空分装置低负荷生产氩系统工况稳定操作

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导读
    随着钢铁行业市场的持续低迷，使得钢铁企业的生产连续性较差，再加上不确定的设备因素和非计划停机检修，继而造成钢铁厂上游供气单位的生产无法连续性满负荷运行;由于气体公司与用气客户单位的结算方式大多都是采用供气流量结算的方式。所以，供气单位空分装置的气体产品必须得100%送出，绝对不能在送出前放空，从节能降耗角度来讲亦是如此；因此作为气体运营公司空分装置的优化操作、变负荷生产杜绝放散都是节能降耗的主要手段，只要钢铁厂用气量减少，徐州陕鼓供气单位的空分装置就要进行减负荷操作，确切地讲既是减负荷操作也是变负荷（由气体工况转液体工况）操作；空分装置的变负荷操作是一个复杂的系统工程，如果抛开氩系统单独地进行主塔变负荷操作，就主塔的设计而言工况维持在75%负荷应该是没问题的，但是如果要想使得主塔和氩塔同时维持在最低负荷稳定持续运行，那就得有强大的理论知识和精密的实践操作数据来做支撑，下面就2016年8月26日徐州陕鼓气体公司空分装置78%负荷稳定运行16h，氩系统工况的稳定操作进行分析、分享。

确定装置减负荷目标值
    1、主塔系统生产负荷努力靠近75%，即：加工空气量85000m3/h、分离空气量78000m3/h。
    2、氩塔生产负荷：抽取氩馏分量由正常工况时的20000m3/h减少至17000m3/h，氩馏分抽取量取决于氩塔阻力，长氩塔阻力由正常工况时的7kpa降低至6kpa；工艺氩取出量控制在400-450m3/h；精氩塔维持最低精馏负荷要求（精氩塔阻力由正常工况时的1.4kpa降低至1.0kpa）。
    3、减负荷、加负荷时间均控制在﹤20min，低负荷稳定运行时间﹥16h。

数据支撑
    1、开封空分设计制造的KDON（Ar）-20000/30000/710型空分装置（下塔筛板塔）变负荷操作范围为75-105%。
    2、氩系统最低精馏负荷主要是取决于精氩塔，根据以往累积的操作经验，工艺氩到精氩塔参与精馏的量至少要大于350m3/h，精氩塔阻力控制﹥1.0kpa。
    3、粗氩塔氩馏分的抽取量、粗氩塔阻力、工艺氩的取出量以及氩馏分含氩量四者之间的关系和低负荷运行时各个量的控制范围。
      3.1.工艺氩取出量与氩馏分流量、氩馏分含氩量三者之间的关系为：（氩馏分流量×氩馏分含氩量）÷3.3＝应抽取的工艺氩流量，氩馏分流量是由粗氩塔冷凝器负荷（阻力）来决定的，对于没有安装氩馏分流量计的装置应以长氩塔阻力来推算氩馏分流量从而来确定工艺氩的抽取量。
      3.2.根据目前装置氩系统正常工况时的数据来倒推长氩塔阻力与氩馏分流量的关系，正常工况时：氩馏分含氩量14.5%、长氩塔阻力6kpa、工艺氩取出量750m3/h、产品氩含氧含氮均小于1ppm，现在来倒推此时的氩馏分流量应大约为（750×3.3）÷14.5%＝17000m3/h，即长氩塔阻力6kpa时对应的氩馏分流量大约为17000m3/h（也可以不科学说：长氩塔阻力每1kpa对应的氩馏分流量应该是17000m3/h ÷6kpa＝2833m3/h）。
      3.3.粗氩减负荷操作，长氩塔阻力降低至6kpa，那么所对应的氩馏分流量应为6kpa×2833m3/h＝17000m3/h，氩馏分含氩量控制在6～8%Ar之间，由此计算此时工艺氩抽取量只要不超出455m3/h（17000m3/h×7.5%÷2.8＝455m3/h），氩系统各分析指标最终是不会超出设计范围的，暂时的波动是在所难免的，工艺氩抽取量一定要按上述比例抽取出来，一是维持精氩塔最低精馏负荷的要求，二是提高氩提取率，工艺氩抽取量要灵活控制，多取会影响产品氩纯度，但当取不取有发生氮塞可能。

操作
    1、减少装置出塔产品气量（缓慢多次）：出塔氧气量≈15600m3/h、出塔氮气量≈39500m3/h、出塔污氮量由污氮去预冷系统阀门V110（压力设定值14.5kpa）和污氮去纯化阀门V1230（40%再生气量≈18500m3/h）来控制。
    2、液氮去上塔节流阀V2缓慢关小至37%，控制下塔氮纯度在10ppm以内。
    3、减少膨胀空气进上塔量，开大膨胀空气旁通阀V450（16.7%），控制膨胀空气进上塔流量9600m3/h，旁通量7100m3/h（既确保装置冷量富裕又确保产品纯度）。
    4、关小膨胀机喷嘴，减少总膨胀空气量，总膨胀量控制在16700m3/h（偏液体工况）。
    5、关小空压机进口导叶，加工空气量控制≈88000m3/h，进塔分离空气量为88000-（16700-9600）=80900m3/h。
    6、主冷液位控制由2200mm提高至2500mm，以此适当缩小主冷温差提高下塔压力。
    7、减少精氩塔冷凝器液氮冷源、关小工艺氩去精氩塔阀门，控制工艺氩抽取量在450m3/h以内，精氩塔蒸发器热源控制阀保持原来刻度不变，控制精氩塔阻力在1.0kpa以上，为了减少精氩塔压力的波动可将精氩塔冷凝器氮侧压力的控制由原来的28kpa提高至40kpa。
    8、降低粗氩塔冷凝器液空液位，控制长氩塔阻力在6.0kpa。
    9、控制好长氩塔釜液氩液位，可比正常工况时控制稍高一点，主要是因为装置总膨胀量未按匹配量减少装置冷量偏大，如果要将氩塔多余的冷量全部转移至主塔，会造成主塔精馏负担加重，不利于工况调整，如果将些许冷量留存在氩塔不但可以减轻主塔精馏负担还能为后期的加负荷储存冷量，也能够为氩塔后期加负荷时提供充裕的洗塔液体可使得粗氩含氧快速下降。
    10、由于装置在低负荷运行下想多产液体，总膨胀量不能减得太多；再加上粗氩塔负荷（阻力）也未真正减到位，也就是说粗氩塔富裕的冷量并未转移到主塔，这样做的目的既是减小主塔精馏负担，又是为装置巧妙地储存了冷量；所以说氩馏分的控制范围也只能是在6-8%Ar之间,如果氩馏分含氩偏低会造成氩塔产品控制指标超标，如果偏高则会有氮塞危险。

总结
    本次减、加负荷时间均控制在20min左右，减、加负荷过程中工况较为平稳，装置低负荷运行时间超过了22h，装置各运行参数正常，装置产品各项控制指标在经历了短暂的波动之后最终都又恢复到了正常工况时的设计值范围内，装置经历了低负荷运行考验尤其是氩系统最低运行负荷得到了进一步的佐证，为装置以后的变工况操作提供了有力的数据。

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