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[摘 要]下文講述了15000m3/h的空分设备冷状态下快速启动以及避免氧气纯度波动方法，本制氧设备是一套采用常温分子筛预净化，空气增压透平膨胀机提供装置所需冷量，空气增压膨胀，双塔精馏，液氧泵内压缩流程，压氮系统，压氧系统，液体贮存系统。整套空分装置采用DCS系统控制。基于本公司的生产实际，空分装置开停频率高。因此探讨冷状态下缩短空分设备启动时间的措施，以及避免氧气纯度波动的方法具有现实指导意义，满足生产需要，创造经济效益。
[关键词]氧气纯度；波动；空分设备；冷状态；快速启动
中图分类号：S262 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0398-01
引言
目前，我国大型空分设备低负荷运行是急需要解决的问题，该问题的合理解决，可以降低空分设备生产中氧气的排放量且不启动液化装置，节省高炉转炉定修过程所投入的资金，为企业获得最大化的经济利润，所以文章在介绍空分设备冷状态下快速启动以避免氧气纯度波动的方法后，大胆探索了空分设备低负荷运行问题。
1 冷状态下启动时间长的原因
1.1 联锁条件限制（我们的设备没有这些限制条件）
空分设备的操作全部在DCS系统上完成，为了保证空分设备的安全运行，在操作上设置了一些联锁条件，只有联锁条件满足后，才能进行下一步操作。
为了避免空气进入下塔过快，对下塔规整填料冲击过大，为便于空气进入冷箱总阀，安装了一个公称直径为200mm的旁通阀，用入塔空气差压（下塔顶部压力与分子筛吸附器出口空气压力之差）小于20kPa作为冷箱运行联锁的基本条件，只有满足该条件，冷箱运行联锁投入后空气进冷箱总阀才能被打开，膨胀机、液氧及液氮内压缩流程泵才能启动。液氧内压缩流程泵启动条件还有主冷液位达到31.6%以上，由于这些联锁条件的限制，设备启动的等待时间延长。
1.2 节流阀开度调整不及时
空分导气后，为防止上塔超压，节流阀开度较小，开的速度较慢，导致空分精馏建立缓慢，产品纯度合格滞后。
2 缩短冷状态启动时间的操作方法
2.1 提前启动增压机
空分开始导气的同时启动增压机，开HV4008阀门向下塔导气，可快速提高下塔压力，缩短PDI1296合格时间，从而缩短启动时间，现行规程是导气结束后再启动增压机，受到PDI1296连锁条件的制约。提前启动增压机，氧、氮流程泵启动时间提前，从而缩短启动时间。提前启动增压机，高压空气通道可增加10000-25000m3/h左右气量与上塔返流的低压氮、污氮换热，经查板式换热器图纸，高压空气通道与低压氮、中压氮、氧气通道均有换热。
2.2 提前启动粗氩泵
提前启动粗氩泵向主冷补充液体，一方面可以保证氧气取出量不降低，工况不波动，另一方面提前将粗氩塔底部液体打回主冷蒸发，可避免氧气纯度波动，现行规程是当粗氩塔液位快速上升，启动粗氩泵，改为启动液氧泵，主冷液位下降后启动粗氩泵，向主冷补充液体。
2.3 快速打开节流阀，打开低压氮放散阀
过往节流阀开的缓慢，是怕上塔超压，开低压氮放散阀进行泄压，开度稍大会导致污氮出板式温度降低过快，进而造成冷箱开关连锁。提前开启增压机，可有效解决该问题，快速开节流阀至正常工况开度，可提前建立精馏，使氧、氮产品快速合格。打开塔上的泄压阀可有效降低上塔压力，同时可提高上塔气氮合格速度。
3 氧气纯度波动的原因分析
首先，进塔空气量减少。进塔空气量减少，会使上塔回流比增加，导致氧气纯度不合格。进塔空气量减少主要表现在两个方面：一是分子筛切换过程；二是投粗氩塔过程，冷量集中在粗氩塔，主冷液位低，主冷热负荷不足，进塔空气量减少。
其次，粗氩塔回流阀门开度大。投粗氩塔时，冷损大，为保证主冷液位，粗氩塔中的产品经过回流阀门回到上塔的液体过多，提馏段回流比增加，导致氧气纯度不合格。
最后，氧气管网波动，管网氧气的波动会造成主冷液面波动，容易引发粗氩塔氮塞，从而造成氧气纯度不合格。
4 避免氧气波动的操作方法
第一，避免氧气管网波动。氧气管网波动时手动调节氧气送出阀，保证氧气送出量不变；在氧气纯度合格前，氧气放散量设定值比计算值减少1000-2000m3/h。
第二，增加入塔空气量。空分导气后空压机放空阀压力设定值提高到0.49-0.52MPa，开大空压机入口导叶，入塔空气流量FIC1294比计算值增加4000-8000m3/h；在分子筛吸附器切换时，开大空压机导叶，增加进塔空气量3000-5000m3/h。
