空分变负荷操作
刘时升
（徐州陕鼓工业气体有限公司，江苏徐州）
摘要：简述了20000m3/ h空分装置减负荷的方法及具体操作和参数的变化，叙
述了减负荷对氩系统的影响。 关键词；空分装置变负荷；氩系统;操作步骤
前言
徐州陕鼓一期20000m3/ h空分装置是为徐钢集团新炼钢供气。由开封设计、制造，采用常温分子筛吸附、增压透平膨胀机膨胀空气进上塔、规整填料填料上塔和全精馏无氢制氩技术、氧氮产品外压缩的流程。
冶金型的空分，因炼钢用氧的间断性、制氧装置的连续性的矛盾，造成用氧和供氧的不匹配，致使氧气的放散量很大。变负荷操作就应运而生，并在各厂迅速推广，取得了十分明显的效果，据统计大多数钢铁企业氧气厂氧气的放散率由原来的10%—15%均降至5%以下。因此解决放散是摆在我们工作中的一项重要任务，这就要求我们具有快速、稳定的驾驭空分设备的能力，及时进行变负荷操作。
变负荷操作有两种方式。一是气体产品与液体产品相互转换的变负荷，此种方式变负荷时，加工空气量是不变的。二是改变氧气量同时改变加工空气量的变负荷。
一、 气体产品与液体产品相互转换的变负荷。
实施此操作必须在液氧储存系统的容量较大且有富余的前提下
才能实施。将多余的气氧产品转换为液氧产品，装置的冷损失就要加大，这种变负荷受膨胀机最大制冷量的限制。 具体的操作步骤为：
1、 减少氧产量。
2、 缓慢增加膨胀量，逐渐使膨胀机满负荷运行，同时打开旁
通阀V450，将所增加的膨胀量旁通。 3、 缓慢关小液氮回流阀V11，以保证下塔压力。
4、 调节液氮节流阀V2，以保证下塔液氮纯度、液空纯度。 5、 适当降低粗氩负荷及工艺氩取出量。 6、 增加液氧产品的取出量。 主塔的变化过程：
空分装置的变负荷调整，要严格的遵守物料平衡原则和能量平衡原则。在膨胀机的效率和膨胀空气量一定的情况下，制冷量（焓降）基本确定下来，设备所能产生的液体总量是一定的。根据物料平衡的原则，所能产生的产品氧是不变的。通过对上塔回流的液氮量和上升的氧气量进行同步的增加和减少，完成液氧和液氮产品的转移。以氩馏分氧含量为基准，回流比是不变的，只是回流的液氮和上升气氧之间量的变化。当向氧工况转移时，减少产品氧取出量，增加上塔液氮回流量，进入上塔的液氮将上升的气氧冷凝成液氧，液氧回流至上塔底部，作为液氧产品引出：同时液氮被汽化成气态，以气态氮产品引出塔外，完成冷量的转移。向氮工况转移时上述步骤相反。一般称主要生产液氧的工况为液氧工况，主要生产液氮的工况为液氮工况。
二、 改变氧气量同时改变加工空气量的变负荷
这种变负荷是一项复杂的工况调整过程，稍有不慎或操作不当，极易造成产品纯度、主塔压力及主塔工况的波动。主塔的波动也会给氩系统带来波动，轻者减负荷，严重时还会发生氮塞，如果处理不及时的话，很可能会引起氧纯度的破坏。这将对用户的连续生产带来极大的影响。
装置的变负荷主要以氧气量的变化来操作。包括加负荷操作和减负荷操作两个方面。无论是哪个方面都要本着稳中求变，变中求稳的原则。原因是操作过程中是变产量时破坏了平衡工况，但是要使之处于准平衡状态，这样稍微调节后很快能达到新的平衡。
在调整的过程中，为保系统的相对稳定，负荷的加减是通过若干次来完成的，每次的加减程度不能过大，究竟每次的加减量以多少为宜，要根据不同的情况灵活掌握，稳定为主。通过我们前段时间的多次变负荷操作，总结得出每次增减氧气量的±0.5%—±1%为宜，幅度变化太大，重新建立冷量平衡和精馏工况所需要的时间太久，就失去了变负荷的意义。另外还有时间间隔，每次变负荷设定的时间为5—10分钟为宜。在这个过程中时刻注意工况参数的变化，若有变坏的迹象，应及时的进行调整。
具体的操作：
1、 减少氧产量的操作
