1、分子篩吸附器升壓時(shí)空氣流量擾動(dòng)和解決方法 

1.1 空氣流量擾動(dòng)對(duì)精餾工況的影響 

空氣流量擾動(dòng)主要發(fā)生在分子篩吸附器的升壓 步驟。當(dāng)升壓開始時(shí)，升壓閥突然打開，部分空氣 進(jìn)人待升壓的分子篩吸附器中，這時(shí)進(jìn)入冷箱的空 氣量就會(huì)減少。雖然分子篩吸附器后空氣流量調(diào)節(jié) 器檢測(cè)到空氣量減少信號(hào)后，會(huì)自動(dòng)開大空壓機(jī)導(dǎo) 葉以增加空氣量，但這種反饋調(diào)節(jié)畢竟存在一定的 滯后，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入冷箱的空氣量還是有所 減少。 

對(duì)于上塔來(lái)說(shuō)，為了提高氬提取率，需要將上 塔的氬富集區(qū)下移，這就會(huì)增大氮?dú)膺M(jìn)入制氬系統(tǒng) 的可能性。也就是說(shuō)，如果想要得到最高的氬提取 率，就只能使制氬系統(tǒng)處于氮塞邊緣。如果在分子 篩吸附器升壓階段進(jìn)入冷箱的空氣量減小較多，那 么短時(shí)間內(nèi)就可能有大量氮?dú)膺M(jìn)入制氬系統(tǒng)，從而 引起制氬系統(tǒng)發(fā)生氮塞。為了防止分子篩吸附器升 壓引起氮塞，只能將氬餾分抽口處的氬含量控制得 低一些，但這樣會(huì)降低氬提取率。 

在分子篩吸附器升壓階段后期，空壓機(jī)導(dǎo)葉已 經(jīng)開大，而隨著分子篩吸附器壓力升高，進(jìn)入處于 升壓步驟的吸附器的空氣量不斷減少，這時(shí)進(jìn)入冷 箱的空氣量又會(huì)增多，就會(huì)使氬餾分中氬含量降 低，結(jié)果也會(huì)使氬提取率降低。

1．2 解決方法 

揚(yáng)子石化比歐西氣體有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn) 稱：揚(yáng)子石化比歐西)主要從兩方面人手來(lái)減小 空氣流量擾動(dòng)對(duì)精餾工況的影響。 

一是利用可調(diào)節(jié)開度的分子篩吸附器升壓閥。在DCS系統(tǒng)中設(shè)定好程序，當(dāng)分子篩吸附器升壓 步驟開始時(shí)，升壓閥先開大到40％ ，保持2分鐘， 然后再轉(zhuǎn)為自動(dòng)調(diào)節(jié)，而升壓閥調(diào)節(jié)器的壓力設(shè)定 值開始按一定速率爬坡升高。這樣升壓閥就能根據(jù) 正在升壓的吸附器中的壓力變化情況而自動(dòng)逐漸開 大，從而減小進(jìn)入冷箱的空氣量的波動(dòng)幅度。 

另一方面，在DCS系統(tǒng)中給空壓機(jī)導(dǎo)葉控制 增加了一個(gè)升壓步驟導(dǎo)葉預(yù)開補(bǔ)償系數(shù)，空壓機(jī)導(dǎo) 葉實(shí)際開度等于分子篩吸附器后空氣流量調(diào)節(jié)器輸 出與導(dǎo)葉預(yù)開補(bǔ)償系數(shù)之乘積。當(dāng)分子篩吸附器升 壓步驟開始時(shí)，導(dǎo)葉預(yù)開補(bǔ)償系數(shù)開始發(fā)揮作用， 其值在10秒內(nèi)由1．00爬坡增大至1．06(可設(shè) 定)，這樣空壓機(jī)導(dǎo)葉實(shí)際開度就能及時(shí)增大，從 而可以抵消升壓閥打開對(duì)進(jìn)入冷箱空氣量的影響。當(dāng)升壓步驟進(jìn)行到720秒時(shí)，因分子篩吸附器壓力 升高，增壓空氣流量開始減少，而導(dǎo)葉預(yù)開補(bǔ)償系 數(shù)也在此時(shí)開始減小，其值在120秒內(nèi)由1．06慢 慢爬坡減小至1．00，這樣空壓機(jī)導(dǎo)葉實(shí)際開度在 升壓步驟結(jié)束前就能逐漸關(guān)小。 

