摘要:本文對(duì)空分裝置達(dá)標(biāo)操作進(jìn)行了縝密研究與系統(tǒng)分析。首先簡(jiǎn)述空分裝置的設(shè)計(jì)概況;其次對(duì)空分精餾塔系統(tǒng)操作中的物料平衡做了詳盡的分析;再次對(duì)空分精餾塔各組分物料平衡在達(dá)標(biāo)中的具體操作進(jìn)行分類詳解;最后對(duì)裝置達(dá)標(biāo)操作中常見(jiàn)的誤區(qū)作了深刻論述。裝置達(dá)標(biāo)是-一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文通過(guò)潛心研究，深刻解析了物料平衡與空分裝置達(dá)標(biāo)操作的關(guān)系，對(duì)于開(kāi)展裝置達(dá)標(biāo)，實(shí)行精細(xì)管理，深度挖掘裝置潛力，不斷提升裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能有較好的指導(dǎo)作用。

1概況 

1.1 空分裝置設(shè)計(jì)概況 

一空分裝置于1985年11月投產(chǎn),全套設(shè)備由德國(guó)林德公司引進(jìn)。加工空氣量52600 NmR/h,氧氣產(chǎn)量10000Nm'/h，氮?dú)猱a(chǎn)量10000 Nm'/h, 蠶氣產(chǎn)量250 Nm'/h，采用分子篩凈化空氣、外部壓縮全低壓低溫精的流程,控制系統(tǒng)為常規(guī)氣動(dòng)儀表。裝置工藝屬八十年代初第四代空分流程,其分子篩凈化空氣的工藝是國(guó)內(nèi)第一套裝置。 

隨著30萬(wàn)噸乙烯擴(kuò)建,10000 Nm3/h的氮?dú)饬坎粷M足生產(chǎn)，1988年投資建設(shè)了“6000/13000Nm3/h”的二空分裝置。由于選型等原因,運(yùn)行兩套裝置氧氣氮?dú)饬窟^(guò)剩，氮?dú)狻⒀鯕夥趴樟亢艽?，故加工空氣能耗?由于兩套裝置均不在經(jīng)濟(jì)規(guī)模運(yùn)行,造成能源浪費(fèi)。 

1.2 改造一空分裝置，提高氮?dú)猱a(chǎn)量 改造一空分裝置,提高氨氣產(chǎn)量。經(jīng)過(guò)三年的技術(shù)研發(fā)，于1992年7月對(duì)一空分裝置進(jìn)行了輔塔技術(shù)改造,施工歷時(shí)一個(gè)月。改造后,氮?dú)猱a(chǎn)量由10000 Nm3/h提高到30000 Nm'/h,解決了氮?dú)庥昧烤o張的瓶頸問(wèn)題。改造后裝置的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)性能明顯提升,裝置技術(shù)壽命延長(zhǎng)，二空分得以停車節(jié)能,從而優(yōu)化了兩套空分裝置的運(yùn)行方 式，至2006年二空分已停車14年,僅節(jié)約電費(fèi)就達(dá)15000萬(wàn)元。

1.3氣動(dòng)儀表改為先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)

2001年7月，由于一空分裝置儀控系統(tǒng)部分元件老化,裝置儀表故障率增高,維修成本增高，也影響化工生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。為提高裝置控制系統(tǒng)的可靠性,對(duì)儀控系統(tǒng)實(shí)施了改造。改為DCS控制后,裝置的自動(dòng)化水平、操作準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性大幅提高。 

2空分塔系統(tǒng)操作中的物料平衡分析 

公司開(kāi)展裝置達(dá)標(biāo)以來(lái)，為深度挖掘一空分潛力,技術(shù)人員大膽創(chuàng)新通過(guò)多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)、工藝改造和生產(chǎn)優(yōu)化,不斷提升裝置運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。其中,在一空分裝置的工藝調(diào)整中,充分利用空氣分離理論，縮短裝置產(chǎn)品調(diào)整期,在裝置開(kāi)停車過(guò)程中，總結(jié)出“快速冷開(kāi)車”的成功經(jīng)驗(yàn),此項(xiàng)技術(shù)使裝置提前16小時(shí)生產(chǎn)出氧氣氮?dú)?并保持在經(jīng)濟(jì)規(guī)模運(yùn)行,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,使裝置達(dá)標(biāo)值逐年優(yōu)化,降低了產(chǎn)品成本。 

2.1一空分裝置的物料平衡與能量平衡

2.1.1 低溫精餾的特點(diǎn) 

空氣低溫分離過(guò)程首先將空氣壓縮、凈化除去可凍結(jié)性物質(zhì)，再利用膨脹機(jī)制冷,空氣經(jīng)換熱后液化，利用氧、氮組分沸點(diǎn)的不同，在篩板精餾塔中將空氣分離獲得純氧、純風(fēng)及稀有氣體。 

