CN101696843A

CN101696843A - 一种外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法

Info

Publication number: CN101696843A
Application number: CN200910185307A
Authority: CN
Inventors: 李必华; 费维民; 李健
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-04-21

Abstract

本发明属于制氧技术领域，具体涉及一种外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法。本操作方法既能在用氧高峰时，保质、保量输送氧气，满足生产厂用氧量；又能在用氧低谷时，有效地减少无功生产，降低氧气放散量，最大限度降低运行成本。具体操作方法如下：调整进塔空气量、液氮回流阀门的开度、纯液氮节流阀门的开度、污液氮节流阀门的开度、下塔进上塔液空节流阀门的开度，使下塔的压力、上塔的压力基本保持不变，进塔的空气量减少0～20％，在以上操作条件下，空分产品氧、氮的纯度保持不变，产量可减少0～20％。本操作方法适合冶金行业炼钢工序用氧需要的变化，且不影响氩气的生产，对空分装置运行工况影响较小，可操作性强。

Description

一种外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法

技术领域

本发明属于制氧技术领域，具体涉及一种外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法。

背景技术

如图1所示，外压缩筛板塔空分装置的流程如下：原料空气由吸入塔10吸入，再经空气过滤器20除去灰尘及其它机械杂质。经过滤后的空气在空压机30中压缩，经空气冷却塔40冷却，冷却水分段进入空气冷却塔40内，下段为循环冷却水，上段为低温冷冻水，空气自下而上穿过空气冷却塔40，在冷却的同时，以得到降温和清洗。空气经空气冷却塔冷却40后，进入分子筛吸附器50，吸附掉空气中的水、碳氢化合物、二氧化碳。空气经净化后，大部分气体进入主换热器60中与返流气体换热到接近空气液化温度约-172℃后进入精馏塔70的下塔。小部分气体引入增压机增压，经冷却器冷却到后，进入主换热器60与返流气体换热到约-101℃时抽出，进入膨胀机膨胀制冷，最后全送入精馏塔70的上塔中部参加精馏。

继续参见图2，在精馏塔70的下塔中，空气被初步分离成氮和富氧液空，上升氮气在冷凝蒸发器中被液化，同时液氧被气化。在下塔顶部得到高纯度的氮气并在主冷凝蒸发器中被冷凝成为流体，一部分纯液氮经液氮回流阀80作为下塔回流液，另一部分纯液氮从下塔顶部引出，经液氮节流阀90节流后送入上塔顶部和精氩塔冷凝器冷凝侧；同时主冷的低压侧液氧被蒸发，一部分作为产品引出，另一部分作为上升蒸汽，参与精馏；在下塔中部抽出污液氮经过污液氮节流阀110节流后送入上塔作回流液参加精馏；下塔的液空经液空节流阀100节流后部分送入上塔中部作回流液。另一部分送入粗氩冷凝蒸发器作为冷源，蒸发后的液空蒸汽返入上塔中部；氧气从上塔底部引出，并在主换热器中复热后出冷箱。污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馏塔外，作为分子筛吸附器的再生气体。氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，作为产品氮气送出。

外压缩流程的空分装置的生产工艺特点是：生产工艺复杂，工况连续以及均衡性强；而钢铁生产用氧的特征是：用氧具有间断性，且用氧量变化幅度大，高峰低谷用氧波动频繁，二者工况的不一致经常造成氧气大量放散或供不应求的问题，从而造成生产浪费以及生产成本居高不下。要想解决好供、需氧之间的矛盾，达到节能降耗的目的，除采取抓好用氧大户的均衡生产，充分发挥氧气储存系统的作用等措施之外，如何有效实现空分设备的变负荷操作也是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法，其能够较好地解决氧气的供、需矛盾，在用氧高峰时，能保质、保量地输送氧气，满足生产用氧量；在用氧低谷时，能有效地减少无功生产，减少氧气的放散量，达到节能降耗的目的。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法，所述空分装置为上塔、下塔均为筛板塔的外压缩、有氢制氩流程，具体操作方法如下：