空壓機(jī)導(dǎo)葉預(yù)開補(bǔ)償系數(shù)爬坡增大時(shí)刻必須與 升壓閥打開時(shí)刻正好同時(shí)，原先將導(dǎo)葉預(yù)開補(bǔ)償系 數(shù)爬坡增大時(shí)刻設(shè)定得比升壓閥打開早10秒，結(jié)果效果不是太理想，分子篩吸附器后空氣流量調(diào)節(jié) 器在檢測(cè)到空氣量增大信號(hào)后，會(huì)自動(dòng)關(guān)小空壓機(jī) 導(dǎo)葉。兩者改為同時(shí)后，再調(diào)整好升壓閥和導(dǎo)葉預(yù) 開補(bǔ)償系數(shù)的設(shè)置，就能在整個(gè)分子篩吸附器升壓 步驟內(nèi)，使進(jìn)入冷箱的空氣量幾乎沒有變化。

2、分子篩吸附器切換后空氣溫度升高和空氣中氧含量升高的擾動(dòng)和解決方法 

2．1 分子篩對(duì)氮?dú)獾奈阶饔?nbsp;

較早以前，揚(yáng)子石化比歐西就已經(jīng)注意到分子 篩吸附器升壓所需空氣量要多于將吸附器空間升壓 至相同壓力所需的空氣量，當(dāng)時(shí)就想到有可能部分 氧氣或氮?dú)庠谏龎哼^(guò)程中被分子篩吸附。 

如果分子篩對(duì)空氣中的氧氣或氮?dú)庖灿形阶?用，那么它對(duì)氧氣和氮?dú)獾奈侥芰τ锌赡懿灰?樣，如果能證實(shí)分子篩吸附器升壓過(guò)程能改變空氣組成，那么就能證明分子篩也能吸附空氣中的氧氣 或氮?dú)?。為此，曾在空分設(shè)備加溫吹掃階段(此 階段分子篩用空氣再生)，數(shù)次分析分子篩吸附器 升壓階段后期吸附器內(nèi)氣體中的氧含量，結(jié)果都在 28％～35％之間，這已經(jīng)明顯高于空氣中的氧含 量(20．95％)，說(shuō)明分子篩確實(shí)也能吸附空氣中 的氮?dú)猓蛘哒f(shuō)分子篩吸附空氣中氮?dú)獾哪芰?qiáng)于 吸附氧氣。 

分子篩對(duì)空氣中氮?dú)獾奈阶饔脮?huì)對(duì)精餾塔工 況產(chǎn)生一些影響，后面將論述。 

2．2 分子篩吸附器切換后空氣溫度升高 

由于分子篩對(duì)空氣中水分、二氧化碳等的吸 附，分子篩吸附器出口空氣的溫度通常要比進(jìn)口空 氣的高一些?？諝饨?jīng)過(guò)分子篩后，溫度一般會(huì)升高 5～7℃。但是在分子篩吸附器剛切換后的一段時(shí) 間，分子篩吸附器出口空氣溫度會(huì)升高更多，可能 會(huì)比進(jìn)口溫度高12～20℃，并且會(huì)持續(xù)20～30分 鐘，然后才慢慢下降，最終溫度差值會(huì)穩(wěn)定在5～ 7℃左右，如圖1所示。

