趙維東

摘要：對(duì)8000Nm3/h制氮裝置正常生產(chǎn)時(shí)主冷液面的波動(dòng)情況進(jìn)行了研究。闡述了主冷液氧液面穩(wěn)定的重要性及液面波動(dòng)的危害。通過分析純化器切換、氮壓機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)，以及分餾塔壓力參數(shù)變化時(shí)對(duì)主冷液面的影響，找到主冷液面波動(dòng)的原因。根據(jù)生產(chǎn)情況，提出相應(yīng)的處理方法，穩(wěn)定主冷液面，降低波動(dòng)帶來的影響，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵字：低溫制氮; 主冷液面波動(dòng); 影響因素; 原因分析

前言：低溫制氮，也叫空氣深冷分離制氮，是利用空氣中氮?dú)夂脱鯕庠谝欢ǖ臏囟龋?170℃左右）狀態(tài)下，它們的沸點(diǎn)不同，而達(dá)到分離的目的。主要工藝流程是空氣壓縮、空氣預(yù)冷、空氣凈化、空氣精餾分離、空氣換熱等。主冷凝器是空分裝置精餾塔的主要部件，在8000Nm3/h制氮空分單元中，主冷凝蒸發(fā)器設(shè)置于塔的上端，主冷凝蒸發(fā)器中液氧受塔下部上升的飽和氮?dú)庖夯艧岫鴼饣?，進(jìn)一步釋放液氧中的氮?dú)猓纬晌鄣獨(dú)?。塔下部飽和氣態(tài)氮通過主冷凝蒸發(fā)器吸收冷量液化，得到高純度的產(chǎn)品氮，同時(shí)為下部上升氣流提供回流液。主冷凝蒸發(fā)器通過熱量的傳遞，將塔的上下部串聯(lián)起來，使得分餾塔工藝穩(wěn)定運(yùn)行。

液氧液面值（以下簡(jiǎn)稱主冷液面）是主冷凝蒸發(fā)器十分重要的一項(xiàng)指標(biāo)，主冷凝蒸發(fā)器換熱面積是否得到充分利用，整個(gè)精餾系統(tǒng)的冷量是否平衡，都可以從主冷液面的高低上直接體現(xiàn)和反映出來。主冷液面控制不到位，會(huì)直接導(dǎo)致分餾塔操作失衡，影響整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡，造成能耗升高，產(chǎn)品純度降低。

因此，將主冷液面控制在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)，依據(jù)具體的生產(chǎn)工況，優(yōu)化調(diào)整主冷液面實(shí)際值，對(duì)于裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定高效運(yùn)行十分重要。本文擬對(duì)8000Nm3/h制氮空分單元正常生產(chǎn)過程中，從工藝操作調(diào)整或工藝變化的角度進(jìn)行分析，探討分析造成主冷液面波動(dòng)的因素，并提出對(duì)應(yīng)的處理方法。

1 分子篩切換對(duì)主冷液面的影響及處理方法

裝置采用分子篩純化器對(duì)壓縮并冷卻后的原料空氣中的水份、二氧化碳和碳?xì)浠衔锶コ?。分子篩純化器在正常生產(chǎn)時(shí)要經(jīng)過以下個(gè)步驟：

均壓 —吸附（生產(chǎn)）— 卸壓 —加熱（再生）— 冷吹

兩臺(tái)純化器的切換發(fā)生在其中一臺(tái)均壓之后，再生、冷吹完畢的一臺(tái)純化器進(jìn)行升壓，當(dāng)兩臺(tái)純化器壓力均衡后，也就是等于空氣總進(jìn)口壓力后，兩臺(tái)分子篩純化器按照DCS程序設(shè)置開始進(jìn)行切換。再生完成的一臺(tái)純化器對(duì)原料空氣進(jìn)行吸附作業(yè)，向后系統(tǒng)源源不斷的輸送合格空氣。而另一臺(tái)純化器開始進(jìn)行再生。

當(dāng)兩臺(tái)純化器進(jìn)行切換時(shí)，我們經(jīng)常能監(jiān)測(cè)到主冷液面會(huì)發(fā)生小幅上漲的情況（見圖 1）。當(dāng)進(jìn)入吸附（生產(chǎn)）流程的一臺(tái)純化器進(jìn)行升壓時(shí)，此時(shí)，因空氣壓縮機(jī)出口壓力變化很小，相應(yīng)的連鎖調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能及時(shí)迅速發(fā)生反應(yīng)，因此會(huì)造成空氣總量不變，而進(jìn)入精餾塔的實(shí)際空氣量會(huì)減少，相應(yīng)的塔下部上升氣相總量減少，使得塔中上升的氮?dú)饬繙p少，與主冷凝器進(jìn)行熱交換的氮?dú)饬恳矞p少。這樣，主冷凝器中的液氧獲得的熱量也相應(yīng)地有所減少，液氧蒸發(fā)量會(huì)降低，因此短時(shí)間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)主冷液面小幅波動(dòng)上升現(xiàn)象。

在純化器升壓結(jié)束，兩臺(tái)純化器完成再生和吸附角色的切換后，主冷液面開始下降，下降幅度比較小、時(shí)間比較長(zhǎng)（見圖 1）。這是因?yàn)閯偳袚Q過來的純化器雖然經(jīng)過冷吹，但分子篩顆粒內(nèi)部殘余熱量因冷吹時(shí)間所限，并不能其內(nèi)部熱量全部帶走，由于分子篩殘余熱量的存在，使得初始產(chǎn)出空氣溫度相較與進(jìn)入分子篩的冷卻空氣溫度升高。冷吹末期分子篩出口空氣溫度在22 - 45℃之間，而進(jìn)口空氣溫度為3- 10℃之間，由于這部分熱量會(huì)被空氣帶入塔內(nèi)，造成空氣進(jìn)精餾塔溫度升高。此時(shí)，塔中上升的氮?dú)饬吭黾?，與主冷凝器進(jìn)行熱交換的氮?dú)饬恳苍黾印Ｊ沟弥骼淠髦械囊貉醌@得的熱量也相應(yīng)地有所增加，液氧蒸發(fā)量會(huì)增大，因此短時(shí)間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)主冷液面小幅波動(dòng)下降現(xiàn)象。（見圖2）。

