法液空三万五制氧机分子筛纯化器控制及设备上的优化.doc

法液空三万五制氧机分子筛纯化器控制及设备上的优化王洪洋（鞍钢氧气厂，辽宁鞍山，114011）摘要：介绍了鞍钢氧气厂三台法液空三万五制氧机在顺序投产后，分子筛系统暴露出的几方面的问题，以及相应的改进与优化。关键词：分子筛；问题；改进；优化1、法液空三万五制氧机的流程概述及分子筛简介鞍钢氧气厂3台法液空三万五制氧机采用的是分子筛吸附、增压膨胀、全精馏无氢制氩的内压缩流程。其分子筛纯化器（见附图1）采用立式径向流结构，氧化铝、分子筛由外向内双层布置；配有一个蒸汽再生加热器和一个电加热器，正常时使用蒸汽加热器，电加热器只作特殊再生用；采用DCS顺控系统优化控制，可根据入纯化器的空气状态计算出其工作时间；切换分为吸附、隔离高压、卸压、放空、加热、冷吹、隔离低压、升压、并行、切换10个步骤。2、使用过程中暴露出的缺陷及对其相应的优化2.1分子筛切换时空气进冷箱温度升高，使主塔工况波动，发生粗氩塔氮塞事故。分子筛在再生结束后进行升压时，吸附剂由于压力的迅速提高，实际上已经进入了吸附状态，会产生大量的“吸附热”。升压结束后进入并行步骤后，大量的吸附热逐渐随空气带入冷箱。此时分子筛出口空气（由两组分子筛的空气混合组成）温度开始升高，上涨到一定程度后开始走平，并行结束后空气（仅为刚刚再生完的分子筛的空气）温度继续升高。鞍钢氧气厂法液空三万五制氧机空气出分子筛后分为两路，一路进入主换热器，经主换热器冷却后与膨胀空气汇合进入下塔；另一路去增压机，增压后在主换热器中与高压氧换热，液化后进入空分塔；主塔上塔设有一个PID控制模块AIC1716B，可根据氩馏分含氧情况自动增减进冷箱空气量。分子筛升压后的出口温度升高的过程，会使进入空气增压机的气体温度升高，增压机的能力下降，压缩空气流量降低，使进入空分塔的液空量减小3000Nm3/h左右，同时在总的出分子筛的空气量不变的情况下，也会进入下塔的空气量增加3000Nm3/h左右，使塔内回流比减小，氧纯度上升，氩馏分含氧上升，当温度开始回落时工况又会向相反的方向变化。由于分子筛在升压过程中引起的进塔空气量的变化也会对空分工况造成较大影响，在二者的同时作用下，空分工况会产生较大波动，氩馏分含氧量的变化幅度会较大。由于AIC1716B的PID参数设定较适应于正常工况，空气量的加减对氩馏分含氧的影响又具有一定的滞后性，所以当工况波动大时较难实现有效控制，如操作员调节不及时，便会由于氩馏分含氧的降低发生粗氩塔氮塞事故。3#、4#三万五制氧机投产后，分子筛切换时空气出分子筛的温度上涨峰值可达到36左右，多次发生主塔工况波动和粗氩塔氮塞事故。分子筛升压后的出口温度上升过程是分子筛工作的正常现象，无法完全消除，但可采取一定措施减小其影响。经分析，认为分子筛在加热和冷吹阶段各参数基本正常，无须调整，只有通过延长分子筛的并行时间，来达到这一目的。由于分子筛纯化器并行时其出口空气是由两组分子筛的空气混合构成的，其中一组分子筛空气温度的升高对混合后空气温度的影响是有限的，并行时间延长后，刚升压结束的一组分子筛的吸附热，会更多的在并行阶段释放，从而减少其在并行结束后释放的吸附热热量，进而达到降低切换时分子筛出口空气温度上涨峰值的目的。经将并行时间由4min延长至14min后，切换时分子筛出口温度上涨峰值在31左右，工况波动减小，DCS可自行调节，无须人为干预也不会出现粗氩塔氮塞事故。2.2分子筛升压过程中空冷塔阻力升高，存在空分联锁停车和出空冷塔空气带水的危险。空分装置的空冷塔阻力过高时，由于空冷塔填料前后有较大的压降，使空气流经填料后流速增加，存在着将水带进分子筛纯化器的危险，所以空分装置大多设有空冷塔阻力的高联锁。鞍钢氧气厂法液空三万五制氧机空冷塔设有3个阻力测量点，当其中2个同时超过3.5kpa且保持5分钟时，将造成空分系统的联锁停车。2003年4月3#三万五顺利投产，但一直存在着分子筛纯化器进行升压时空冷塔阻力升幅较大的问题，特别是空分装置在满负荷下工作时，分子筛升压时空冷塔阻力经常达到3.5kpa以上。分子筛升压时，由于要向刚再生结束的一组分子筛充气，将使流经空冷塔的空气流量增加4000Nm3/h左右，空冷塔阻力有一定幅度的上升是必然现象，但如达到几乎使空分联锁停车的程度，说明升压过程进行得过快。经分析，认为分子筛升压速度过快应该是由于分子筛升压时均压阀KV1211打开速度过快引起的。后在DCS组态中将该阀门打开速度减缓，将升压时间由7分钟延长至9分钟，使分子筛升压速度变慢后，前述情况不在发生，分子筛升压时空冷塔阻力保持在3.0kpa以下。同时，这一调整也弱化了由于分子筛的升压导致进冷箱空气量的波动，减小了分子筛切换时空分工况的波动。2.3分子筛蒸汽再生加热器系统的优化蒸汽在再生加热器中与污氮换热，通常有两种形式：显性换热和潜性换热，显性换热时其无相变，温度逐渐降低；潜性换热时其由饱和蒸汽逐渐液化成饱和液体，但温度不变。由于潜性换热是一个蒸汽逐渐液化的过程，在这一过程中会释放大量的冷凝潜热，所以其换热效果要比显性换热大很多。3#、4#三万五分子筛蒸汽再生加热器，蒸汽进入再生加热器与来自上塔的污氮换热，液化后进入一个储水罐（储罐1），再以液体状态返回再生加热器与污氮换热后排放掉。由于我厂使用的蒸汽均采用过热蒸汽，蒸汽温度经常在230左右，节流到0.8mpa后为199，蒸汽进入蒸汽加热器后与污氮的换热首先要经历一个显性换热的过程，当温度降至170.42（蒸汽在0.8 mpa下对应的饱和温度）时进行潜性换热，而后又是一个显性换热的过程。实践中，蒸汽进储罐1前的换热过程是一个先显性换热，后潜性换热的过程，从储罐1出来后是显性换热的过程。液空公司在5#三万五制氧机设计时，添加了一套蒸汽减温装置。具体的，就是在出蒸汽加热器的蒸馏水管线上又增加了一个储水罐（储罐2）和一台水泵（见附图2），可根据入再生加热器的蒸汽的温度，将液化后的蒸馏水适量注入蒸汽，使其处于饱和状态，这样蒸汽一进入再生加热器后即处于潜性换热，延长了潜性换热的过程，使蒸汽的用量减少。同时，由于蒸汽温度的降低，减小了蒸汽加热器的工作温度变化幅度，减小了装置热应力，延长了使用寿命。3、结束语在工业企业中，保证设备的稳定运行非常重要。空分装置在运行中会不断的暴露出各种问题，虽然对于有些问题即使不于理睬也不一定会造成生产