浅析KDON―12000/6000型空分设备的调试特点
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摘要：自KDON-12000/6000型空分制氧系统建成投产以来，其主要设备因仪表控制系统引起的故障较多。空分工艺对仪控系统控制要求高，因此，必须提高操作人员的技术素质，遵守规程，精细操作；提高维修人员的维修水平，落实好设备。
关键词：KDON-12000/6000型；空分设备；调试特点
中图分类号：P335 文献标识码： A
引言：唐山宝泰钢铁集团有限公司为炼钢厂配套设备为KDON-12000/6000型空分制氧系统一套，主要为底吹炉提供氧气和氮气，少量氧气供鼓风炉和烟化炉用于富氧吹炼。制氧系统已成为该厂的核心设备，关系到整个厂的安全生产和产量。
1、概述
1.1基本原理和过程
空气分离的基本原理，是利用液化空气中各组份沸点的不同而将各组份分离开来。要达到这个目的，空分装置的工作包括下列过程：空气的过滤和压缩；空气中水份和二氧化碳的消除；空气被冷却到液化温度；冷量的制取；液化；精馏；危险杂质的排除。
1.1.1空气的过滤和压缩
大气中的空气先经过空气过滤器过滤其灰尘等机械杂质，然后在空气透平压缩机中被压缩到所需的压力，由中间冷却器提供级间冷却，压缩产生的热量被冷却水带走。
1.1.2空气中水份和二氧化碳的清除
加工空气中的水份和二氧化碳若进入空分设备的低温区后，会形成冰和干冰，就会阻塞换热器的通道和塔板上的小孔，因而配用分子筛吸附器来予先清除空气中的水份和二氧化碳，进入分子筛吸附器的空气温度约为10℃。分子筛吸附器成对切换使用，一只工作时另一只在再生。
1.1.3空气被冷却到液化温度
空气的冷却是在主换热器中进行的，在其中空气被来自精馏塔的返流气体冷却到接近液化温度。与此同时，低温返流气体被复热。
1.1.4冷量的制取
由于绝热损失、换热器的复热不足损失和冷箱中向外直接排放低温流体，分馏塔所需的冷量是由空气在膨胀机中等熵膨胀和等温节流效应而获得的。
1.1.5液化
在起动阶段，加工空气在主换热器和过冷器中与返流低温气体换热而被部分液化，在正常运行中，氮气和液氧的热交换是在冷凝蒸发器中进行的，由于两种流体压力的不同，氮气被液化而液氧被蒸发，氮气和液氧分别由下塔和上塔供给，这是保证上、下塔精馏过程的进行所必需具备的条件。（注：起动时，大部分气体也是在主冷中被冷却至液化温度而被液化的）。
1.1.6精馏
空气中99.04%是氧气和氮气，0.932%是氩气，它们基本不变。氢、二氧化碳和碳氢化合物视地区和环境在一定范围内变化，空气中的水蒸汽含量随着饱和温度和地理环境条件影响而变化较大。水蒸汽和二氧化碳具有和空气大不相同的性质，在大气压力下，水蒸汽达到0℃和二氧化碳达到-79℃时，就分别变成冰和干冰，就会阻塞板式换热器的通道和筛板上的小孔。因此这些组份必须在空气进冷箱前除去。空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1PPm，这必须予以充分的注意。稀有气体中的不凝性气体如氖氦气，由于其冷凝温度很低，总以气态集聚在冷凝蒸发器中，侵占了换热面积，而影响换热效果，因此也要经常排放。
分离过程可获得相当产量的高纯度产品。空气的精馏是在氧―氮混合物的气相与液相接触之间的热质交换过程中进行的，气体自下而上流动，而液体自上而下流动，该过程由筛板（填料）来完成。由于氧、氮组份沸点的不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝，气体逐板（段）通过时，氮浓度不断增加，只要有足够多的塔板（填料），在塔顶即可获得高纯度的氮气；反之液体逐板（段）通过时，氧浓度不断增加，在下塔底部可获得富氧液空，在上塔底部可获得高纯度氧气。
在下塔中空气被初次分离成富氧液空和氮气，液空由下塔底部抽出后经节流送入和液空组份相近的上塔某段上，一部分液氮由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部，液空和液氮在节流前先在过冷器中过冷。空气的最终分离是在上塔进行。产品氧气是由上塔底部抽出，而氮气由上塔顶部抽出，并通过主换热器复热到常温后送出。
1.2工艺流程概述
