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萊蕪鋼鐵集團天元氣體公司現有四臺KDON—21000/22000型空分裝置，均有杭州杭氧股份有限公司設計、制造，采用分子篩凈化吸附、增壓透平膨脹機制冷、膨脹空氣進上塔、全低壓流程、規整填料上塔、全精餾無氫制氬工藝。
一、KDON—21000/22000型空分裝置運行現狀
萊鋼天元氣體公司的四臺自投產以來，運行狀態較為穩定，氧、氮產品產量均達到了設計指標。但仍存在以下幾個問題：上塔壓力偏高、污氮含氧高、液氬產量偏低和變負荷調整不完善。上塔工作壓力一般為44kPa～46kPa，與設計相比高出4kPa，與進口機組相比高出9kPa左右，造成空壓機的出口壓力也相應較高，空分裝置的單位電耗較大；污氮含氧高，污氮含氧量平均值在0.872%，高于設計值0.5%，在一定程度上影響了氧的提取，影響了裝置的氧提取率。液氬的產量設計值是750m3/h，實際產量在550～640m3/h徘徊，最低時僅為500m3/h左右，雖經多次系統性的調試，仍低于的設計值，附加值較高的液氬產量達不到設計指標，制約著液體產品銷售收入的提高。根據設計要求，本制氧機具有變負荷調節功能，但在實際運行中，工況變負荷調整不完善，對工況穩定性影響較大，不能依據外部用氧情況變負荷調整，在冶煉用氧少時，氧氣減量操作不能及時進行，造成氧氣放散，最高時放散率達45%，而外部用氧量增加時，氧氣量不能隨機調整，造成管網壓力偏低，需補充大量液氧。以上幾個問題的存在，使制氧機運行的經濟性較差。
二、運行中存在問題的分析
1、上塔下部壓力的構成，影響上塔壓力的因素
由于KDON—21000/22000型空分裝置的污氮氣流量約為產品氮氣量的三倍，故而它的沿程阻力決定了上塔壓力的大小。上塔下部的壓力就等于下表中五個部分之和。在一般情況下，空分裝置中污氮氣（再生氣）進分子篩吸附器的壓力應不小于13kPa，設備、管道的阻力是無法減少的，而污氮氣的流通阻力可以通過系統的調整來減小。
2、制約污氮含氧高和液氬產量的因素
2.1、膨脹空氣量在一般情況下，大型空分裝置的膨脹空氣量不應大于加工空氣量的12%～15%，而該制氧機組的設計膨脹空氣量為18700m3/h，遠大于其滿足正常冷量消耗所需的流量，在實際操作中為14000m3/h左右。
2.2、主塔工況
主塔各組分的合理分布和工況的穩定是關鍵。下塔是上塔精餾的基礎，液氮節流閥的開度大小，直接影響液空中的組分含量，以及液氮的純度，關系到上塔各段回流比的分配，進而影響。
2.3、氬餾分
氬餾分中含氬量一般應控制在7%～12%Ar，其數值的高、低，直接影響著液氬的產量。氬餾分中含氬量過少，則無法提供足夠的原料，液氬的產量就不可能增大。使污氮和粗氬含氧均增加，影響污氮含氧量，進而影響到上塔工況的穩定。
2.4、氬餾分流量
氬餾分流量的增大，雖然可以提高氬的產量，但是改變了上塔提餾段的回流比，同時增加了粗氬冷凝器的負荷，使其發生“氮塞”的幾率大大增加，對整個空分系統工況的穩定造成威脅。
3、變負荷調整不完善的原因
3.1、餾塔負荷的限制。下塔是篩板塔上塔采用規整填料塔，篩板塔負荷最佳調節范圍是70%～110%，負荷再低就可能因蒸汽流過篩孔過慢而出現漏夜。雖然規整填料上塔的負荷調節范圍是50%～110%，但要受下塔精餾工況的限制。
3.2、對氮氣產品的要求限制了空分設備的變負荷能力。由于外供氮氣產品缺口極大，不管空分設備在什么負荷下運行，都必須保證22000m3/h氮氣的生產。
3.3、在變負荷過程中制氬系統的調節尤為重要，制氬系統工況是否穩定直接影響到整套空分系統的工況建立。制氬系統能提取氬產品數量主要取決于加工空氣中的氬含量。在負荷操作時最可能發生的故障是氮塞。
3.4、變負荷操作是從一個平衡到另一個平衡的動態操作過程。所以變負荷的操作速度也起到重要的作用。
3.5、變工況運行時，沒有及時調整主換熱器冷熱氣體比例，使得熱端溫差擴大，冷損增加。
沒有根據塔內蒸餾工況和網管狀況，及時、合理地調節膨脹機運行工況，使得氧氣提取率偏低。
4、運行中存在的問題
在21000m3/h空分裝置的實際運行中，膨脹空氣量較大，約為14000m3/h左右，而送入上塔的膨脹空氣量僅為不足10000m3/h，有近5000m3/h的空氣被旁通至污氮管道，使氧的提取率降低。液氮節流閥的開度偏小，使液空中的氮組分濃度較高，上塔提餾段的精餾負擔加重。
由于制冷量較大，使得上塔的回流比偏大，為保證氧氣的純度，就要適當減少其產量，從而使氬餾分處于較低的水平（5%～8%Ar）。