發(fā)生這一現(xiàn)象時(shí)一般下塔液面會(huì)發(fā)生周期性的波動(dòng)，所以LCV-1閥門也會(huì)在范圍內(nèi)開關(guān)數(shù)次，目前LCV-1由塔底液位（500～650mm）控制在56% - 66%的范圍內(nèi)，如果該閥門開關(guān)幅度過大的話，也會(huì)造成上塔液面波動(dòng)，同時(shí)影響氮?dú)狻⒀鯕饧兌取?/p>

1.1 處理方法

1.嚴(yán)格控制純化器升壓速度，穩(wěn)定各項(xiàng)操作，盡可能降低進(jìn)精餾塔空氣量影響。同時(shí)穩(wěn)定空壓機(jī)出口壓力;

2. 在純化器切換前對(duì)工藝進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，將主冷液面保持在高位（工藝指標(biāo) 2200-2400 mm，報(bào)警值2220-2390 mm）;

3. 在純化器切換過程中，可以適時(shí)適當(dāng)增加膨脹空氣量，以利于主冷液面的穩(wěn)定;

4.在純化器切換后，要微關(guān)排/充液V5閥門，但在純化器切換前，如果冷凝蒸發(fā)器液位處于上升趨勢(shì)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整V5閥門。

采取以上措施可以平穩(wěn)度過純化器切換，保證主冷液位、產(chǎn)品純度穩(wěn)定

2 ?氮?dú)獬鏊繉?duì)主冷液面的影響及處理方法

（1）正常情況下設(shè)定氮?dú)獬鏊繛?000-7100Nm3/h，無大量用氮需求時(shí)，該設(shè)定值不做調(diào)整，以保證出塔量穩(wěn)定，分餾塔工況穩(wěn)定。

（2）如出現(xiàn)大量用氮情況，增加出塔量時(shí)，由于分餾塔冷量平衡破壞，需要通過調(diào)整膨脹機(jī)噴嘴，重新建立冷量平衡，此時(shí)調(diào)整膨脹機(jī)噴嘴要根據(jù)塔內(nèi)溫度進(jìn)行微調(diào)。

（3）氮?dú)獬鏊吭黾?，則液氮產(chǎn)量會(huì)減少，因此，當(dāng)出塔量增加時(shí)，要根據(jù)冷凝蒸發(fā)器液位，適當(dāng)關(guān)小V5閥門，以保證下塔液位和冷凝蒸發(fā)器液位平穩(wěn)。

3 塔壓力變化對(duì)主冷液面的影響

在生產(chǎn)中，我們還可以觀察到，伴隨著下部塔系統(tǒng)壓力升高，主冷液面也會(huì)出現(xiàn)短暫略微升高的現(xiàn)象。同樣，遇到塔上部系統(tǒng)壓力升高時(shí)，主冷液面也會(huì)出現(xiàn)升高的現(xiàn)象。在下部塔系統(tǒng)中，當(dāng)提高塔內(nèi)壓力時(shí)，氣態(tài)氮的液化溫度相應(yīng)的升高，其氣化潛熱相應(yīng)的降低，這就使得主冷中的液氧獲得的熱量相應(yīng)的減少，也就減少了蒸發(fā)量，使得主冷液面出現(xiàn)升高的現(xiàn)象。而在塔上部系統(tǒng)中，當(dāng)塔壓升高時(shí)，液氧的氣化溫度升高，氧氣更易于液化，也就減小了蒸發(fā)量，同時(shí)也增大了冷凝量，使得主冷液面也出現(xiàn)升高的現(xiàn)象。同理，當(dāng)塔整體壓力降低時(shí)，主冷液面也會(huì)出現(xiàn)短暫降低的現(xiàn)象。

處理方法

1.在生產(chǎn)中要穩(wěn)定空、氮壓機(jī)的運(yùn)行，降低進(jìn)氣量和取出量的大幅變化對(duì)塔壓的影響。

2.及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化工藝，在主冷液面波動(dòng)時(shí)，要仔細(xì)觀察各個(gè)工藝參數(shù)，綜合研判進(jìn)行調(diào)整，在工藝調(diào)整時(shí)，盡可能采取小幅度、勤觀察細(xì)致調(diào)整，穩(wěn)定工況，優(yōu)化運(yùn)行。

4 結(jié)論

通過對(duì)空分裝置正常生產(chǎn)時(shí)，影響主冷液面波動(dòng)的各類因素，純化器切換、氮壓機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)，以及精餾塔壓力參數(shù)變化等的綜合分析研究，確定影響主冷液面波動(dòng)的各種原因，同時(shí)針對(duì)原因，給出比較實(shí)際可行的操作或處理措施。同時(shí)，我們?cè)谏a(chǎn)中還需要注意的是，當(dāng)主冷液面出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，應(yīng)以調(diào)節(jié)氮?dú)饧兌葹橹匾繕?biāo)，必要時(shí)可以犧牲一部分主冷液面，以保證氮?dú)饧兌燃爱a(chǎn)品供應(yīng)。