调整产品氧出口阀门开度，使氧产量减少0～20％，并按相同比例使氮产量也减少0～20％，且在空压机不发生喘振的前提下，使进入冷箱的空气量也减少0～20％，同时调整下塔纯液氮回流阀，保持下塔底部压力不变，调整纯液氮进上塔节流阀的开度，控制液氮的纯度≥99.99％，调整污液氮进上塔节流阀的开度，控制液空的纯度为36％～39％O₂，并保持下塔液空含氧量不变以及下塔液空液位不变；

或者，调整空压机导叶开度，使进塔空气量增加0～20％，并调整下塔纯液氮回流阀，保持下塔底部压力不变，调整纯液氮进上塔节流阀的开度，控制液氮的纯度≥99.99％，调整污液氮进上塔节流阀的开度，控制液空的纯度为36％～39％O₂，并保持下塔液空含氧量不变以及下塔液空液位不变，调整产品氧出口阀门开度，使氧产量增加0～20％，并调整氮产品出口阀门开度，按相同比例使氮产量也增加0～20％。

通过良好有效的变负荷操作，在没有对现有空分装置进行任何投入和改造的情况下，仅利用空分装置设备自身的潜力，使得氧气的放散率由过去的平均17％以上，降至现在的2.6％以下，并使生产运行成本大幅度下降，不仅确保了用户的用氧，还最大限度地降低了空分设备运行的各项消耗，达到了节能降耗的目的。

附图说明

图1为现有空分装置的流程示意图；

图2为现有筛板塔的结构示意图；

图3为变负荷操作对应的操作工艺指标参数值。

具体实施方式

空分装置中空压机的负荷主要受加工空气量的影响，而加工空气量取决于空分设备系统的操作和调整。因此在用氧低谷时，必须合理调整加工空气量和氧气取出量，以减少氧放散量，从而达到全面挖潜，减少生产用电的目的。

本发明的变负荷减产操作方式如下：

(1)、调整产品氧出口阀门开度，使氧产量减少0～20％，并按相同比例使氮产量也减少0～20％；

(2)、且在空压机不发生喘振的前提下，使进入冷箱的空气量也减少0～20％；

(3)、调整下塔纯液氮回流阀，保持下塔底部压力不变；

(4)、调整纯液氮进上塔节流阀的开度，控制液氮的纯度≥99.99％；

(5)、调整污液氮进上塔节流阀的开度，控制液空的纯度为36％～39％O₂，并保持下塔液空含氧量不变以及下塔液空液位不变。

本发明的变负荷增产操作方式如下：

(1)、调整空压机导叶开度，使进塔空气量增加0～20％；

(2)、调整下塔纯液氮回流阀，保持下塔底部压力不变；

(3)、调整纯液氮进上塔节流阀的开度，控制液氮的纯度≥99.99％；

(4)、调整污液氮进上塔节流阀的开度，控制液空的纯度为36％～39％O₂，并保持下塔液空含氧量不变以及下塔液空液位不变；

(5)、调整产品氧出口阀门开度，使氧产量增加0～20％，并调整氮产品出口阀门开度，按相同比例使氮产量也增加0～20％。

申请人根据上述方式对现有空分装置进行了变负荷操作，并选择了以下15个主要工艺参数进行重点控制和调整，这15个主要工艺参数分别为：下塔底部压力(P11)、上塔底部压力(P12)、下塔阻力(Pd11)、上塔阻力(Pd12)、辅塔阻力(Pd13)、下塔液空液位(LIC1)、冷凝蒸发器液氧液位(LIC2)、污液氮节流阀开度(V2)、液氮节流阀开度(V3)、纯液氮回流阀开度(V9)、液空纯度(AE1)、液氮纯度(AE3)、氧气纯度(AIAH102)、产品氧气输送量(FICS102)、产品氮气输送量(FICS103)。

变负荷操作对应的操作工艺指标参数值参见附图3。

变负荷前的操作情况：

进精馏塔的原料空气满负荷，氧产量及纯度为设计指标，氮产量及纯度为设计指标；液氮回流阀的开度为90％，液氮节流阀的开度为30％，污液氮节流阀的开度为35％，液空节流阀投自动开度为40％～50％，上塔的压力为0.055MPa，下塔的压力为0.52MPa。

