簡單描述了純化系統切換過程，由此 引起進冷箱加工空氣量變化，并分析討論了切換過程對 空分運行工況及參數帶來的一系列影響。

一、前言 

現代大型空分裝置為使裝置連續、穩定運行都配 置A\B兩臺分子篩吸附器切換使用。其工作方式一般 為：A臺吸附器中吸附劑（鋁膠、分子篩）對正流加工 空氣雜質（H2O、CO2及部分CNHM化合物）進行吸附凈 化后送入下塔參與精餾，此過程一般為4h。與此同時， B臺吸附器中吸附劑被返流污氮氣加熱、冷吹解吸，污 氮氣放空。然后，正流加工空氣由A臺吸附器切換至B 臺吸附器進行吸附，同時，返流污氮氣由B臺吸附器切 換至A臺吸附器進行解吸。對A臺吸附器而言，正流加 工空氣進行4h吸附后切換為返流污氮氣進行4h的加溫冷吹解吸，以上過程為A臺吸附器的一個完整的工作周 期。B臺吸附器亦同。現代大型空分裝置配置吸附器有兩種類型：臥式 水平床吸附器和立式徑向流吸附器。典型的純化系統 流程如圖1所示。如前所述，空分裝置配置兩臺吸附器。

切換使用是裝置長期、連續、穩定運行所必需的。圖1 中，純化系統中各切換閥動作是由自動切換程序控制器 操作完成的，是空分裝置正常操作工藝不可分割的部 分。 

二、切換過程簡述 

圖1中，當A臺吸附器經4h吸附工作完成，需切換 至B臺吸附器進行吸附工作，為使正流加工空氣吸附 雜質過程連續不中斷，此時，通過均壓閥V1207漸次 開啟，A臺吸附器出口經吸附后的加工空氣倒流進入 B臺吸附器內，使得B臺吸附器升壓并達到工作壓力， 兩臺吸附器短時間并聯工作后，通過相關切換閥門的 啟閉，完成加工空氣由A臺切換至B臺吸附器的連續吸 附過程。一般均壓時間為18min，并聯時間2min，合計 20min算一個切換過程。 

正流加工空氣由A臺吸附器經過A/B兩臺吸附器約 20min均壓、并聯工作切換至B臺吸附器過程，引起進 下塔加工空氣流量變化（減少）是不可避免的，進而 由此引起上、下塔精餾及氬系統工況變化。這里需要提 及的是空分裝置用戶為了應對正流加工空氣這種流量變化，根據裝置不同特性針對性采取了各種措施，比如：自控提前漸開主空透導葉，加大進氣量；兩臺吸附器均壓閥V1207采取分程控制以減小壓力波動；適當延長兩 臺吸附器均壓、并聯時間以及適時對裝置調閥，特別是 對精餾塔相關調閥做適當調節等。以上措施的運用仍會 或多或少地引起進下塔加工空氣量的變化。

空分裝置由一系列相互關聯、相互影響的機組及 單元設備所組成。這里以全低壓外壓縮裝置為例分析在 兩臺吸附器切換過程中，因正流加工空氣流量變化對空 分流程，特別是上、下塔精餾工況影響進行綜合性分析 說明。 

圖2是典型全低壓空分簡化流程圖（僅標出加工空 氣及部分流路）。下塔為篩板塔1個區段。上塔為填料 塔，其中提餾段（液空進料口以下）3個區段，精餾段 （液空進料口以上）2個區段。 

從空分精餾原理分析和空分裝置實際運行操作 中，有如下幾點討論： 

1）正常穩定運行時，上、下塔各區段內液、氣比 即L/V值（該段下流液體L與上升蒸氣V的比值）各不相 同，同區段該值近似認為恒值且接近于設計值。 

2）工況變化時，通過調整上塔提餾段L/V比值， 若L/V比值降低，有利于上塔底部氧氣產品純度趨好， 氬餾分組分中含N2減少，反之亦然。通過調整上塔精餾段L/V值，若結果使L/V值增大，則有利于上塔頂部氮 氣產品純度趨好，反之亦然。實際操作，就是利用以上原理對上塔氧、氮產品 （包括氬餾分）純度進行趨于好轉調整的一個過程。

三、切換過程對主空透至下塔主流路運行工況及參數影響 

參見圖1，當兩臺吸附器切換過程中，因一部分加 工空氣“短路”由A臺吸附器出口端經均壓閥V1207倒 流入B臺吸附器內的均壓過程，加工空氣流通“管網” 變化，阻力工況隨之變化，出A臺吸附器進下塔加工空 氣流量減少，壓力下降，反饋至主空透排壓有不同程度 下降（操作中一般采取提前開大主空透導葉補氣，但 往往不能同步補足，與之同時，空冷塔加工空氣因流通 “管網”變化氣速較正常偏高，極易發生夾帶水進吸附 器的事故）。

同樣道理，當兩臺吸附器完成切換過程后，加工 空氣由A臺吸附器切換至B臺吸附器，加工空氣流通 “管網”再次發生變化，進下塔加工空氣量依“慣性” 仍會略有增加，隨主空透導葉自動調控漸次關小至正常 開度，加工空氣進下塔壓力、流量回歸至正常值。 

