摘要：深冷空分制氮装置（KDON-300/3000型）在2018年大检修开工运行后，出现分馏塔主热交换器空气进口与进分馏塔下塔空气压差高，产品氮气、再生气出塔温度与进塔空气温度温差大，产品氮气产量低等问题。为解决空分装置运行产能不足的瓶颈问题，以稳定塔内循环冷量平衡，降低冷量损失，提高产品氮气产量，确保空分装置平稳达标运行为目标，制定方案，采取了有效的措施，解决了装置氮气产能不足影响主体装置氮气供给的隐患问题，保障了装置的长周期稳定运行。 关键词：深冷空分 产能不足 隐患分析
1深冷空分制氮装置工艺原理及流程
1.1工艺原理
空气中其它组成成份，如氢、二氧化碳、碳氢化合物的含量在一定范围内变化，而水蒸汽含量则随着温度和温度而变化。鹿鼎记2攻略
空气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性，即在同一温度下各组份的蒸汽压不同，将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝，从而达到分离各组份的目的。当处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮混合液体时，气相与液相之间就发生热、质交换，气体中的部份冷凝成液体并放出冷凝潜热，液体则因吸收热量而部份蒸发。因沸点的差异，氧、氮、氩的蒸发顺序为：氮＞氩＞氧，冷凝顺序为：氧＞氩＞氮。在本系统中，该过程是在塔板上进行的，当气体自下而上地在逐块塔板上通过时，低沸点组份的浓度不断增加，只要塔板足够多，在塔的顶部即可获得高纯度的低沸点组份。同理，当液体自上而下地在逐块塔板上通过时，高沸点组份的浓度不断增加，通过了一定数量的筛板后，在塔的底部就可获得高纯度的高沸点组份。
1.2工艺流程说明
市场需求
辛亥革命110周年大会1.2.1 KDON-300/3000型空分装置
（1）原料空气经自洁式空气过滤去除灰尘和机械杂质，在离心压缩机中被压缩至0.9MPa(G)，经GAYL—9400/9型预冷系统将空气冷却，空气温度下降到5～8℃，进入HXK-9000/90型分子筛纯化系统，去除H2O、CO2、C2H2等碳氢化合物，分子筛吸附器
两台交替使用，一台吸附工作，另一台解析再生，工作周期为16小时，再生气为出分馏塔的废气。出纯化器空气中的水分和二氧化碳均小于1PPm；
（2）净化后的空气进入分馏塔，通过主热交换器及液化器与返流的低温废气、产品氮气进行热交换，冷却至露点温度后进入精馏塔底部，经过精馏分离为产品氮气和富氧液空，塔底液空经过冷器后节流进入冷凝蒸发器，在0.5MPa(G)压力下与氮气相变换热。氮气液化作为分馏塔回流液，液空蒸发为废气；
（3）废气从冷凝蒸发器顶部引出经过冷器、液化器升温至-143℃后，再经透平膨胀机绝热膨胀至0.032MPa(G)给装置补偿冷量；
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（4）膨胀后的废气经过冷器、液化器、主热交换器复热至常温后出分馏塔，去纯化系统；
（5）产品氮气从精馏塔顶引出，经液化器、主热交换器复热至常温，输入用氮气系统；
（6）液态氮由冷凝蒸发器冷凝侧排出的回流液中抽取，经液氮调节阀进入液氮量筒，然后出冷箱去液氮贮罐；
（7）待纯氮设备工况稳定后，从纯氮设备的冷凝蒸发器底部抽出部分富氧液空，节流后进入纯氧塔顶，液体部分作为纯氧塔的回流液，汽体部分与膨胀后废气汇合，作为冷源经液化器、主热交换器复热后去纯化系统（放空）。纯氧塔回流液体经传质传热后，流到纯氧塔下部冷凝蒸发器中，作为冷源冷凝从纯氮设备氮气总管上引出的纯氮气，纯氮气冷凝后流回到纯氮设备主塔作为回流液，而冷凝蒸发器中的液氧被蒸发后，作为纯氧塔的上升气，参加精馏，氧气作为纯氧塔上升蒸汽，废气与膨胀后废气汇合。产品氧气从塔下部抽出经主热交换器复热后送装氧系统。
1.2.2产品存储及外送系统