為得到較高的液氬產量，氬餾分的流量需增大，由24000m3/h增至27000m3/h以上，進入粗氬冷凝器的液空量及其蒸發量均增大，使得以上塔提餾段氬餾分抽口為分界面，其上部的回流比減少，而下部的回流比增大。在此狀態下運行，工況出現波動的幾率較大。
變工況運行時，沒有及時調整主換熱器冷熱氣體比例，使得熱端溫差擴大，冷損增加。沒有根據塔內蒸餾工況和網管狀況，及時、合理地調節膨脹機運行工況，使得氧氣提取率偏低。在負荷過程中制氬系統的調節，制氬系統工況是否穩定直接影響到整套空分系統的工況建立。在負荷操作時發生氮塞。要進一步提高氧的提取率，增加液氬的產量，降低系統的操作壓力，就必須對整個系統的工況進行優化調整，才能實現目標。
三、提高KDON—21000/22000型空分裝置經濟性的措施
1、合理降低上塔壓力系統調整
1.1、在確保氧、氮純度合格，以及氧、氮產品產量穩定的前提下，適當減少空壓機的加工空氣量，以減少污氮的取出量，降低其流通阻力。在滿足分子篩吸附器再生效果的條件下，將污氮進分子篩吸附器的壓力設定值由13kPa降至11.5kPa，盡可能地開大污氮去水冷塔的閥門。
1.2、系統的調整，使得各部分的回流比分配趨于合理，運行工況更加穩定，同時，上塔中、下部的阻力也略有下降。
1.3、下塔操作壓力主要和空氣機出口壓力、回流液氮進下塔閥V11的開度和上塔壓力等因素有關。在低負荷運行時，為使下塔壓力保持在一定操作范圍內，為了降低能耗當空分設備在較高負荷運行時全開V11閥。
2、減少膨脹空氣量、調整上下塔回流比#p#分頁標題#e#
2.1、在確保液氮和產品氮氣純度的條件下，調整下塔的回流比，盡可能開大液氮節流閥，開度由60.7%，增至63.6%。下塔液空純度一般控制在38%～40%O2。
2.2、在液體產量和主冷液面的穩定的基礎上，盡量減少膨脹空氣量，將膨脹空氣量由14000m3/h逐步減少至10500m3/h。同時將膨脹空氣進上塔的流量保持在9000m3/h以上。
2.3、穩定主冷液氧液面。將氬鎦分氬含量控制在正常操作范圍內。
系統的調整，使得各部分的回流比分配趨于合理，運行工況更加穩定，適當增加氧產品產量，提高氬餾分中的含氬量至8%以上，并使其穩定在較高的水平上。適當控制進入粗氬冷凝器的液空量，將工藝氬的流量減少至24000m3/h左右，使粗氬冷凝器的換熱趨于穩定，杜絕了“氮塞”的發生
3、根據氧氣管網壓力完善變負荷操作穩定工況
3.1、根據氧氣管網壓力的情況，適時增、減氧氣產量，并對空分系統進行相應的調整，與此同時也對空壓機的加工空氣量進行增或減的調整。外界用氧量減少，在穩定工況的基礎上，減少加工空氣量，降低空壓機負荷，節省電耗。變工況運行時，及時調整主換熱器冷熱氣體比例，控制熱端溫差擴大，冷損增加。增加膨脹機膨脹空氣量，轉化部分氣體為液體產品，減少氧氣放散。
3.2、在負荷操作時最可能發生的故障是氮塞。為了避免氮塞故障發生，在操作時一定要把握好原料空氣量和產品氣量之間增減的順序。
再提高負荷時要先增加空氣量，空氣量到位后1～2分鐘，再整加氮氣和污氮量，再過5～10分鐘后增加氬產量。在減負荷時要先減少氬產量，再減少氧氣產量，最后減少空氣量。
3.3、變負荷操作是從一個平衡到另一個平衡的動態操作過程。速度主要取決于空壓機和膨脹機運行工況的調節速度，只要配合得當很快就能建立。所以變負荷的操作速度不能太快，要實現平穩，其速度不能大于1%4min。
四、經濟運行效果
自2009年7月份至2010年3月份，制氧機的運行參數更加合理，工況的穩定性大大提高：
1、上塔壓力同比下降了約4～6kPa，空壓機排氣壓力降低了約15kPa，制氧機組運行經濟性明顯提高，氧氣綜合電耗下降了約0.01kWh/m3O2，取得了顯著的經濟效益。
2、污氮含氧由0.872%降低至0.22%3、在氧氣產量保持相對穩定的前提下，氬產量達到750m3/h，平均增加氬產量約150m3/h4、完善變負荷調整后，變負荷范圍由85%～100%增至80%～105%。每月平均放散率5%降為2.84%。
實現了KDON21000/22000型空分裝置的經濟性提高，降低了能耗，提升了高附加值液氬產品的產量，降低氧氣放散率，為熱線生產提供了連續、穩定的動力供應。
五、結束語通過對對KDON—21000/22000型空分裝置運行工況的研究、分析，找出了系統中影響上塔壓力、污氮含氧、液氬產量偏低和變負荷調整不完善的原因，采取有針對性地系統優化調整措施，實現了空分裝置的穩定順行，降低了能耗，提升了高附加值液氬產品的產量，降低氧氣放散率，為熱線生產提供了連續、穩定的動力供應，為市場銷售提供了優質、充足的液體產品，創造了可觀的經濟效益。