1.1、 减少氧产量，同时同比例的减少氮产量，提高污氮出塔的
压力（注意再生气流量的变化，及时调整V1230）。
1.2、 以减少氧产量5倍的值减少空气量，采用关小空压机导叶
来调整(这个过程中时刻注意空压机轴系的变化)。 1.3、 关小下塔液氮回流阀，保证下塔压力。 1.4、 调节液氮节流阀，调节液氮纯度，液空纯度。
1.5、 调整膨胀量，根据主冷液氧液位及液氧产量，来适当减少
膨胀量，同时相应减少近上塔膨胀量。 1.6、 减少工艺氩取出量同时适当降低粗氩负荷。 2、 增加氧气产量的操作：
2.1、以增加氧气量的5倍，增加加工空气量。 2.2、开大液氮回流阀，保持下塔压力。
2.3、调节液氮节流阀，调整液氮纯度和液空纯度。
2.4、缓慢增加氧气产量，同时同比例增加氮气量，降低污氮气
出塔压力（注意再生气流量的变化，及时调整V1230）。 2.5、根据主冷液位，适当增加膨胀量，等主塔、氩塔相对稳定
时增加进上塔膨胀空气量。
2.6、等主塔稳定时，缓慢增加粗氩负荷，增加工艺氩取出量。 变负荷的范围：
从理论分析，空分装置和空压机组设备具备变负荷能力，此空分装置变负荷生产能力在75-105％之间，空压机使用范围在75-105％之间。这是此次变负荷操作的设备基础。
当然在实际操作中，空分设备的变负荷还受到空压机调整范围、调整速度，预冷系统水冷塔温度、空气出空冷塔的温度、膨胀机的工
作性能，精馏塔的精馏潜力、氩系统稳定等多方面因素制约。
三、 变负荷对制氩系统工况的影响
变负荷操作会使上塔的组分分布曲线发生改变。氩馏分的组成变化非常敏感，氧纯度含氧量变化0.1%，氩馏分的含氧量变化0.8%—1%。氩馏分的改变，马上就影响粗氩塔的精馏工况，使之工况不稳或受到破坏。
在变负荷操作的过程中，上塔液氮、液空回流量，氧气、氮气、污氮气取出量膨胀空气进上塔流量和氩馏分抽取量都会发生变化，对制氩系统的影响十分明显。众所周知，氩在上塔分布是有规律的。在上塔提馏段（液空进料口以下）形成一个富氩区，此处含氮量比较大，一般将氩馏分抽口设置在富氩区偏下一点，在氩馏分氧、氮氩三元混合物中，设计值一般为，氧88%—92%、氩8%—12%、含氮小于0.06%。但是富氩区在上塔的位置不是固定的，当进行变负荷操作时，富氩区在上塔是不断变化的，氩馏分抽口的位置是固定不变的，因此氩馏分抽口的物料组分也在不断发生变化。
以加负荷为例，随着进塔空气流量的增加，进入下塔顶部的冷凝蒸发器的氮气流量和压力都会增加，冷凝蒸发器的热负荷增大，冷凝的液氮量增加。同时冷凝蒸发器氧侧液氧蒸发量增大，气氧推动富氩区上移，氩馏分抽口出回流比变小，氩馏分氧含量增加，氩含量减少。为了维持氩馏分抽口氧含量不变，一种方法是将下塔冷凝的液氮导入上塔，增加液氮回流量，以维持氩馏分抽口处的回流比不变。这种调节方法会导致液氧液氮生产的比例发生变化，将产生更多的液氧产
品。另一张方法是增加上塔底部氧气取出量，控制富氩区不上移。增加的产品氧量和进塔的空气量应该匹配，否则，富氩区的位置将发生变化。
在对主塔负荷进行调整时，难免会对液空纯度产生影响，由于一部分液空被引到粗氩冷凝器，液空的纯度直接影响粗氩塔的负荷。如果液空含氧量升高，饱和温度升高，换热温差变小，粗氩负荷变小，导致工艺氩含氧量增加，工艺氩取出量减少，氩提取率降低。如果液空含氧量降低，饱和温度降低，换热温差变大，粗氩负荷增加，进入粗氩塔的氩馏分量增加，导致富氩去上升气量不足，富氩区下移，氩馏分回流比增加，氩馏分中氮含量升高，这就会对氩塔产生影响，超过精氩塔的排氮能力，就会出现不同程度的氮塞现象。 四、结束语
上述是我在日常工作中将设备变负荷进行的总结与大家一起交流，希望能起到抛砖引玉，促进大家共同学习的目的，使我们的基本工作做得更扎实更有成效。