這是由于分子篩吸附器升壓步驟結(jié)束時(shí)，分子 篩床層的溫度較高，在分子篩床層轉(zhuǎn)為工作后，空 氣需要將床層中的熱量帶出來(lái)。分子篩吸附器升壓 后床層溫度升高的原因主要有3個(gè)：一是吹冷不徹 底殘余熱量的影響；二是升壓過(guò)程本身會(huì)有溫度升 高；三是升壓步驟中分子篩吸附空氣中的氮?dú)獾葧?huì) 放出吸附熱。 

進(jìn)入冷箱的空氣溫度升高后，精餾塔內(nèi)的富余 冷量會(huì)減少。由于塔內(nèi)富余冷量一般是以液氧形式 存在，進(jìn)入冷箱的空氣溫度升高就會(huì)使液氧產(chǎn)量減 少。如果空氣量和氧氣量等都保持不變，在液氧產(chǎn) 量減少后，精餾塔內(nèi)的氧就會(huì)增多，這樣過(guò)一段時(shí) 間之后，上塔中部溫度會(huì)升高，氬餾分中的氧含量 也會(huì)升高(氬含量降低)。

揚(yáng)子石化比歐西38500m3／h空分設(shè)備在采用 LMPC系統(tǒng)控制后，當(dāng)不考慮分子篩吸附器出口空 氣溫度升高對(duì)精餾塔工況的影響時(shí)，幾乎每次在分 子篩吸附器切換后40分鐘左右，上塔中部溫度都 會(huì)出現(xiàn)一個(gè)波峰。然后隨著LMPC系統(tǒng)減少空氣 量，再過(guò)50分鐘左右，上塔中部溫度又會(huì)產(chǎn)生一 個(gè)波谷(見圖1)。所以，分子篩吸附器切換后 2小時(shí)左右制氬系統(tǒng)也比較容易發(fā)生氮塞。

2.3 分子篩吸附器切換后空氣中氧含量升高 

空分設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，分子篩用污氮?dú)馔瓿稍?生，然后用空氣升壓。在分子篩吸附器升壓完成 后，與空氣中氧含量比較，分子篩吸附器內(nèi)氣體中 氧含量究竟是偏低、偏高還是比較接近?揚(yáng)子石化 比歐西曾用在線分析儀做過(guò)檢測(cè)，多數(shù)情況下相差 不大，有時(shí)分子篩吸附器內(nèi)氣體中氧含量會(huì)比空氣 中略低一點(diǎn)。但是當(dāng)分子篩吸附器的泄壓閥或再生 氣放空閥有泄漏時(shí)，在升壓步驟結(jié)束時(shí)，分子篩吸 附器內(nèi)氣體中的氧含量就會(huì)比空氣中略高一點(diǎn)。 

分子篩吸附器切換后，進(jìn)入冷箱的空氣中氧含 量可能先有一個(gè)突變，但1～2分鐘后，氧含量就 會(huì)恢復(fù)到比正常時(shí)稍高一點(diǎn)，并且會(huì)持續(xù)一段時(shí) 間，基本與分子篩吸附器出口空氣溫度升高同步， 當(dāng)空氣溫度恢復(fù)正常后，空氣中氧含量也會(huì)恢復(fù)正 常。揚(yáng)子石化比歐西曾用在線分析儀做過(guò)檢測(cè)，在 分子篩吸附器切換后空氣溫度升高時(shí)，空氣中氧含 量會(huì)比正常時(shí)偏高0．06％ ～0．07％ 。這是由于當(dāng) 分子篩吸附器剛切換后空氣溫度升高時(shí)，分子篩床 層中的熱量被空氣帶出來(lái)，分子篩溫度降低后吸附 能力增強(qiáng)，空氣中的部分氮?dú)獗晃?，使分子篩吸 附器出口空氣中的氧含量比正常時(shí)偏高一點(diǎn)。 