产品氮气直接进入0.8 MPa管网或经氮气压缩机压缩后进入3.0 MPa管网，产品氧气利用压缩机装瓶销售或放空，液氮贮存在2具150m3的液氮储罐作为备用（以满足空分站装置发生紧急事故时64小时的氮气用量）,通过汽化器汽化送入0.8MPa 管网，或通过氮压机增压至3.0MPa 送入管网。
2 装置大检修后开工产能不足隐患分析
KDON-300/3000型空分装置2018年9月停工进行大检修，于10月16日8:00开工至23日14:20氮气纯度合格外送。装置运行平稳后出现产品氮气产量低、液氮产量低等问题，影响主体装置氮气正常使用，公司将深冷空分制氮装置产能不足列为重大生产运行隐患。
2.1 产能不足原因分析
开工后空分装置产品氮气流量1700-2200m3天和众邦/h，低于设计指标3000m3/h。液氮产量10L/h，低于设计指标300 L/h。根据开停工前后运行工况和设计指标进行分析对比，造成氮气产能不足的主要原因是主热交换器（E1）工作效率差，分馏塔主热交换器（E1）进口与分馏塔下塔进空气量压差高，产品氮气、再生气出塔温度与进塔空气温度温差大，冷损大，精馏塔冷量不平衡，进塔空气量小，产品氮气产量低。
3 采取的措施和取得的效果
3.1 对系统及主热交换器进行反吹
10月21日8:10启运K11压缩机空分装置开工，前期进行加热反吹。
断开主热交换器（E1）进口阀门V101后端法兰，利用产品氮气从分馏塔内逆向进行反吹，主热交换器（E1）进口阀门V101断开处吹出大量分子筛粉末。
分馏塔反吹用气为0.8Mpa管网氮气(液氮气化产生)；吹扫压力控制在0.28～0.3Mpa，温度控制在3-10℃。萌发菌
吹扫流程：液氮罐 → 空温式汽化器 → 0.8MPa氮气管网 → 氮气输送阀FIC4203 → 下塔C1 → 液化气E2 → 主热交换器E1 → 空气进分馏塔总阀V101；
3.2对于纯化器、分馏塔运行制定管控措施
（1）检查运行预冷机组、气水分离器疏水及电磁阀情况，确保疏水正常。严格控制分子筛纯化器进口温度在2-10℃之间。
（2）严格控制总碳氢含量100PPm、微量氧10PPm含量以下。总碳氢含量50PPm、微量氧5PPm时及时联系维修保障部进行校验在线分析仪。
（3）不超过24小时对分馏塔下塔排液一次，排液高度80-120mm, 不超过48小时对分馏塔上塔或氧塔排液一次，排液高度80-120mm。
3.3 在装置出现异常时抓住机会应急处置，使运行工况进一步好转。
2018年12月18日7:31分空分供风机组K11压缩机负荷自动卸载至0停机检查，空分退守后复开工，投运液氮系统维持生产。在检查K11压缩机负荷自动卸载原因时，再次对分馏塔进行了加热反吹，复工后分馏塔工况日趋好转。
4 装置运行逐步正常，各项运行指标达到设计值，隐患消除
通过严格执行空分装置优化运行方案，至2019年2月20日整体工况好转，压差、温差处于稳定状态。氮气产量及液氮产量稳定，满足生产需要，隐患消除。
4.1进塔空气压力与进下塔压力压差由2018年10月20日开工0.051-0.055MPa之间，2018年12月18日下降至0.020-0.022MPa，2019年2月20日压差为0.017-0.019MPa，压差趋于稳定。
4.2空气进塔温度与氮气出塔温度污氮出塔温差由2018年10月20日开工9℃-13℃。2018年12月18日下降至5℃-9℃，2019年2月20日温差为4℃-7℃，温差缩小明显。
经过123天的调整，深冷空分制氮装置产能不足隐患得到彻底消除，在系统未补液氮的情况下，保证了全公司的氮气供给及各装置平稳运行。为空分装置开停工积累了丰富的经验。
参考文献
[1] 潘冬，张中佑，陈梦. 浅析影响深冷空分制氮装置安全长周期运行故障[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2012，32（1）.
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