氧壓高對內(nèi)壓縮空分的影響及改進(jìn)措施

摘要：內(nèi)壓縮流程的空分裝置受用戶管網(wǎng)壓力的影響相比外壓縮流程更大，給工況調(diào)整帶來了困難。通過設(shè)備升級改造對部分氮?dú)饧右曰厥绽茫瑥母瓷险{(diào)整氧、氮的產(chǎn)出配比;同時(shí)了解高氧壓對內(nèi)壓縮空分的內(nèi)在實(shí)質(zhì)影響因素并采取針對性的手段，可有效緩解調(diào)整壓力并保證設(shè)備的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：內(nèi)壓縮;氧壓高;改造;影響;分析;措施

一、背景分析

空分設(shè)備氧、氮產(chǎn)品的產(chǎn)量有一定比例的調(diào)節(jié)能力，設(shè)計(jì)之初會考慮一定的富余量，但仍需考慮當(dāng)前設(shè)備的現(xiàn)實(shí)承載能力，而近幾年，由于邯鋼公司新建投運(yùn)的很多項(xiàng)目導(dǎo)致氮?dú)庑枨罅看蠓仍黾?，同時(shí)氧氣需求量并未出現(xiàn)大幅增長甚至一定程度的萎縮，從而導(dǎo)致了長時(shí)間的氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力低而氧氣管網(wǎng)壓力高的現(xiàn)象，究其原因還是氧、氮用量的不匹配造成的。這種現(xiàn)象導(dǎo)致氧氣管網(wǎng)壓力長時(shí)間高位區(qū)間波動，給日常生產(chǎn)操作帶來了許多困難，尤其是采用內(nèi)壓縮流程的1#35000制氧機(jī)。

二、氧氣管網(wǎng)壓力高對內(nèi)壓縮流程的影響與分析

（一）具體的內(nèi)在影響

1#35000（采用法液空內(nèi)壓縮流程）制氧機(jī)氧氣送出采用高壓液氧泵從把主冷來的液氧加壓至高壓板式和相鄰熱源換熱，變?yōu)闅庋跛腿胗脩艄芫W(wǎng)。氧氣管網(wǎng)壓力的波動必然影響液氧泵后液氧的壓力，并隨之影響工況，主要影響為以下幾點(diǎn)：

1.當(dāng)氧氣管網(wǎng)壓力升高時(shí)，液氧泵后的壓力也隨之提高，由于壓力的提高液氧吸熱變成氣氧所需要的汽化潛熱減少。也就是說從相鄰空氣管路中吸取得熱量減少，高壓空氣量不變的情況下，高壓空氣變得更熱，含濕減小。

2.由于液氧的吸熱能力降低，使得氣氧的吸熱能力增強(qiáng)，從而造成進(jìn)膨脹機(jī)的空氣溫度的降低，機(jī)前溫度的降低，在膨脹量不變的情況下，使得膨脹機(jī)制冷量的減少，使進(jìn)塔空氣含濕減小，表現(xiàn)為空氣溫度的升高。

3.由于氣氧的吸熱能力增強(qiáng)，在熱源氣量恒定的情況下，可能出現(xiàn)換熱不足引起熱端溫差的擴(kuò)大，造成冷損增加。

（二）因素分析

進(jìn)塔空氣含濕的減小，造成下塔上升氣的增加，回流比的減小，不利于下塔頂部液氮濃度提高，下塔中污氮純度也會降低，污氮純度的增加加大了氧和氬的流失。同時(shí)液空純度也會增加，不利于空氣中氬的冷凝。液空去往粗氬冷凝器做冷源時(shí)，液空純度的增加粗氬塔造成負(fù)荷減小，間接影響了主塔工況。主冷熱負(fù)荷增加造成氬區(qū)上移，餾分含氧增加，氬提取率降低。

由于液氧泵為壓力控制，管網(wǎng)波動緩慢時(shí)，泵的壓力自動調(diào)節(jié)可以保證泵后壓力的穩(wěn)定，不會影響板式換熱狀態(tài)。但是當(dāng)管網(wǎng)在短時(shí)間內(nèi)波動過大，液氧泵自動調(diào)整跟不上，板式換熱狀態(tài)就會改變，隨之出現(xiàn)工況的變化。這就是為什么有時(shí)候氧壓高但是工況影響不大，而氧壓不高時(shí)，壓力波動反而影響了工況的原因。

三、相關(guān)設(shè)備的改造

1.對1#35000制氧機(jī)每小時(shí)40000立方米的污氮?dú)獠扇』厥绽茫捎诖宋鄣獨(dú)獾募兌容^高，基本可以滿足低壓氮?dú)庥脩舻男枨蟆?/p>