對(duì)于38500m3／h空分設(shè)備而言，空氣中氧含 量升高0．06％～0．07％ ，相當(dāng)于進(jìn)入冷箱的空氣 中氧量增加了120m3／h左右，這已經(jīng)足以對(duì)精餾工況產(chǎn)生影響。而且，分子篩吸附器切換后氧含量 升高和空氣溫度升高這兩個(gè)影響因素疊加，會(huì)使精 餾塔內(nèi)的氧量增多，LMPC系統(tǒng)最好能考慮它們對(duì) 精餾塔工況的影響。 

2．4 解決方法 

在筆者設(shè)計(jì)38500m3/h空分設(shè)備的LMPC控 制矩陣時(shí)，曾希望在LMPC系統(tǒng)中考慮分子篩吸附 器剛切換后一段時(shí)間內(nèi)空氣溫度升高和氧含量升高 對(duì)精餾塔工況的影響，并且提出了具體的控制方 法。但因?yàn)橐獙⑦@2個(gè)影響因素加進(jìn)去比較麻煩， 結(jié)果在LMPC系統(tǒng)中就沒考慮。 

后來(lái)通過(guò)調(diào)整分子篩吸附器出口空氣流量 FIC2615溫度補(bǔ)償系數(shù)的方法，減輕了分子篩吸附 器切換對(duì)精餾塔工況的擾動(dòng)。FIC2615原溫度補(bǔ)償 系數(shù)公式是： 

k(t) ：SQRT[300÷ (273．15+t)] 

式中， “300”是流量計(jì)的設(shè)計(jì)溫度，K；t是 實(shí)際的空氣溫度，℃ 。 

將公式改為： 

k(t) =SQRT[392÷ (363+t)]。 

這樣當(dāng)空氣溫度在20℃左右時(shí)，更改后的溫 度補(bǔ)償系數(shù)k(t)值幾乎沒變化，因此對(duì)空氣流 量的測(cè)量值也幾乎沒有影響。但是當(dāng)分子篩吸附器 切換后空氣溫度最高升至33℃左右時(shí)，更改后的 公式計(jì)算出的k(t)值會(huì)比原公式計(jì)算的結(jié)果增大0.5％左右，F(xiàn)IC2615空氣流量的測(cè)量值也就會(huì) 虛高0．5％左右，而在FIC2615設(shè)定值一定時(shí)，實(shí) 際進(jìn)冷箱的空氣量就能減少一些。 

在調(diào)整FIC2615的溫度補(bǔ)償系數(shù)后，分子篩吸 附器切換后過(guò)一段時(shí)間出現(xiàn)的上塔中部溫度波峰會(huì) 推遲并且可以降低一些，而隨后的波谷也能變得不 太明顯，這就減小了精餾塔工況波動(dòng)引起制氬系統(tǒng) 氮塞的可能性。 

在DCS系統(tǒng)中利用溫度補(bǔ)償系數(shù)的方法減少 空氣量，空氣量減少只能與空氣溫度升高同步，如 果減少空氣量的時(shí)間比空氣溫度升高的時(shí)間再延長(zhǎng) 5～10分鐘，也就是主要在分子篩吸附器出口空 ※ ※ 氣溫度升高和上塔中部溫度升高這兩個(gè)波峰之間減 少空氣量，對(duì)穩(wěn)定精餾塔工況的效果可能更好。 

3、結(jié)束語(yǔ) 

在分子篩吸附器升壓和切換后一段時(shí)間，進(jìn)入冷箱的空氣量、空氣溫度和空氣中氧含量等可能會(huì) 有一些變化，從而對(duì)精餾塔工況產(chǎn)生擾動(dòng)。通過(guò)增 加分子篩吸附器升壓步驟空壓機(jī)導(dǎo)葉預(yù)開補(bǔ)償和調(diào) 整分子篩吸附器后空氣流量計(jì)溫度補(bǔ)償系數(shù)的方 法，可以減輕分子篩吸附器切換對(duì)精餾塔工況的擾動(dòng)。