空分裝置變氧氣量生產(chǎn)的探討

田明明

寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司 寧夏銀川 750000

采用變氧氣量生產(chǎn)的方法，可使空分裝置實(shí)現(xiàn)較大幅度的負(fù)荷調(diào)節(jié)，提高裝置的氧氣利用率，減少氧氣放散率，達(dá)到節(jié)能增效的目的。變氧氣量生產(chǎn)的工作原理為：交替地向精餾塔內(nèi)輸入一定數(shù)量的液氧或液氮，在精餾塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)出相應(yīng)冷量的液氮或液氧，實(shí)現(xiàn)空分裝置變負(fù)荷生產(chǎn)。具體的操作方法是：以空分裝置液體貯存系統(tǒng)的液氧或液氮貯槽作為緩沖，在用氧高峰、氧氣不足時(shí)，將液氧由液氧貯罐通過(guò)液氧泵注入精餾塔的主冷凝蒸發(fā)器，使之汽化，以增加氧氣量；由液氧帶入的低溫冷量，則使下塔相應(yīng)數(shù)量的飽和氮?dú)廪D(zhuǎn)化為液氮，并把這部分液氮抽出貯存于液氮貯罐；此時(shí)，由上塔頂部出來(lái)的氮?dú)饬坑兴鶞p少。反之，在用氧低谷、氧氣過(guò)剩時(shí)，將貯存的液氮由液氮貯罐注入精餾塔，使相應(yīng)數(shù)量的氧氣轉(zhuǎn)化為液氧，從主冷凝器抽出貯存于液氧貯槽，以減少氧產(chǎn)量[1]。

1 概述

為了滿足本地市場(chǎng)的需求，新疆譽(yù)州氣體制造公司在新疆慶華能源集團(tuán)有限公司B系列空分裝置原有設(shè)備的基礎(chǔ)上外掛一套提取精氬的設(shè)備，采用全精餾無(wú)氫制氬技術(shù)，使用川空設(shè)備，對(duì)原有的粗氬塔進(jìn)行了改造，去除了增效氬塔的粗氬冷凝器，原有粗氬塔作為粗氬塔I的下段部分，設(shè)計(jì)增加了粗氬塔I上段部分。并安裝在原有冷箱之中，粗氬塔II、新的粗氬冷凝器、液氬泵、精氬塔、精氬冷凝器、精氬蒸發(fā)器安裝在新建冷箱中。兩個(gè)冷箱之間管道用填充珠光砂的橋架連接。

2 空分裝置變氧氣量生產(chǎn)的探討

2.1 增量生產(chǎn)工況

在主冷凝蒸汽中輸入部分液氧并氣化后，帶入的冷量會(huì)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的氮?dú)猓S后實(shí)現(xiàn)氧氣產(chǎn)量的增加。在這個(gè)過(guò)程中，氧氣的負(fù)荷調(diào)整的范圍與液氧的輸入量具有正相關(guān)關(guān)系。在增量生產(chǎn)工況當(dāng)中，液氧氣化主要是通過(guò)主冷凝蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的，所以產(chǎn)出減少了上塔回流液，所以這在一定程度上影響了最終的精餾部分，對(duì)于上塔回流以及氧氣負(fù)荷也會(huì)形成不同程度的影響，從而導(dǎo)致空分裝置的性能下滑。在產(chǎn)品的提取率發(fā)生變換的同時(shí)，氬氣的提取率也會(huì)受到影響。通過(guò)調(diào)整設(shè)備降低膨脹量，能夠在一定程度上降低液氮的產(chǎn)出，同時(shí)減小氧氣的增量生產(chǎn)工況也會(huì)對(duì)裝置的性能產(chǎn)生影響。在氧產(chǎn)量調(diào)整過(guò)程中，生產(chǎn)中保持制冷系統(tǒng)工況不同的前提下，液氮的產(chǎn)出對(duì)于裝置的性能會(huì)產(chǎn)生不利的影響。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)氧產(chǎn)量輸入10%時(shí)，會(huì)產(chǎn)出2300m3的液氮來(lái)進(jìn)行裝置冷量的平衡，此時(shí)的產(chǎn)品提取率會(huì)受到影響。在降低到77%的膨脹量時(shí)，則可以在一定程度上改善這個(gè)問(wèn)題，降低液氮的產(chǎn)出對(duì)裝置性能的影響。在膨脹量調(diào)整過(guò)程中，需要將其與塔相適應(yīng)，在主冷凝蒸汽器的設(shè)計(jì)余量調(diào)整中，需要控制在5%以上，主冷蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)余量則需要保持在更高的水平。在換熱系統(tǒng)換熱器的參數(shù)相對(duì)確定的情況下，氧氣的增量生產(chǎn)與減量生產(chǎn)基本類似，通過(guò)理論計(jì)算的方式可以對(duì)其負(fù)荷的變換情況進(jìn)行分析、驗(yàn)證。在增量生產(chǎn)工況當(dāng)中，冷凝蒸發(fā)器的負(fù)荷如果不變，那么液氧的輸入以及液氮的產(chǎn)出、氧氣的產(chǎn)出都會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷的減少。在氧氣負(fù)荷增加的情況下，上塔的負(fù)荷會(huì)降低，在產(chǎn)出量確定的條件下，膨脹量以及著冷蒸發(fā)量都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變換。值得注意的是，為了防止出現(xiàn)連續(xù)注入液氧時(shí)出現(xiàn)碳?xì)浠衔餄饪s的問(wèn)題，需要在增量生產(chǎn)時(shí)適當(dāng)調(diào)整一定的液氧，這樣就可以有效避免該問(wèn)題的發(fā)生了[2]。

