摘要：總結了 “KDN-18000/1200Y”空分裝置擴大變負荷范圍的方法，對單塔純氮空分裝置變負荷生產方法進行了探討，分別介紹了該裝置的空氣壓縮機、精餾塔、膨脹機負荷調整的方法和經驗。

關鍵詞：空分裝置；變負荷；空氣壓縮機；精餾塔；膨脹機；

一、空分裝置簡介

該空分裝置型號為KDN-18000/1200Y，采取低溫精餾工藝提取高純氮。主要由空氣壓縮系統、預冷系統、純化系統、增壓膨脹系統、精餾系統、液氮儲存及汽化系統等組成。設計氮氣產量為18000 Nm³/h，液氮產量為1200Nm³/h。主要設備有：電拖離心式空氣壓縮機、氮氣增壓透平膨脹機、規整填料精餾塔等。

K-0101—空氣壓縮機，C-0101—空冷塔，C-0102—水冷塔, D-0101A/B—分子篩吸附器，E-0101—加熱爐，E-0102——主換熱器，C-0103—精餾塔，E-0104——主冷凝蒸發器，K-0102—膨脹機

圖1 KDN-18000空分裝置流程簡圖

二、變負荷生產的目的和意義

該空分裝置主要任務是向撫順石化公司烯烴廠乙烯、聚乙烯等八套裝置供應氮氣。由于下游用戶較多，氮氣使用量波動較大，最大用量為18000 Nm³/h，最小用量為15000 Nm³/h。為此該空分裝置需要經常在83～100%負荷之間進行調整。另外，由于該裝置液氮產量過剩，儲存空間有限，所以還要經常調整液氮采出量。空分裝置根據用戶需要隨時調節生產負荷，不僅能夠使用戶用氣穩定，而且能夠節約能源，為企業創造效益。

三、變負荷生產的基礎條件

空分裝置的負荷調整范圍取決于空氣壓縮機、增壓透平膨脹機和精餾塔的負荷變化能力。該空分裝置精餾塔為填料塔，負荷可在50-110％之間變化調整，保證了變負荷生產的前提條件。氮氣增壓透平膨脹機的設計最小負荷為70%。空氣壓縮機的性能曲線由廠家技術人員現場測定，其負荷能夠降低至89%。因此整個空分裝置的最小負荷受制于空壓機，也為89%。能否將空分裝置負荷降低到實際生產需要的83%負荷，取決于能否將空壓機的負荷降得更低。

四、空壓機負荷的調整

對于電機拖動的離心式空氣壓縮機來說，變負荷操作比較容易。可以直接通過手動調整入口導葉的開度實現負荷調整；也可以利用恒壓自動控制系統，通過改變出口壓力設定值，系統自動調整導葉開度，從而實現負荷。但由于離心式壓縮機在低流量和高壓力的情況下容易出現喘振現象，對機組破壞力極強。因此該空分裝置配套的離心式空壓機設置了防喘振控制系統。喘振曲線由空壓機廠家技術人員于2011年11月在安裝調試過程中測定。通過空壓機防喘振控制圖（圖2）可以看到，廠家技術人員將喘振線右移10%做為防喘振線，電流相差約80A。在實際生產過程中，當電流降到410A，即89%負荷時，空壓機的“操作點”已經貼近“盤旋點”。如果繼續關小導葉，“操作點”就要觸碰到防喘振線，放空閥會自動打開防止發生喘振。這樣，會使后續系統壓力下降，甚至使預冷系統壓力低聯鎖。經過討論研究，我們認為廠家技術人員對防喘振線的設置過于保守，雖對壓縮機保護性強，但操作彈性小，工藝調整范圍狹窄。于是決定對空壓機的控制方案進行優化。

圖2 改造前空壓機防喘振控制圖

2014年6月，在廠家技術人員的協作下，制定并實施了優化方案。首先檢查調整防喘振閥的響應速度，死區，將出口壓力變送器的阻尼時間設置到最小。然后將防喘振線向左移動3%，即從右移10%改為右移7%。使得操作點可以更靠左而不觸碰防喘振線。同時為了保證機組的安全，更改防喘振PID設置，提高放空閥打開的速度。做到放空閥即不過早打開，又能在需要打開時快速打開。最終使機組負荷能夠降得更低。改造后空壓機最小電流由原來的410A下降到了395A。使得該空分裝置整體最低能夠降到83%負荷。

五、精餾塔負荷的調整

單級精餾塔負荷的調整，主要包括進氣量和回流比的調整。進氣量由調整空壓機負荷來實現。該空分精餾塔并未設置回流調節閥，其回流比是通過液氮采出量來調節的。當主冷液空液位高時液氮采出閥會自動開大，減小回流比，主冷液空液位低時液氮采出閥會自動關小，增大回流比。

當需要調整空分裝置負荷時，先逐漸調整空壓機出口壓力設定值。隨后冷箱進氣量會隨之變化，此時，按冷箱進氣量的（40±2）%設定氮氣產量。與此同時，液氮采出閥門會根據主冷凝蒸發器的液位高度自動調節液氮產量，間接調節精餾塔回流比。總體操作比較簡單，但需要注意如下事項：

1、整個調整過程要盡量緩慢，如果壓力調整過快存在沖擊分子篩床層的危險。所以我們每次改變設定值時與實際值偏差不允許超過0.01MPa。待實際值穩定在設定值后，再進行下一次調整。

2、降負荷時，由于精餾塔內持液量較多，容易造成主冷液位超高，同時液氮采出閥門會自動開大，致使回流下塔的液氮相對減少，此時容易出現純度超高現象。為避免此種現象，應盡量減緩進氣量調整速度。另外，在降負荷前，可以先適當減少膨脹機制冷量，降低主冷凝蒸發器液位后，再進行降負荷操作。如果一旦出現純度升高現象，應及時手動關小液氮采出，通過對主冷液空進行直接排放，來穩定液位。反過來，在提負荷時，注意避免出現主冷液位偏低的現象。可提前適當提高塔內持液量，之后再進行增加進氣量操作。

六、膨脹機負荷及液氮產量的調整

當液氮罐滿液位后，需要減少液氮產量，甚至要將液氮采出閥關閉。此時無法完全通過液氮采出量來實現回流比的調節。此時要通過降低膨脹機制冷量來調節回流比。增加制冷量，回流比就增大，減少制冷量，回流比就減小。減少膨脹機制冷量的操作主要通過關小噴嘴降低膨脹量實現。但當空壓機加工氣量已經降到最小負荷時，再關小噴嘴空壓機就會出現放空現象。此時，需要適當打開PV-1502（主冷壓力的自控閥），使得部分氣體不經膨脹機制冷而跨過膨脹機直接去主換熱器，從而達到減少膨脹量和降低制冷量的目的。

七、變負荷生產的效果和今后改進方向

該空分裝置做為化工廠的公用工程系統，用戶對產品氮氣的需用量不斷變化。所以空分裝置的頻繁變負荷操作在所難免。我們經過理論研究和生產實踐，總結出了該空分裝置變負荷生產的調節方法和注意事項，包括對液氮產量的調整方法。能夠做到在滿足用戶需求的同時，又能節能降耗。

但由于在變負荷操作過程中，操作員需要統籌兼顧多個參數，存在操作失誤的風險。目前國內一些先進的企業已經通過計算機程序實現了自動變負荷功能。操作員只需設定好外送氮氣壓力或流量，計算機會根據當前的工況，自動調節空壓機、精餾塔和膨脹機等相關參數。當然自動變負荷功能也是建立在手動操作方法的基礎之上，所以以上論述為該空分裝置實現自動變負荷功能打下了基礎。