在均壓過程中，下塔壓力降低，進下塔加工空氣 流量減少，首先因下塔氣量減少，下塔L/V值較正常值 偏大，下塔原有各層塔板持液偏高（或者是填料塔持液 偏多），會發生漏液，逐層下漏致使塔底液空液面提 高，液空純度變差（氮組分增加），由液空液面自動調 節節流閥V1（圖2中）迅速開大，節流入上塔中部液空 量陡增。與此同時，因進下塔加工空氣量減小，下塔壓 力降低致使主冷凝器熱負荷減小，下塔頂部液氮量經液 氮節流閥V3進上塔頂部隨之減少（操作中往往采取V1 閥自動最大開度限位或者V1閥自動改為手動控制等措 施以限制節流進上塔液空量過大）。 

以上分析了兩臺吸附器在切換過程中，因進下塔 加工空氣量減少，引起下塔運行工況及參數變化趨勢。 眾所周知，下塔穩定運行是上塔及氬系統穩定運行的基 礎。因此下塔運行工況及參數變化勢必影響到上塔、氬 系統運行工況及參數變化。進下塔加工空氣減少，實際 上對整個空分系統影響是多方面，全方位的。例如：因 加工空氣量減少對增壓膨脹機增壓比、膨脹量也帶來不 同程度的影響。此影響相對次要，這里不展開討論。

四、切換過程對上塔及氬系統主流路運 行工況及參數影響 

如前兩點內容所述，兩臺吸附器切換過程中，下 塔運行工況及參數有三點主要變化： 

1）下塔底部液空通過V1自控調閥節流入上塔中部 含氮組分增高的液空流量增大。 

2）下塔頂部通過V3手控調閥節流入上塔頂部液氮 量趨于減少。 

3）主冷凝器熱負荷減小。 

與下塔主要運行工況及參數變化相關，首先上塔 下部提餾段L/V比值增大（L增大，V減小），造成主要 氧產品及主冷中液氧純度下降，甚至被破壞。同時，位 于上塔同為提餾段氬餾分抽口處氮組分隨之增加，而且 因為液空V1調閥趨于開大，液空進上塔流量增加的同 時，與之并聯V701調閥因粗氬冷凝器位置較高，送入 液空量趨于減少（見圖2）。氬餾分中氮組分增加，粗 氬冷凝器操作液面降低，雙重因素致使氬系統精餾工況 趨于惡化：氬餾分量趨于減少，同時氬餾分抽口出氮組 分含量增加，極易造成氬系統粗氬冷凝器發生“氮塞” 現象，嚴重的話甚至完全破壞粗氬塔工況（這種情況下 多采用以下措施：減少氧產品抽取量，使提餾段L/V比 值有所降低（上升蒸氣量V增大），爭取穩定在吸附器 切換前的比值，維持氧產品純度達到合格要求；同時， 氬餾分抽口處組分盡量維持在吸附器切換前原有組分， 使得粗氬冷凝器低負荷運行，控制粗氬純度在合格范圍 內）。

同樣道理，前述提到通過V3調閥節流送入上塔頂 部液氮量趨于減少，主冷凝蒸發器熱負荷減小，上升蒸 氣量亦隨之減少，這時操作中往往通過采取減少氧氣產 品產量來維持氧產品純度以及氬餾分組分不被破壞。結 果可能使上塔精餾段L/V比值特別是第Ⅴ段填料（見圖 2）L/V比值發生變化。由精餾原理分析可以知道，精 餾段L/V比值減小，對氮產品純度是不利的，這時適當 采取開大污氮氣出冷箱調節閥，使第Ⅴ段填料的L/V值 提高（上升蒸氣量V減少），對氮產品純度維持在正常 范圍有好處。 

五、吸附器切換過程對返流污氮氣至上 塔流路運行工況及參數影響

在兩臺吸附器切換過程中，解吸污氮氣處于直接放空狀態（放空實際時間段為20min切換時間再加 10min減壓時間，總共約30min）。由于污氮氣由解吸 通過吸附器的“管網”狀態，切換至處于直接放空狀 態，其阻力工況是不一樣的。若污氮氣放空不及時， 致使上塔產生“憋壓”現象，也能造成上塔精餾段第 Ⅴ段填料L/V比值趨于減小（上升蒸氣量V增加）， 也可能造成氮產品純度下降。這是，適當開大污氮氣 出冷箱調閥，使上塔精餾段第Ⅴ段填料上升蒸氣量減 小，會有效地使該區段L/V比值趨于增加，對保證氮 產品純度是有利的。 

兩臺吸附器切換過程對精氬塔、主換熱器等單元 設備運行工況及參數影響也一定波及到的，只是波及 產生的影響相對比較次要，此處不展開討論。 

六、結語 

由以上分析討論結果有：下塔運行工況及參數 變化主要是由兩臺吸附器切換過程引起加工空氣進下 塔氣量減少造成的，由下塔初步精餾后引出中間餾 分如：液空、液氮送入上塔相應位置進行再精餾，上塔是被動接收由下塔而來的中間餾分產品。這種 情況下，上塔控制的關鍵是如何使上塔各段L/V比值 大小盡可能維持在兩臺吸附器切換前正常的比值，這 也就意味著氧、氮、氬產品純度（包括氬組分）在設 計或正常純度范圍內。前述“關小氧產品出冷箱調 閥”“開大污氮氣出冷箱調閥”即是類似操作。其實 質上是在調整上塔提餾段、精餾段L/V比值大小恢復 到設計范圍內。 

實際上整個空分裝置工藝流程是一個整體，此 處為兩臺吸附器切換過程引起進下塔加工空氣流量變 化，這一變化必然引起空分裝置各機組、單元設備一 系列運行工況及參數變化，只是有的變化比較明顯而 已。這里僅就下塔、上塔、氬系統運行工況及參數變 化明顯的加以說明。