变负荷后的操作情况：

变负荷后的操作：由于关小了空压机的导叶，空气由满负荷减少了20％左右，由于进下塔加工空气量大幅减少，造成下塔液空冷凝量对应也减少，下塔压力也随之下降，最低降至0.48MPa，液空液面波动幅度明显加大，为了克服这种现象，同时为了保证下塔相对稳定满足精馏工况需求即0.52MPa，采取将下塔液氮回流阀的开度由90％经过多次调整关小至55％；下塔液空液面高度仍设定为设计值并投入自动运行，同时通过仪表改变液空节流阀的微积分数值，增加液空节流阀的自动的灵敏度，液空节流阀的开度在30％～40％之间，有效控制下塔压力稳定在0.52MPa左右；由于液氮回流阀关小，使纯液氮回下塔的液体量减少，塔板上的液体量对应也减少，回流至污液氮节流阀处的污液氮量对应也随之减少，如果污液氮进上塔节流阀的开度还保持原样不变，则液体回流到下塔底部的富氧液空量一是过少，二是会造成液空中含氧量超过正常值，为了保持工艺参数的稳定性，使下塔的回流比保持不变，则通过调整摸索，将污液氮节流阀的开度由35％调整为28％，可以保证下塔液空纯度为36％～39％O₂，；同理由于进精馏塔的加工空气量大幅减少，则主冷的热负荷下降，主冷的冷凝量也对应减少，则氮气冷凝量减少，则纯液氮生成量也减少，那么纯液氮进上塔节流阀的开度若仍保持变负荷前开度则会造成上塔顶部纯液氮纯度下降，为了保证上塔纯液氮纯度，采取逐步关小液氮节流阀开度，由30％关至26％，可保证纯液氮的纯度≥99.99％；根据物料平衡、组分平衡原理，由于进塔加工空气量的减少，那么上、下分馏塔的上升蒸汽和回流液都会相应减少，为了保证上下分馏塔工况稳定，对应将氧、氮的产品取出量也按比例相应地减少，所以变负荷后，产品氧、氮的流量根据加工空气量的变化相应发生变化。

变负荷前、后的不同之处：

1、纯液氮回流阀开度由90％减少至55％；

2、纯液氮节流阀开度由30％减少至26％；

3、污液氮节流阀开度由35％减少至28％；

4、液空节流阀开度由40％～50％减少至30％～40％；

在变负荷操作中应注意如下问题：

(1)、空气分离的过程本身就是一个气体流入、产品流出的变动过程。本发明通过一系列阀门开度的大小变化来控制液体在各个管线的瞬时流速，达到调整和控制变化的工艺目的。在操作过程中，应以“稳中求变，变中求稳”的指导思想进行变负荷操作。

(2)、当增加负荷时，应从增加加工空气量开始，从始至终应依次改变相关工艺指标的设定值。

(3)、每次改变幅度应不大于氧气产量的1％。

(4)、每改变负荷1次，应对整个工况进行认真观察，其时间间隔不小于10分钟。

(5)、当减少负荷时，先从减少出冷箱氧气流量开始，反方向依次改变相关工艺指标的设定值。

(6)、在短期用氧量减少时，空压机的导叶不需要改变，可通过增加膨胀空气量多生产液氧产品，少输送产品氧气。

(7)、在变负荷操作时，应尽量避开其他外界因素的影响，比如在分子筛吸附器均压前10分钟到均压结束后10分钟这段时间内不做变负荷操作。

申请人实施变负荷操作后的生产运行效果：

现仅以2009年5月份变负荷操作生产实际为例，开一套14000m³/h和一套4500m³/h空分设备，根据用氧量的变化，随时改变空分氧气取出量，其方法：(1)、4500m³/h空分稳定在100％的生产负荷，14000m³/h空分减负荷至90％运行，并根据炼钢工序的用氧量，随时增加或减少其产量(即仅一套空分设备变负荷)，这样可保证操作稳定性。(2)、在大多数时间里，控制两套空分设备总产氧量在16000m³/h左右运行。(3)、当炼钢工序和铁厂富氧用氧量变化幅度小时，通过增加膨胀量，减少氧气取出量，多生产液氧储备起来；或通过减少膨胀量，增加氧气取出量(氧气纯度不低于99.35％为基础)，这样调整一般在15min内可完成。

根据运行记录统计，14000m³/h空分设备实施变负荷操作生产共计160次，其中增产30次(增产幅度为90％增至100％)、减产130次(减产幅度：100％减至90％为30次；90％减至80％为100次)，减产操作生产最长运行时间12小时，最短时间1.5小时，减量运行时间大部分在3～5小时，若按每一次平均减产运行时间4小时计，根据空透、氧透的电机输出功率变化情况(见表二)。