精餾是同時(shí)并多次地運(yùn)用部分氣化和部分冷凝的過(guò)程,使低沸點(diǎn)的組分(如空氣中的)不斷地從液相中蒸發(fā)出來(lái),同時(shí)使高沸點(diǎn)的組分(如空氣中的氧)不斷地從氣相中冷凝到液相中來(lái),最終實(shí)現(xiàn)兩種組分的分離的過(guò)程。精餮的過(guò)程就是氣液相物流在塔內(nèi)的熱、質(zhì)交換,最終使各組分沿精塔高度氣、液相濃度分布發(fā)生變化的過(guò)程。精餾工況就是建立在各類物流在為精餾塔系統(tǒng)內(nèi)多次循環(huán)下的氣液相平衡、物料平衡以及能量平衡等動(dòng)態(tài)平衡基礎(chǔ)上的。 

2.1.2裝置物料平衡與能量平衡分析 

物料平衡是指進(jìn)塔的物流總量與出塔的物流總量一定相等的量的平衡和進(jìn)塔物流中各組分的量與分離后所得各物流中該組分的總的含量一定相等的組分平衡的統(tǒng)一。系統(tǒng)中還存在能量的平衡,即進(jìn)入物流帶入塔的熱量(包括各項(xiàng)冷損)總和應(yīng)等于出塔產(chǎn)品帶出的熱量。就設(shè)備的某一局部作為研究對(duì)象,物料平衡和熱量平衡也應(yīng)該是成立的。 

物料平衡和能量平衡的計(jì)算就是基于這一理論之上的。對(duì)于下塔，由液空進(jìn)塔,液氨、釜液出塔并有主塔換熱和冷損可建立平衡式(x、y分別為液、氣相風(fēng)含量):

交換情況以及各物流的量進(jìn)行精確的計(jì)算。對(duì)于全塔來(lái)說(shuō)，可知此時(shí)主冷換熱屬于系統(tǒng)內(nèi)部換熱，不予考慮,可得:

在計(jì)算時(shí),還可以就某一局部進(jìn)行計(jì)算,例如對(duì)于下塔某幾塊塔板作為研究對(duì)象,計(jì)算回流比,通過(guò)比較就可得知系統(tǒng)工況的運(yùn)行狀況,為進(jìn)一步操作提供有力的理論依據(jù)。

2.2一空分達(dá)標(biāo)操作物料平衡分析

2.2.1 進(jìn)塔空氣量與氧氣產(chǎn)量

空分裝置氧氣產(chǎn)量,在不計(jì)切換等物理?yè)p失下，理論值為:

由于在正常生產(chǎn)中,氧氣純度和平均氮?dú)饧兌纫蟛蛔?，在一定的氧提取率?可以直觀地得出進(jìn)塔空氣量和氧氣產(chǎn)量之間的關(guān)系。一空分裝置主要物流參數(shù)如表1。

將表1數(shù)據(jù)帶入公式(9),通過(guò)Excel軟件計(jì)算，將空氣量和氧氣量關(guān)系繪制成圖1。由圖1可知，在空分塔的操作彈性范圍內(nèi),通過(guò)對(duì)照量的設(shè)計(jì)值，查圖,就可方便地得知在某一加工

空氣量下對(duì)應(yīng)的氧氣產(chǎn)對(duì)于裝置達(dá)標(biāo)和“以銷定產(chǎn),看板管理”，降低成本起到了很好的指導(dǎo)作用。

 將表1數(shù)據(jù)帶入公式(9),通過(guò)Excel軟件計(jì)算，將空氣量和氧氣量關(guān)系繪制成圖1。由圖1可知,在空分塔的操作彈性范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)照查圖,就可方便地得知在某一加工空氣量下對(duì)應(yīng)的氧氣產(chǎn)量的設(shè)計(jì)值,對(duì)于裝置達(dá)標(biāo)和“以銷定產(chǎn)，看板管理”,降低成本起到了很好的指導(dǎo)作用。

2.3空氣量與氬餾份 

氬餾份是連接主塔與氬塔的重要物流,影響其組分與量的因素很多。精氬塔中主要是進(jìn)行氧、蠶分離,如果我們把氬餾分看成是氧、氬的二元混合物,那么在粗氬塔的底部進(jìn)料處,當(dāng)氬餾分和回流液處于相平衡時(shí),在氧氮X-Y相圖上操作線的斜率最小，所需理論塔板數(shù)達(dá)到無(wú)窮多，此時(shí)回流比為最小回流比,相應(yīng)回流比為最小回流比。在粗氬的組分濃度、氬餾分濃度一定的情況下,我們可以計(jì)算出最小回流比,從而確定工作回流比。 

對(duì)于空氣量與粗氬量的關(guān)系，也可通過(guò)表1、表2用Excel軟件計(jì)算并繪出關(guān)系圖2以供操作查對(duì),粗氬塔的物料及組分平衡如下:操作查對(duì)，粗氬塔的物料及組分平衡如下: