豫光金鉛股份公司制氧廠，KDON（Ar）30000/12000/1000型空分設備（以下簡稱30000m3/h空分設備）是高效節能型空分。采用離心式空氣壓縮機，常溫分子篩凈化，增壓透平膨脹機，填料型上，下塔，四層主冷，全精餾無氫制氬，外壓縮工藝。

1、降負荷現狀介紹

  30000m3/h空分設備為多個冶煉系統供氣，用氣特點是用氣點多，用量不穩定，為了減少氧氣的放散率降低能耗，需要對空分負荷進行及時調整。尤其是最低負荷調整，一直處在摸索階段。

1.1   30000m3/h空分設備采用關下塔液氮回流閥降低空分負荷

  試產階段 30000m3/h空分設備采用常規的關液氮回流閥的方法進行降負荷操作 ，液氮回流閥從100%關到36%，進塔空氣流量與空壓機排氣壓力變化不大，當回流閥開度小于36%時，主冷二，三層液位出現快速下降，（二，三，四層主冷設置有液位計，一層主冷沒有設置液位計），開始認為是關液氮回流閥操作速度過快，液氮短時間積聚在主冷中，使進入上塔主冷中的液體量短時間不足，破壞動態平衡造成主冷液位下降。隨后把關液氮回流閥的速度放的很慢，依然是液氮回流閥低于36%，主冷二，三層液位就會出現下降。反復試驗幾次都是一樣結果。

  分析原因是：下塔頂部的氮氣進入主冷，與主冷中的液氧進行換熱后冷凝。在主冷中從上到下溫差逐漸縮小，冷凝液氮形成的液膜逐漸增厚，到第四層主冷時換熱溫差最小，形成液氮液膜最厚，這造成30000m3/h空分設備第四層主冷的蒸騰能力最差。這導致關液氮回流閥，液氮在第四層主冷中積聚，空壓機排氣壓力與進塔空氣流量變化不大，降負荷效果不明顯。同時由于液氮回流閥的關小，液氮在主冷中積聚，導致回流下塔的液氮量減少，造成打入上塔主冷的液體量減少， 而第一，二，三，四層主冷因為全浸，加上空壓機排氣壓力不變，所以主冷熱負荷沒有改變，主冷液氧蒸發量不變。當進入主冷液體量小于其蒸發量時，第二，三層主冷液位出現快速下降，造成主冷干蒸發，存在極大的安全隱患。所以30000m3/h空分設備不適合采用關下塔液氮回流閥來降低空分負荷。

1.2 30000m3/h空分采用全開液氮回流閥，關空壓機進口導葉，降低空壓機排氣壓力來降低空分負荷

30000m3/h空分采用全開下塔液氮回流閥，用關空壓機進口導葉降低空壓機排氣壓力的方法來降低空分負荷。整個降負荷過程中不需要太大調節，只需要關空壓機進口導葉，使進塔空氣流量與產品氧氣流量相匹配，短時間就能達到變負荷要求，操作簡單，效果明顯。特別適用后續用氣流量波動大的特點，極大的減少氧氣的放散率降低能耗。30000m3/h空分設備一直以來都采用這種方法調節空分負荷。   

存在問題是：當空壓機排氣壓力降低至415KP，空壓機排氣量降低至132540m3/h時（因為進塔空氣量流量計顯示誤差太大，該空分一直以空壓機排氣量為參考值）主冷第二，三層液位就會出現快速下降，造成第二，三層主冷干蒸發。

分析原因是：

1）空壓機壓力下降，造成膨脹機效率下降，使空分冷量減少；

2）空壓機排氣壓力降低，使下塔液體打入上塔的動力下降，使液體進入上塔不暢；

3）關空壓機進口導葉后，進塔氣量減少，使主冷冷凝液氮量減少，造成打入主冷的液體量減少；

  4）空分負荷降低過程中沒有同比例降低氬系統負荷，液體分配不合理。

由于后續用氣不穩定，為了節能降耗，變負荷比較頻繁。不適合頻繁對工況進行細致調整 。加上空分負荷降低后，空壓機排氣壓力最低已降至416KP，如果繼續降低空壓機排氣壓力，會影響儀表氣供氣壓力與分餾塔進液。這也是困擾30000m3/h不能繼續降低空分負荷的主要原因。 

2. 采用提高上塔壓力達到繼續降低空分負荷

后來單位就降負荷存在問題咨詢空分廠家，空分廠家建議采用提高上塔壓力，憋高下塔壓力的方法達到繼續降低空分負荷的目的。

操作原理是：采用提高上塔壓力的方法來提高主冷液氧側溫度，從而縮小主冷換熱溫差，來降低主冷熱負荷。主冷熱負荷降低后，空壓機排氣壓力就會上漲，這樣就有余量繼續關空壓機導葉降低空壓機排氣壓力，從而達到繼續降低空分負荷的目的。

3. 第一次采用提高上塔壓力降低空分負荷的試驗過程

2022年11月16日，后續用氣流量大幅減少，30000m3/h空

分設備在較低負荷下運行。空壓機進口導葉控制在39.5%，空壓機排氣壓力419kp，空壓機排氣量138883m3/h，上塔壓力控制在30.3kp，主冷液氧側溫度-182℃，液氮側溫度-181℃，主冷換熱溫差1℃。

8：24緩慢關小出塔氣體閥門提高上塔壓力，在提高上塔壓力過程中 空壓機排氣壓力也出現緩慢上漲。當上塔壓力由30.3KP升高至38.3kp時，空壓機排氣壓力也緩慢由419KP上漲至439KP。主冷液氧側溫度由-182℃緩慢上漲至-181.5℃，下塔液氮溫度由-181℃緩慢上漲至-180.5℃，主冷換熱溫差維持1℃，保持不變。

 緩慢關空壓機進口導葉，降低空壓機排氣壓力。當進塔空氣流量降低至132171m3/h時，下塔液氮純度由0.08ppm快速上漲至滿量程（大于10ppm)，主冷液氮側溫度上漲至-179.8℃，主冷換熱溫差擴大至1.4℃。8：55主冷液位出現快速下降，氬系統工況出現不穩定。立即停止試驗，對工況進行恢復，但仍然對工況造成很大影響。

3.1提高上塔壓力，主冷液氧側溫度升高，液氮側溫度也升高的原因分析：

提高上塔壓力，主冷液氧側溫度升高，主冷換熱溫差縮小，冷凝液氮量減少，空氣吃不進，造成空壓機排氣壓力升高，空壓機排氣壓力升高造成主冷液氮側溫度升高，使主冷換熱溫差仍然保持1℃不變。

3.2降低空壓機排氣壓力，下塔液氮側溫度沒有降低反而升高的原因分析：

30000m3/h空分設備處于較低負荷運行，冷凝的液氮量較正常工況時少，繼續關空壓機進口導葉，進塔空氣量更少，主冷冷凝的液氮量也更少，而液氮取出量不變，這導致液氮純度下降，液氮純度下降造成主冷液氮側溫度升高，主冷換熱溫差反而擴大。

30000m3/h空分設備第一次采用這種降負荷操作，沒有這方面操作經驗。此前一直把降負荷的重心放在主冷液位上，忽略負荷降低對液氮純度的影響，加上操作速度太快，幅度太大，試驗以失敗告終。但也從這次降負荷操作過程中積累一些經驗教訓。

4. 第二次提高上塔壓力降低空分負荷的試驗

2023年8月11日后續用氣單位檢修一個月，大量氧氣放空。30000m3/h空分設備在較低負荷運行，空壓機壓力控制在420kp，空壓機排氣量控制在137000m3/h。為了降低能耗，單位決定在不開大空壓機進口導葉的條件下，將膨脹量提高至最大，多產液氧，減少氧氣的放散率。但空壓機排氣壓力已經很低，如果不開空壓機導葉的情況下，增大膨脹量勢必會使空壓機排氣壓力更低。綜合考慮后決定采用提高上塔壓力，憋高下塔壓力，為增大膨脹量提供條件。

8月13日9：30，緩慢將上塔壓力由32kp提高至33.5kp，空壓機排氣壓力由420kp上漲至424kp，然后緩慢將膨脹量提高至最大。為了減少增大膨脹量對工況的影響，全開污氮旁通閥。同時對主塔工況與氬工況進行調節，經過3天的試運行，工況穩定。