表二：压缩机运行电耗

加工空气量(m3/h)	氧气产量(m3/h)	空透电机输出功率(kw)	氧透电机输出功率(kw)
加工空气量(m3/h)	氧气产量(m3/h)	空透电机输出功率(kw)	氧透电机输出功率(kw)	74000	14000	7200	3200
71000	13400	6840	3040	74000	14000	7200	3200
71000	13400	6840	3040	68000	12800	6480	2880
64000	12040	6120	2720	68000	12800	6480	2880

加工空气量(m3/h)	氧气产量(m3/h)	空透电机输出功率(kw)	氧透电机输出功率(kw)
加工空气量(m3/h)	氧气产量(m3/h)	空透电机输出功率(kw)	氧透电机输出功率(kw)	60000	11200	5760	2560

根据运行统计，理论测算效益如下：

100(次)×4(小时)×(1440kw+640kw)×0.55元/kw＝45.76(万元)

30(次)×4(小时)×(720kw+320kw)×0.55元/kw＝6.864(万元)

45.76(万元)+6.864(万元)＝52.624(万元)

因此2009年5月份14000m³/h机组因节电理论测算经济效益为52.624万元；而实际14000m³/h和4500m³/h两套机组变负荷操作后，节电创造的直接经济效益为144.0278万元。

制氧作业区空分设备通过变负荷操作后，取得了明显的综合经济效益，2009年1～5月份，在只开14000m³/h和4500m³/h两套空分设备的情况下，不但保证了公司钢12.2万吨/月、铁12.2万吨/月的用氧量，而且使氧气放散率由2008年均17％以上降至现在2.6％以下，这主要依赖于空分设备的合理运行方式与变负荷操作方法的应用。从而使制氧作业区的节能降耗成效显著，生产成本大幅度地下降，2009年1～6月份，因节电而实际创造的直接经济效益为505万元。

本发明的间接经济效益：(1)、在短期用氧减少时，虽然空压机导叶不改变，可通过增加膨胀空气量多生产液氧储存到液氧储槽中，既可降低氧气的放散量，又可在用氧高峰时汽化，缓解用氧紧张的局面。(2)、由于变负荷操作，减少了加工空气量，使分子筛冷吹峰值提高，可以使分子筛的吸附能力增加并可延长分子筛的使用寿命；由于加工空气量减少，还可以使进入主换热器的空气温度整体下降，对精馏效果有很大好处。

Claims

1.一种外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法，其特征在于所述空分装置为上塔、下塔均为筛板塔的外压缩、有氢制氩流程，具体操作方法如下：

调整产品氧出口阀门开度，使氧产量减少0～20％，并按相同比例使氮产量也减少0～20％，且在空压机不发生喘振的前提下，使进入冷箱的空气量也减少0～20％，同时调整下塔纯液氮回流阀，保持下塔底部压力不变，调整纯液氮进上塔节流阀的开度，控制液氮的纯度≥99.99％，调整污液氮进上塔节流阀的开度，控制液空的纯度为36％～39％O₂，并保持下塔液空液位不变；

或者，调整空压机导叶开度，使进塔空气量增加0～20％，并调整下塔纯液氮回流阀，保持下塔底部压力不变，调整纯液氮进上塔节流阀的开度，控制液氮的纯度≥99.99％，调整污液氮进上塔节流阀的开度，控制液空的纯度为36％～39％O₂，并保持下塔液空液位不变，调整产品氧出口阀门开度，使氧产量增加0～20％，并调整氮产品出口阀门开度，按相同比例使氮产量也增加0～20％。

2.根据权利要求1所述的外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法，其特征在于：调整产品氧出口阀门开度改变氧的产量时应分次操作进行，每次改变幅度应不大于氧气产量的1％。

3.根据权利要求2所述的外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法，其特征在于：所述的分次操作时，每次操作的时间间隔应不小于10min。

4.根据权利要求1所述的外压缩筛板塔空分装置的变负荷操作方法，其特征在于：变负荷操作应在分子筛吸附器进行均压之前的10～15分钟操作完毕，或者在分子筛吸附器均压结束10～15分钟后进行。