2.對2#、3#制氧機(jī)（外壓縮流程）用于氮水預(yù)冷系統(tǒng)的每小時(shí)20000立方米的低壓氮?dú)鈴乃渌谐殡x出來并，回收后送入用戶氮?dú)夤芫W(wǎng)，同時(shí)增加一臺外置冷水機(jī)組用于冷凍水的用量代替。

3.通過改造增設(shè)了一套液化裝置，采用串聯(lián)膨脹機(jī)A、B中壓液化流程，即來自低壓管網(wǎng)上的氮?dú)饨?jīng)循環(huán)氮壓機(jī)壓縮至約2AMpa后先進(jìn)入透平膨脹機(jī)A的增壓端，增壓后再進(jìn)入串聯(lián)的下一級透平膨脹機(jī)B，增壓并冷卻后進(jìn)入過冷器E1后分成兩股，其中一股在冷卻到一定溫度后，抽出進(jìn)入膨脹機(jī)B，膨脹制冷后返回E1繼續(xù)降溫后，再進(jìn)入膨脹機(jī)A繼續(xù)膨脹制冷，然后返回到E1冷端作為反流冷源復(fù)熱后返回低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)，另一股氮?dú)饫^續(xù)冷卻液化，并在E3中過冷后節(jié)流作為產(chǎn)品液氮送入液氮儲槽。當(dāng)需要液化氧氣時(shí)，來自用戶管網(wǎng)的中壓氧氣進(jìn)入E2被反流液氮冷卻直至液化，節(jié)流后送入液氧儲槽，而液化氧氣恰是降低管網(wǎng)氧壓的常用手段。

四、操作中的注意事項(xiàng)及應(yīng)對措施

（一）注意事項(xiàng)

由于氮?dú)庑枨罅看螅诂F(xiàn)階段的日常操作中常常將以往用于水冷塔換熱并作為廢氣排掉的污氮?dú)饣厥?，且為了盡可能提高污氮純度，在實(shí)際操作的過程中最大限度地降低氬餾分，以往氬餾份一般控制在90.5%～92%之間，但是提取污氮后餾分控制在88%～90%之間，氧氣純度由99.9%降低為99.7%。這說明主塔內(nèi)的氧區(qū)下移，帶來的就是氮區(qū)同樣下移，而氮區(qū)下移便會嚴(yán)重影響到富氬去，工況的細(xì)微波動也有可能造成氮塞，這也是當(dāng)前在氧壓高又要求氮?dú)馑统隽康妮^難于控制的一點(diǎn)。

（二）應(yīng)對措施

1.基于保障穩(wěn)定生產(chǎn)第一的原則，若氧壓較高但工況仍在可控范圍內(nèi)時(shí)，為保障氮?dú)饬康墓?yīng)暫以低控氬餾分的方式，適當(dāng)?shù)卦黾涌辗盅b置的冷量，但氬餾分的低控不能完全依賴于膨脹量調(diào)節(jié)，可通過降低精氬的產(chǎn)量來降低氬餾分，以此來達(dá)到更高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;但當(dāng)氧氣壓力的升高影響到工況時(shí)，最直接的表現(xiàn)為氬餾分升高和污氮純度的破壞。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)查看污氮?dú)馐欠裼型馑土坎⒂^察污氮純度是否有變壞的傾向，若存在上述情形則應(yīng)逐步減少污氮?dú)馑统隽可踔镣馑土咳壳谐?，避免對氮?dú)庥脩艄芫W(wǎng)的氮純度造成影響。

2.適當(dāng)減少氬的提取量，即減小正流空氣量，同時(shí)適當(dāng)?shù)卦黾优蛎浟?，條件允許情況下可適當(dāng)增加板式的氬量。此調(diào)整意在適度降低當(dāng)前的換熱溫度，從而增加正流進(jìn)塔空氣的含濕量。

五、結(jié)束語

經(jīng)過設(shè)備的改造升級及針對性的操作措施，不但優(yōu)化了氧、氮的供應(yīng)配比，也有效地緩解了氧壓高時(shí)的工況調(diào)整壓力，保證了設(shè)備設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行及生產(chǎn)所需。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯學(xué)忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[2]陳芳，李瑞珍，魏蘭波，齊志華.空分設(shè)備節(jié)能潛力及改造效果分析[J].深冷技術(shù)，2014（05）.

[3]李化治.制氧技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：蘇元（1987-），男，助理工程師，2009年畢業(yè)于中南大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)，現(xiàn)在河鋼邯鋼氣體廠從事制氧空分的工藝技術(shù)調(diào)整工作。