原料空气自吸入塔吸入，经空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。空气经过滤后在离心式空压机中经压缩至0.5MPa左右，经空气冷却塔预冷，冷却水分段进入冷却塔内，下段为循环冷却水，上段为低温冷冻水，空气自下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。空气经空气冷却塔冷却后，温度降至～8℃，然后进入切换使用的分子筛吸附器，空气中的二氧化碳，碳氢化合物及残留的水蒸气被吸附。分子筛吸附器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生。纯化器的切换周期为240分钟，定时自动切换。
空气经净化后，分为两路：大部分空气直接进入分馏塔，而另一路往增压膨胀机增压后进入分馏塔。大部分空气在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮、污氮等）换热达到空气液化温度约-173℃进入下塔。增压空气在主换热器内被返流冷气体冷却至一定温度时抽出，然后进入膨胀机膨胀制冷，膨胀空气经热虹吸蒸发器后入上塔参加精馏。
在下塔中，空气被初步分离成氮和富氧液空，顶部氮气在冷凝蒸发器中被冷凝为液体，同时主冷的低压侧液氧被汽化。部分液氮作为下塔回流液，另一部分液氮从下塔顶部引出，经过冷器被氮气和污氮气过冷并节流后送入上塔顶部。液空在过冷器中过冷后经节流送入上塔中部作回流液。氧气从上塔底部引出，并在主换热器中复热后出冷箱进入氧气压缩机加压至3.0MPa（G）送往用户。
污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馏塔外，部分作为分子筛吸附器的再生气体。氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，一部分进入氮气压缩机加压后作为产品送出，其余氮气进入水冷却塔中作为冷源冷却外界水。产品液氧、液氮分别送入各自的贮槽。
2、冷却分馏塔系统
冷却分馏塔的目的：是将正常生产时的低温部分从常温冷却到接近空气液化温度，为积累液体及氧、氮分离准备低温条件。冷却开始时，压缩机排出的空气不能全部进入分馏塔，多余的压缩空气由放空阀排放大气，并由此保持空压机排出压力不变，随着分馏塔各部分的温度逐步下降吸入空气量会逐渐增加，可逐步关小放空阀来进行调节。
应特别注意的是在冷却过程中保冷箱内各部分的温差不能太大，否则会导致热应力的产生。冷却过程应按顺序缓慢地进行，以确保各部分温度均匀。
3、增压透平膨胀机的控制
在冷却阶段，透平膨胀机的产冷量应保持最大。在这一阶段中：要相继起动两台膨胀机；膨胀机工作温度尽可能低，但不得带液；当主换热器冷端空气已接近液化温度时，冷却阶段即告结束。
4、积液和调整阶段
所有冷箱内设备被进一步冷却，空气开始液化，下塔（或主冷）出现液体，上、下塔精馏过程开始建立，待冷凝蒸发器建立液氧液面，可开始调节产品纯度，并将产品产量设定在设计产量的70%～80%。
在液化阶段，膨胀机的出口温度尽可能保持较低，但以不进入液化区为宜。部分膨胀空气量可通过V450进入污氮气管。
5、装置安全操作措施
5.1安全液氧的排放
在正常生产时，安全液氧的排放是冷凝蒸发器防爆的一个有力措施，不能忽视。在正常生产时，液氧排量（折气态）约占氧气产量的1%。当本装置若要制取液氧时，则上述安全液氧不需排放。
5.2冷凝蒸发器中液氧的碳氢化合物必须严格控制，每隔8小时化验一次，测定结果必须记录。
6、重要的操作数据
以下中所列操作数据能给操作者以良好指导。所列的操作数据是理论上的计算值，在实际运行中会有一些差别，操作者要根据实际情况控制在一定范围内。在日常操作中要注意：
⑴不要使透平膨胀机出口温度进入液化区；
⑵冷凝器和塔板上的液面不能太高，以免引起液泛，也不能太低，以免造成易爆的碳氢化合物的浓缩和沉积。
结语：自KDON-12000/6000型空分制氧系统建成投产以来，其主要设备因仪表控制系统引起的故障较多。空分工艺对仪控系统控制要求高，因此，必须提高操作人员的技术素质，遵守规程，精细操作；提高维修人员的维修水平，落实好设备的点、巡检工作，保证空分设备安全、高效运行。
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