第三，增加冷量，稳定主冷液面。提前启动粗氩泵向主冷补充液体，粗氩塔回流阀门开度不宜过大，使粗氩塔塔顶回流罐液面得到有效降低即可。在工况恢复过程中膨胀量在计算值基础上增加1500-4000m3/h，当粗氩塔液空蒸发量增加到正常值后膨胀量再降到正常值。
5 空分设备低负荷运行
5.1 可行性分析
由于用户高炉用氧特点及对氧气纯度的要求不是十分严格，可以采取低负荷运行工况。在特别低负荷运行时，氮气纯度不能达到高纯氮产品的要求，需要将液氮汽化后供给用户。综上所述，空分设备低负荷运行完全可以适应当前生产情况，以降低用户检修期间空分设备的运行成本，从而降低整体生产成本；同时摸索空分设备在各种工况下的运行情况，充分挖掘空分设备的潜能。
5.2 低负荷运行调试前的准备工作及注意事宜
一，因为空冷塔中的空气量有所减少，所以此时的冷冻水量也要相应减少，在小流量运行状态下制冷机要求有防冻保护，对此工作人员要提前切换到小制冷机运转或关闭智能防冻联锁。调试期间注意观察空冷塔压力变化情况，加强监护，避免分子筛纯化系统出现工况异常问题。
二，低负荷运行后，在加工气量减少的同时分子筛的再生气量也不断减少，需要提前谋划好再生气减少量，计算出加热和吹冷的延迟时间，并做好相关记录，避免因分子筛纯化系统进程延迟超过计划时间而使分子筛工作失效。
三，由于加工气量大幅度减少，膨胀空气量也要减少，要防止增压透平膨胀机低负荷运转时发生喘振现象，在降低到最小负荷后要适当打开膨胀机旁通阀门，尽量在满足冷量需求的前提下保护好设备。
五，保障下塔压力稳定调整主塔工况，通过调节液氮回下塔阀不断降低主冷负荷。正常工况时此阀开到50%，低负荷运行调试过程中此阀关小5%-10%。上塔温度、阻力保持稳定，调试期间上塔工况总体稳定，不过在主塔各测点温度的变化趋势图中发现温度波动情况明显大于调试前。
结束语
通过上述操作方法的运用，空分设备在冷状态下启动时，产品氧的送出时间由2h缩短到1.5h，产品氮的送出时间由1h缩短到0.5h，纯度没有发生波动，节能和保产效果明显。影响空分设备在冷状态下启动时间的因素很多，缩短空分设备在冷状态下的启动时间，会因为工艺流程的不同有很多不同的方法，关键在于不断的摸索和总结。
参考文献
[1] 胡迪.基于MACS的空分设备控制系统[D].华北水利水电大学，2016.
[2] 周金城.空分设备冷备用启动操作方法改进[J].冶金动力，2016，05：20-23+63.
[3] 郭震.煤化工空分装置安全运行要点探讨[J].低碳世界，2016，18：55-56.
[关键词]氧气纯度；波动；空分设备；冷状态；快速启动
中图分类号：S262 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0398-01
引言
目前，我国大型空分设备低负荷运行是急需要解决的问题，该问题的合理解决，可以降低空分设备生产中氧气的排放量且不启动液化装置，节省高炉转炉定修过程所投入的资金，为企业获得最大化的经济利润，所以文章在介绍空分设备冷状态下快速启动以避免氧气纯度波动的方法后，大胆探索了空分设备低负荷运行问题。
1 冷状态下启动时间长的原因
1.1 联锁条件限制（我们的设备没有这些限制条件）
空分设备的操作全部在DCS系统上完成，为了保证空分设备的安全运行，在操作上设置了一些联锁条件，只有联锁条件满足后，才能进行下一步操作。
为了避免空气进入下塔过快，对下塔规整填料冲击过大，为便于空气进入冷箱总阀，安装了一个公称直径为200mm的旁通阀，用入塔空气差压（下塔顶部压力与分子筛吸附器出口空气压力之差）小于20kPa作为冷箱运行联锁的基本条件，只有满足该条件，冷箱运行联锁投入后空气进冷箱总阀才能被打开，膨胀机、液氧及液氮内压缩流程泵才能启动。液氧内压缩流程泵启动条件还有主冷液位达到31.6%以上，由于这些联锁条件的限制，设备启动的等待时间延长。
1.2 节流阀开度调整不及时
空分导气后，为防止上塔超压，节流阀开度较小，开的速度较慢，导致空分精馏建立缓慢，产品纯度合格滞后。
2 缩短冷状态启动时间的操作方法
2.1 提前启动增压机
空分开始导气的同时启动增压机，开HV4008阀门向下塔导气，可快速提高下塔压力，缩短PDI1296合格时间，从而缩短启动时间，现行规程是导气结束后再启动增压机，受到PDI1296连锁条件的制约。提前启动增压机，氧、氮流程泵启动时间提前，从而缩短启动时间。提前启动增压机，高压空气通道可增加10000-25000m3/h左右气量与上塔返流的低压氮、污氮换热，经查板式换热器图纸，高压空气通道与低压氮、中压氮、氧气通道均有换热。
