萊蕪鋼鐵集團(tuán)天元?dú)怏w公司現(xiàn)有四臺(tái)KDON—21000/22000型空分裝置，均有杭州杭氧股份有限公司設(shè)計(jì)、制造，采用分子篩凈化吸附、增壓透平膨脹機(jī)制冷、膨脹空氣進(jìn)上塔、全低壓流程、規(guī)整填料上塔、全精餾無(wú)氫制氬工藝。

一、KDON—21000/22000型空分裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

萊鋼天元?dú)怏w公司的四臺(tái)自投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行狀態(tài)較為穩(wěn)定，氧、氮產(chǎn)品產(chǎn)量均達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。但仍存在以下幾個(gè)問(wèn)題：上塔壓力偏高、污氮含氧高、液氬產(chǎn)量偏低和變負(fù)荷調(diào)整不完善。上塔工作壓力一般為44kPa～46kPa，與設(shè)計(jì)相比高出4kPa，與進(jìn)口機(jī)組相比高出9kPa左右，造成空壓機(jī)的出口壓力也相應(yīng)較高，空分裝置的單位電耗較大；污氮含氧高，污氮含氧量平均值在0.872%，高于設(shè)計(jì)值0.5%，在一定程度上影響了氧的提取，影響了裝置的氧提取率。液氬的產(chǎn)量設(shè)計(jì)值是750m3/h，實(shí)際產(chǎn)量在550～640m3/h徘徊，最低時(shí)僅為500m3/h左右，雖經(jīng)多次系統(tǒng)性的調(diào)試，仍低于的設(shè)計(jì)值，附加值較高的液氬產(chǎn)量達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，制約著液體產(chǎn)品銷售收入的提高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本制氧機(jī)具有變負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，但在實(shí)際運(yùn)行中，工況變負(fù)荷調(diào)整不完善，對(duì)工況穩(wěn)定性影響較大，不能依據(jù)外部用氧情況變負(fù)荷調(diào)整，在冶煉用氧少時(shí)，氧氣減量操作不能及時(shí)進(jìn)行，造成氧氣放散，最高時(shí)放散率達(dá)45%，而外部用氧量增加時(shí)，氧氣量不能隨機(jī)調(diào)整，造成管網(wǎng)壓力偏低，需補(bǔ)充大量液氧。以上幾個(gè)問(wèn)題的存在，使制氧機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較差。

二、運(yùn)行中存在問(wèn)題的分析

1、上塔下部壓力的構(gòu)成，影響上塔壓力的因素

由于KDON—21000/22000型空分裝置的污氮?dú)饬髁考s為產(chǎn)品氮?dú)饬康娜叮识难爻套枇Q定了上塔壓力的大小。上塔下部的壓力就等于下表中五個(gè)部分之和。在一般情況下，空分裝置中污氮?dú)猓ㄔ偕鷼猓┻M(jìn)分子篩吸附器的壓力應(yīng)不小于13kPa，設(shè)備、管道的阻力是無(wú)法減少的，而污氮?dú)獾牧魍ㄗ枇梢酝ㄟ^(guò)系統(tǒng)的調(diào)整來(lái)減小。

2、制約污氮含氧高和液氬產(chǎn)量的因素

2.1、膨脹空氣量在一般情況下，大型空分裝置的膨脹空氣量不應(yīng)大于加工空氣量的12%～15%，而該制氧機(jī)組的設(shè)計(jì)膨脹空氣量為18700m3/h，遠(yuǎn)大于其滿足正常冷量消耗所需的流量，在實(shí)際操作中為14000m3/h左右。

2.2、主塔工況

主塔各組分的合理分布和工況的穩(wěn)定是關(guān)鍵。下塔是上塔精餾的基礎(chǔ)，液氮節(jié)流閥的開(kāi)度大小，直接影響液空中的組分含量，以及液氮的純度，關(guān)系到上塔各段回流比的分配，進(jìn)而影響。

2.3、氬餾分

氬餾分中含氬量一般應(yīng)控制在7%～12%Ar，其數(shù)值的高、低，直接影響著液氬的產(chǎn)量。氬餾分中含氬量過(guò)少，則無(wú)法提供足夠的原料，液氬的產(chǎn)量就不可能增大。使污氮和粗氬含氧均增加，影響污氮含氧量，進(jìn)而影響到上塔工況的穩(wěn)定。

2.4、氬餾分流量

氬餾分流量的增大，雖然可以提高氬的產(chǎn)量，但是改變了上塔提餾段的回流比，同時(shí)增加了粗氬冷凝器的負(fù)荷，使其發(fā)生“氮塞”的幾率大大增加，對(duì)整個(gè)空分系統(tǒng)工況的穩(wěn)定造成威脅。

