板式换热器热端为空气，冷端为来自液罐的液体或来自塔内的冷源，可以通过调整阀门开度合理分配空气进入各个板式换热器的冷源或热源量来调整入塔空气温降，这其中主要针对中压纯氮板式换热器E3124温度进行串级控制、调整下塔通过中压纯氮板式换热器E3124进入循环氮气压缩机的氮气量FIC3940，进而调节空气进入空分下塔的温度TIC3201，保证进入下塔温度和下塔压力稳定。

图2 空分换热器布置示意图

3 下塔的调整

下塔工况的调整主要是控制下塔的回流液和上升汽。同时结合下塔温度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，调节工况，稳定下塔组分梯度，为上塔工况优化做好准备。具体操作为首先将下塔温度TIC3205适当提高，由-176.82℃逐步提高至-176.78℃、-176.72℃及-176.65℃，进而提高主冷凝蒸发器的负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，进而减少下塔的回流比，影响下塔含氧量，防止由于下塔冷量多造成主冷凝蒸发器负荷降低，同时加强对液氮去上塔量FIC3211加量调整后，观察下塔温度TIC3205的变化情况，如有变化，对液氮去上塔量FIC3211进行减量，将加的量减回来，稳定液氮量。

4 上塔的调整

上塔回流液与上塔回流液氮阀YC3223的开度、液氮取出量、下塔去上塔的液空量、粗氩塔回上塔的富氧液空有关，而上升汽与主冷的负荷、从下塔去上塔的空气、粗氩馏分的取出量、污氮取出量等有关。首先通过调整过上塔液氮回流量FIC3223以及减少粗氩塔回上塔的液空量来维持上塔精馏工况，将粗氩塔含氧量AP4110控制在93.5%左右，观察液氧纯度的变化。其次强化对污氮含氧量AP3261监控使上塔工况稳定，为产氧产氩[3]做好准备。

5 结语

无论是常规变负荷还是快速变负荷都需要一定的时间完成，变负荷操作完毕后制氧机组同样需要一定的时间使工况达到最优。如果两次变负荷之间间隔时间较短，相当于上一次调整后的工况还没有稳定又要进行下一次的调整，周而复始造成空分工况偏离设计运行值，严重时影响产品质量进而影响产品送出。在实际生产中空分频繁变负荷时，为了保证公司液氧纯度持续稳定在99.6%以上，不影响液氧罐纯度，可以通过调整分子筛切换时空气变化量、平衡板式温差、调整上下塔工况，保证液氧纯度满足生产要求，进而保证空分的稳定运行。