雖然在不開空壓機導葉的條件下，將部分放空的氧氣轉化成液體，但還是有大量的氧氣放空，加上夏季氣溫高，空壓機進口導葉還有54%的開度，還有降負荷的余量。 為了繼續降低空分能耗，30000m3/h空分設備計劃繼續采用提高上塔壓力，憋高空壓機壓力的方法降低空分負荷。 吸取上次試驗失敗的教訓，操作過程一定要慢，幅度一定要小，同時關注液氮純度變化并及時調整。

4.1 第二次試驗過程

8月17日，緩慢將上塔壓力由31.6kp升高至32.9kp，空壓機排氣壓力由417kp緩慢上漲至421kp，然后緩慢關空壓機進口導葉，空壓機排氣壓力由421kp降低至417kp，空壓機排氣量由137400m3/h降低至134000m3/h左右。運行一段時間后，下塔液氮純度出現下降，立即停止降負荷操作，稍關液氮節流閥，調節下塔液氮純度。并對主塔工況與氬塔工況進行適當調整。經過兩天的試運行，工況穩定。

8月19日，將上塔壓力由31.5kp升高至33kp，空壓機壓力由417kp上漲至422kp，主冷液氧側溫度由-182℃上漲至-181.9℃，主冷換熱溫差縮小至0.9℃。（以往低負荷主冷換熱溫差最低1℃）緩慢關空壓機進口導葉，將空壓機排氣壓力下降至417kp，空壓機排氣量減少至132500m3/h。以往當空壓機排氣量減少至這個氣量時，主冷液位就會出現下降。為了防止意外發生，立即停止降負荷操作。并對主塔與氬塔工況進行適當調整。經過一段時間的試運行，主冷液位正常，主塔工況與氬塔工況穩定。

8月25日，繼續采用這種方法降低空分負荷，空壓機排氣量降低至131100m3/h，主冷換熱溫差0.9℃，經過一段時間的試運行，主冷液位正常，主塔工況與氬塔工況穩定。

由于進塔氣量的減少，主冷冷凝液氮量減少，液空節流閥開度已降低至5～6%。雖然采用關液氮節流閥能保證下塔液氮純度，如果繼續降低空分負荷，液氮量勢必滿足不了上塔精餾需要。因為工況已經出現污氮含氧明顯上漲，液體產量明顯下降。為了防止意外發生，影響后續用氣，停止降負荷試驗。

4.2試驗分析

以往降負荷空氣量低于132500m3/h，主冷液位就會出現下降，這次降負荷空氣量減少至131100m3/h仍能維持主冷液位不下降 分析原因是：

（1）增大膨脹量，液體量增大；

（2）增大膨脹量，主換冷區上移，進下塔介質含濕量增大，上升蒸汽量減少，主冷蒸發量減少；

（3）為了維持氬塔工況穩定，操作過程中降低了氬系統負荷，使進入氬系統的液體量減少；

（4）主冷的換熱溫差縮小。

主冷換熱溫差縮小的原因分析：

（1）操作中膨脹量最大，同時空分負荷較低，這造成氬塔工況極不穩定。為了維持氬塔工況穩定，氬餾分控制較低，氧氣純度控制比以往高，這造成主冷液氧側溫度升高；

（2）以往低負荷工況，上塔壓力控制在29～31kp，這次降負荷過程中上塔壓力控制在31.5～33kp，上塔壓力升高造成主冷液氧側溫度升高。

（3）操作過程中對下塔液氮純度控制較好，同時下塔壓力跟降負荷前一致，這些使主冷液氮側溫度沒有升高。

結束語

通過這次降負荷試驗，證明采用全開液氮回流閥，關空壓機進口導葉降低空壓機排氣壓力，配合提高上塔壓力，憋高下塔壓力，同時注意液體的合理分配，能讓30000m3/h空分設備負荷進一步降低。但采用這種降負荷操作需要通過長時間細致調節，適合長時間低負荷運行。很多空分到夏季會出現空壓機排氣低的現象，可以嘗試這種操作方法來應對。