2.2 提前启动粗氩泵
提前启动粗氩泵向主冷补充液体，一方面可以保证氧气取出量不降低，工况不波动，另一方面提前将粗氩塔底部液体打回主冷蒸发，可避免氧气纯度波动，现行规程是当粗氩塔液位快速上升，启动粗氩泵，改为启动液氧泵，主冷液位下降后启动粗氩泵，向主冷补充液体。
2.3 快速打开节流阀，打开低压氮放散阀
过往节流阀开的缓慢，是怕上塔超压，开低压氮放散阀进行泄压，开度稍大会导致污氮出板式温度降低过快，进而造成冷箱开关连锁。提前开启增压机，可有效解决该问题，快速开节流阀至正常工况开度，可提前建立精馏，使氧、氮产品快速合格。打开塔上的泄压阀可有效降低上塔压力，同时可提高上塔气氮合格速度。
3 氧气纯度波动的原因分析
首先，进塔空气量减少。进塔空气量减少，会使上塔回流比增加，导致氧气纯度不合格。进塔空气量减少主要表现在两个方面：一是分子筛切换过程；二是投粗氩塔过程，冷量集中在粗氩塔，主冷液位低，主冷热负荷不足，进塔空气量减少。
其次，粗氩塔回流阀门开度大。投粗氩塔时，冷损大，为保证主冷液位，粗氩塔中的产品经过回流阀门回到上塔的液体过多，提馏段回流比增加，导致氧气纯度不合格。
最后，氧气管网波动，管网氧气的波动会造成主冷液面波动，容易引发粗氩塔氮塞，从而造成氧气纯度不合格。
4 避免氧气波动的操作方法
第一，避免氧气管网波动。氧气管网波动时手动调节氧气送出阀，保证氧气送出量不变；在氧气纯度合格前，氧气放散量设定值比计算值减少1000-2000m3/h。
第二，增加入塔空气量。空分导气后空压机放空阀压力设定值提高到0.49-0.52MPa，开大空压机入口导叶，入塔空气流量FIC1294比计算值增加4000-8000m3/h；在分子筛吸附器切换时，开大空压机导叶，增加进塔空气量3000-5000m3/h。
第三，增加冷量，稳定主冷液面。提前启动粗氩泵向主冷补充液体，粗氩塔回流阀门开度不宜过大，使粗氩塔塔顶回流罐液面得到有效降低即可。在工况恢复过程中膨胀量在计算值基础上增加1500-4000m3/h，当粗氩塔液空蒸发量增加到正常值后膨胀量再降到正常值。
5 空分设备低负荷运行
5.1 可行性分析
由于用户高炉用氧特点及对氧气纯度的要求不是十分严格，可以采取低负荷运行工况。在特别低负荷运行时，氮气纯度不能达到高纯氮产品的要求，需要将液氮汽化后供给用户。综上所述，空分设备低负荷运行完全可以适应当前生产情况，以降低用户检修期间空分设备的运行成本，从而降低整体生产成本；同时摸索空分设备在各种工况下的运行情况，充分挖掘空分设备的潜能。
5.2 低负荷运行调试前的准备工作及注意事宜
一，因为空冷塔中的空气量有所减少，所以此时的冷冻水量也要相应减少，在小流量运行状态下制冷机要求有防冻保护，对此工作人员要提前切换到小制冷机运转或关闭智能防冻联锁。调试期间注意观察空冷塔压力变化情况，加强监护，避免分子筛纯化系统出现工况异常问题。
二，低负荷运行后，在加工气量减少的同时分子筛的再生气量也不断减少，需要提前谋划好再生气减少量，计算出加热和吹冷的延迟时间，并做好相关记录，避免因分子筛纯化系统进程延迟超过计划时间而使分子筛工作失效。
三，由于加工气量大幅度减少，膨胀空气量也要减少，要防止增压透平膨胀机低负荷运转时发生喘振现象，在降低到最小负荷后要适当打开膨胀机旁通阀门，尽量在满足冷量需求的前提下保护好设备。
五，保障下塔压力稳定调整主塔工况，通过调节液氮回下塔阀不断降低主冷负荷。正常工况时此阀开到50%，低负荷运行调试过程中此阀关小5%-10%。上塔温度、阻力保持稳定，调试期间上塔工况总体稳定，不过在主塔各测点温度的变化趋势图中发现温度波动情况明显大于调试前。
结束语
通过上述操作方法的运用，空分设备在冷状态下启动时，产品氧的送出时间由2h缩短到1.5h，产品氮的送出时间由1h缩短到0.5h，纯度没有发生波动，节能和保产效果明显。影响空分设备在冷状态下启动时间的因素很多，缩短空分设备在冷状态下的启动时间，会因为工艺流程的不同有很多不同的方法，关键在于不断的摸索和总结。
参考文献
[1] 胡迪.基于MACS的空分设备控制系统[D].华北水利水电大学，2016.
[2] 周金城.空分设备冷备用启动操作方法改进[J].冶金动力，2016，05：20-23+63.
[3] 郭震.煤化工空分装置安全运行要点探讨[J].低碳世界，2016，18：55-56.