3、變負(fù)荷調(diào)整不完善的原因

3.1、餾塔負(fù)荷的限制。下塔是篩板塔上塔采用規(guī)整填料塔，篩板塔負(fù)荷最佳調(diào)節(jié)范圍是70%～110%，負(fù)荷再低就可能因蒸汽流過(guò)篩孔過(guò)慢而出現(xiàn)漏夜。雖然規(guī)整填料上塔的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍是50%～110%，但要受下塔精餾工況的限制。

3.2、對(duì)氮?dú)猱a(chǎn)品的要求限制了空分設(shè)備的變負(fù)荷能力。由于外供氮?dú)猱a(chǎn)品缺口極大，不管空分設(shè)備在什么負(fù)荷下運(yùn)行，都必須保證22000m3/h氮?dú)獾纳a(chǎn)。

3.3、在變負(fù)荷過(guò)程中制氬系統(tǒng)的調(diào)節(jié)尤為重要，制氬系統(tǒng)工況是否穩(wěn)定直接影響到整套空分系統(tǒng)的工況建立。制氬系統(tǒng)能提取氬產(chǎn)品數(shù)量主要取決于加工空氣中的氬含量。在負(fù)荷操作時(shí)最可能發(fā)生的故障是氮塞。

3.4、變負(fù)荷操作是從一個(gè)平衡到另一個(gè)平衡的動(dòng)態(tài)操作過(guò)程。所以變負(fù)荷的操作速度也起到重要的作用。

3.5、變工況運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有及時(shí)調(diào)整主換熱器冷熱氣體比例，使得熱端溫差擴(kuò)大，冷損增加。

沒(méi)有根據(jù)塔內(nèi)蒸餾工況和網(wǎng)管狀況，及時(shí)、合理地調(diào)節(jié)膨脹機(jī)運(yùn)行工況，使得氧氣提取率偏低。

4、運(yùn)行中存在的問(wèn)題

在21000m3/h空分裝置的實(shí)際運(yùn)行中，膨脹空氣量較大，約為14000m3/h左右，而送入上塔的膨脹空氣量?jī)H為不足10000m3/h，有近5000m3/h的空氣被旁通至污氮管道，使氧的提取率降低。液氮節(jié)流閥的開(kāi)度偏小，使液空中的氮組分濃度較高，上塔提餾段的精餾負(fù)擔(dān)加重。

由于制冷量較大，使得上塔的回流比偏大，為保證氧氣的純度，就要適當(dāng)減少其產(chǎn)量，從而使氬餾分處于較低的水平（5%～8%Ar）。

為得到較高的液氬產(chǎn)量，氬餾分的流量需增大，由24000m3/h增至27000m3/h以上，進(jìn)入粗氬冷凝器的液空量及其蒸發(fā)量均增大，使得以上塔提餾段氬餾分抽口為分界面，其上部的回流比減少，而下部的回流比增大。在此狀態(tài)下運(yùn)行，工況出現(xiàn)波動(dòng)的幾率較大。

變工況運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有及時(shí)調(diào)整主換熱器冷熱氣體比例，使得熱端溫差擴(kuò)大，冷損增加。沒(méi)有根據(jù)塔內(nèi)蒸餾工況和網(wǎng)管狀況，及時(shí)、合理地調(diào)節(jié)膨脹機(jī)運(yùn)行工況，使得氧氣提取率偏低。在負(fù)荷過(guò)程中制氬系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，制氬系統(tǒng)工況是否穩(wěn)定直接影響到整套空分系統(tǒng)的工況建立。在負(fù)荷操作時(shí)發(fā)生氮塞。要進(jìn)一步提高氧的提取率，增加液氬的產(chǎn)量，降低系統(tǒng)的操作壓力，就必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

三、提高KDON—21000/22000型空分裝置經(jīng)濟(jì)性的措施

1、合理降低上塔壓力系統(tǒng)調(diào)整

1.1、在確保氧、氮純度合格，以及氧、氮產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)減少空壓機(jī)的加工空氣量，以減少污氮的取出量，降低其流通阻力。在滿足分子篩吸附器再生效果的條件下，將污氮進(jìn)分子篩吸附器的壓力設(shè)定值由13kPa降至11.5kPa，盡可能地開(kāi)大污氮去水冷塔的閥門。

1.2、系統(tǒng)的調(diào)整，使得各部分的回流比分配趨于合理，運(yùn)行工況更加穩(wěn)定，同時(shí)，上塔中、下部的阻力也略有下降。

1.3、下塔操作壓力主要和空氣機(jī)出口壓力、回流液氮進(jìn)下塔閥V11的開(kāi)度和上塔壓力等因素有關(guān)。在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，為使下塔壓力保持在一定操作范圍內(nèi)，為了降低能耗當(dāng)空分設(shè)備在較高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)全開(kāi)V11閥。

2、減少膨脹空氣量、調(diào)整上下塔回流比