2.2 技術(shù)方案選擇

裝置工藝特點(diǎn)如下：

（1）分子篩凈化，空氣增壓，氧內(nèi)壓縮，下塔抽取壓力氮流程，帶中壓增壓透平膨脹機(jī)，膨脹空氣進(jìn)下塔，采用規(guī)整填料上下塔、全精餾無(wú)氫制氬工藝。裝置能耗低、產(chǎn)率高，氧提取率大于99%，氬提取率為92%-94%。

（2）用液氧泵取代氧壓機(jī)，減少了因氧壓機(jī)帶來(lái)的安全隱患；從主冷凝蒸發(fā)器中大量抽取液氧，極大地減少了碳?xì)浠衔锏姆e聚；產(chǎn)品液氧在高壓下蒸發(fā)，使烴類物質(zhì)積累的可能性大大降低；裝置的安全性高。

（3）氧、氮、氬、儀表空氣、工廠空氣等多種氣相或液相產(chǎn)品并產(chǎn)；氧、氮等多種壓力等級(jí)產(chǎn)品并產(chǎn)。

（4）高度自動(dòng)化控制，具備完善的安全聯(lián)鎖和順控系統(tǒng)；系統(tǒng)內(nèi)設(shè)應(yīng)急啟動(dòng)電源和應(yīng)急氧氮后備系統(tǒng)；設(shè)備穩(wěn)定可靠，操作維護(hù)方便[3]。

2.3 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍

空分裝置變氧氣量生產(chǎn)的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍與裝置各設(shè)備的適應(yīng)能力和用氧量的周期變化情況有關(guān)。設(shè)備的適應(yīng)性是實(shí)現(xiàn)空分裝置變氧氣量生產(chǎn)的關(guān)鍵，尤其對(duì)于已投運(yùn)的空分裝置，設(shè)備的適應(yīng)能力將決定裝置的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍。從理論上分析，對(duì)于氧氣減量生產(chǎn)工況，膨脹機(jī)的負(fù)荷變化范圍和上塔的適應(yīng)能力是決定氧氣負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍的主要因素。在上塔適應(yīng)能力一定的情況下，膨脹機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍越大，裝置的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍也越大；在膨脹機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍一定的情況下，裝置的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍取決于上塔的適應(yīng)能力。一般地，只要膨脹機(jī)能實(shí)現(xiàn)120%左右的負(fù)荷變化要求，且上塔能適應(yīng)110%左右負(fù)荷變化能力，空分裝置就能實(shí)現(xiàn)75%左右的氧氣負(fù)荷生產(chǎn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)空分裝置變氧氣量生產(chǎn)的分析論證以及基本原理來(lái)看，空分裝置變氧氣量生產(chǎn)是切實(shí)可行的，但是需要找到合適的調(diào)節(jié)范圍以此來(lái)適應(yīng)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境，避免出現(xiàn)設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，提升系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。在操作過(guò)程中，還需要著重克服掉一些變負(fù)荷處理過(guò)程中出現(xiàn)的不利的影響因素，特別是氧氣的增量生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，及時(shí)對(duì)裝置的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，避免由于工況的變換而影響到設(shè)備的使用性能。除此之外，為了減少由于連續(xù)主冷凝蒸發(fā)器內(nèi)部注射液氧而出現(xiàn)碳?xì)浠衔锏臐舛茸儞Q的情況，需要定期進(jìn)行液氧排放，設(shè)置相應(yīng)的吸附裝置并隨時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，這樣才能夠真正確保氧氣利用率的整體提升，降低氧氣的放散率，提升裝置的綜合投資回報(bào)率。