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摘要:本文对空分装置达标操作进行了缜密研究与系统分析。首先简述空分装置的设计概况;其次对空分精馏塔系统操作中的物料平衡做了详尽的分析;再次对空分精馏塔各组分物料平衡在达标中的具体操作进行分类详解;最后对装置达标操作中常见的误区作了深刻论述。装置达标是-一项复杂的系统工程，本文通过潜心研究，深刻解析了物料平衡与空分装置达标操作的关系，对于开展装置达标，实行精细管理，深度挖掘装置潜力，不断提升装置的技术经济性能有较好的指导作用。 1概况 1.1 空分装置设计概况 一空分装置于1985年11月投产,全套设备由德国林德公司引进。加工空气量52600 NmR/h,氧气产量10000Nm'/h，氮气产量10000 Nm'/h, 蚕气产量250 Nm'/h，采用分子筛净化空气、外部压缩全低压低温精的流程,控制系统为常规气动仪表。装置工艺属八十年代初第四代空分流程,其分子筛净化空气的工艺是国内第一套装置。 随着30万吨乙烯扩建,10000 Nm3/h的氮气量不满足生产，1988年投资建设了“6000/13000Nm3/h”的二空分装置。由于选型等原因,运行两套装置氧气氮气量过剩，氮气、氧气放空量很大，故加工空气能耗大,由于两套装置均不在经济规模运行,造成能源浪费。 1.2 改造一空分装置，提高氮气产量 改造一空分装置,提高氨气产量。经过三年的技术研发，于1992年7月对一空分装置进行了辅塔技术改造,施工历时一个月。改造后,氮气产量由10000 Nm3/h提高到30000 Nm'/h,解决了氮气用量紧张的瓶颈问题。改造后装置的技术经 济性能明显提升,装置技术寿命延长，二空分得以停车节能,从而优化了两套空分装置的运行方 式，至2006年二空分已停车14年,仅节约电费就达15000万元。 1.3气动仪表改为先进的DCS控制系统 2001年7月，由于一空分装置仪控系统部分元件老化,装置仪表故障率增高,维修成本增高，也影响化工生产的稳定运行。为提高装置控制系统的可靠性,对仪控系统实施了改造。改为DCS控制后,装置的自动化水平、操作准确性和稳定性大幅提高。 2空分塔系统操作中的物料平衡分析 公司开展装置达标以来，为深度挖掘一空分潜力,技术人员大胆创新通过多项技术攻关、工艺改造和生产优化,不断提升装置运行的技术经济性能。其中,在一空分装置的工艺调整中,充分利用空气分离理论，缩短装置产品调整期,在装置开停车过程中，总结出“快速冷开车”的成功经验,此项技术使装置提前16小时生产出氧气氮气,并保持在经济规模运行,取得了较好的经济效益,使装置达标值逐年优化,降低了产品成本。 2.1一空分装置的物料平衡与能量平衡 2.1.1 低温精馏的特点 空气低温分离过程首先将空气压缩、净化除去可冻结性物质，再利用膨胀机制冷,空气经换热后液化，利用氧、氮组分沸点的不同，在筛板精馏塔中将空气分离获得纯氧、纯风及稀有气体。 精馏是同时并多次地运用部分气化和部分冷凝的过程,使低沸点的组分(如空气中的)不断地从液相中蒸发出来,同时使高沸点的组分(如空气中的氧)不断地从气相中冷凝到液相中来,最终实现两种组分的分离的过程。精餮的过程就是气液相物流在塔内的热、质交换,最终使各组分沿精塔高度气、液相浓度分布发生变化的过程。精馏工况就是建立在各类物流在为精馏塔系统内多次循环下的气液相平衡、物料平衡以及能量平衡等动态平衡基础上的。 2.1.2装置物料平衡与能量平衡分析 物料平衡是指进塔的物流总量与出塔的物流总量一定相等的量的平衡和进塔物流中各组分的量与分离后所得各物流中该组分的总的含量一定相等的组分平衡的统一。系统中还存在能量的平衡,即进入物流带入塔的热量(包括各项冷损)总和应等于出塔产品带出的热量。就设备的某一局部作为研究对象,物料平衡和热量平衡也应该是成立的。 物料平衡和能量平衡的计算就是基于这一理论之上的。对于下塔，由液空进塔,液氨、釜液出塔并有主塔换热和冷损可建立平衡式(x、y分别为液、气相风含量):
交换情况以及各物流的量进行精确的计算。对于全塔来说，可知此时主冷换热属于系统内部换热，不予考虑,可得:
在计算时,还可以就某一局部进行计算,例如对于下塔某几块塔板作为研究对象,计算回流比,通过比较就可得知系统工况的运行状况,为进一步操作提供有力的理论依据。 2.2一空分达标操作物料平衡分析 2.2.1 进塔空气量与氧气产量 空分装置氧气产量,在不计切换等物理损失下，理论值为:
由于在正常生产中,氧气纯度和平均氮气纯度要求不变，在一定的氧提取率下,可以直观地得出进塔空气量和氧气产量之间的关系。一空分装置主要物流参数如表1。
将表1数据带入公式(9),通过Excel软件计算，将空气量和氧气量关系绘制成图1。由图1可知，在空分塔的操作弹性范围内,通过对照量的设计值，查图,就可方便地得知在某一加工 空气量下对应的氧气产对于装置达标和“以销定产,看板管理”，降低成本起到了很好的指导作用。
将表1数据带入公式(9),通过Excel软件计算，将空气量和氧气量关系绘制成图1。由图1可知,在空分塔的操作弹性范围内，通过对照查图,就可方便地得知在某一加工空气量下对应的氧气产量的设计值,对于装置达标和“以销定产，看板管理”,降低成本起到了很好的指导作用。 2.3空气量与氩馏份 氩馏份是连接主塔与氩塔的重要物流,影响其组分与量的因素很多。精氩塔中主要是进行氧、蚕分离,如果我们把氩馏分看成是氧、氩的二元混合物,那么在粗氩塔的底部进料处,当氩馏分和回流液处于相平衡时,在氧氮X-Y相图上操作线的斜率最小，所需理论塔板数达到无穷多，此时回流比为最小回流比,相应回流比为最小回流比。在粗氩的组分浓度、氩馏分浓度一定的情况下,我们可以计算出最小回流比,从而确定工作回流比。 对于空气量与粗氩量的关系，也可通过表1、表2用Excel软件计算并绘出关系图2以供操作查对,粗氩塔的物料及组分平衡如下:操作查对，粗氩塔的物料及组分平衡如下:
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