空分知识 | 空分变工况的操作
空分设备在正常运行中的主要生产成本是电力消耗，减少无功生产，降低氧气放散率，是节约电耗的重要措施。当氧气等产品需要减少时，需要进行变工况的操作，这主要有以下几种方式：把主要生产气体产品转换成多生产一些液体产品如液氧、液氮；或者降负荷，减少气体产品生产量等。
1. 增加或减少气体产品的变负荷操作
由于氧气等产品的用户需要量减少，氧气管网压力增高，我们为了减少放空量，节约能耗，往往会要求减少氧气量的生产，具体操作步骤如下：
1）先减少氧气产品的输出量，同时按比例减少氮气产品量。一般情况下，污氮气量仍然处于污氮气出冷箱总管压力自动控制状态下。
2）根据已减少的氧气量，以大于或等于5倍的比例减少进冷箱空气量（FIC101），即关小空压机导叶开度。
3）通过调节（微关）下塔纯液氮回流阀V11，以保持下塔底部压力基本不变。
4）通过调节纯液氮进上塔阀V3，保持下塔液空含氧量不变。
5）根据主冷液氧液位和液氧产品量的需求情况可调节膨胀空气量。主冷液氧液位过高，又不特别需要液氧产品，这时应适当减少膨胀空气量。
6）适当降低粗氩冷凝器液空液位，调低粗氩冷凝器负荷，同时关小粗氩产品输出量。
2. 增加氧气产量的操作
增加氧气产量的操作，其实减负荷的一个反向操作，所以其操作步骤如下：
1）适当开大空压机的导叶，增加空气量。
2）通过调节下塔纯液氮回流阀V11控制下塔底部压力，使其压力保持不变。
3）调节液氮进上塔调节阀V3，注意下塔液空含氧量。
4）缓慢增加氧气产量。
5）同比例增加氮气产量。
6）根据主冷液氧液位情况可以适当增加膨胀空气量。
3. 增加液体产品量的变工况操作
在当氧气需要量减少时，可通过增加膨胀空气量多生产液氧产品，其操作步骤如下：
1）关小氧气输出阀，减少氧气产量。
2）缓慢增加膨胀空气量，必要时可以增开一台膨胀机，但在增开一台膨胀机时必须先把另一台膨胀机的负荷降下来，然后两台膨胀机逐步加大负荷。膨胀空气量增加必须缓慢，同时把所增加的膨胀空气量通过旁通阀V6旁通。
3）缓慢关下塔纯液氮回流阀V11，使下塔底部压力保持不变。
4）调节液氮进上塔调节阀V3，使下塔液空纯度不变。
5）适当降低粗氩冷凝器液空液位，使粗氩塔负荷下降，同时关小粗氩产品输出量。
4. 手动变负荷操作中应注意的问题
采用手动变负荷的操作方法，应在完全掌握了整个空分设备的性能特点的基础上，操作人员对所有相关的各个参数的变化范围、可能显示的误差以及它们之间的比例关系十分清楚，能够熟练地操作设备并能够自如地处理各种异常情况和故障，而且已经理解了变负荷的基本原理和操作方法、程序、步骤，方可进行手动变负荷操作。变负荷操作中应注意下列主要问题：
1）手动变负荷操作过程中，必须遵循“稳中求变，变中求稳”的原则。我们知道，空气分离的过程本身就是一个气体流入、产品流出的变动过程，气体流动、液体流动的量的大小，是通过一系列阀门开度的大小变化来控制流体在各个管线的瞬时流速，达到调节和控制不断变化着的工艺过程的目的。所以在变负荷操作中，按照上述原则进行操作设备、调节各个受控参数非常重要。在手动变负荷操作中，还应特别注意，增负荷时，应从增加加工空气量开始，从头到尾依次改变相关参数的设定点。每次改变幅度应不大于氧气产量的0.5%。一般情况下，从头到尾改变一次设定点的周期为10分钟。反之，当减少负荷时，先从减少出冷箱氧气流量开始，反方向依次改变各个设定点，减少氧气产量的幅度应大于减少空气量的幅度。
空分设备运行的工况稳定，所显示的各个主要参数的数值准确，不应是假的数值，而且基本符合物料平衡原则和冷量平衡原则。
2）变负荷范围的技术限定。在实际应用中，我们发现变负荷操作过程中，最容易受影响的是粗氩塔的生产，提取粗氩是以从上塔下部抽出的氩馏份气为原料，上塔精馏工况的好坏直接影响到粗氩塔的精馏工况，特别是氧、氮产品纯度不被破坏，上塔精馏工况达到了正常状态，粗氩塔的精馏工况反而被破坏了。经过分析我们发现，这是因为上塔的上升蒸汽和下流液体自上而下的浓度梯度分布发生了变化引起的。例如，在上塔的上升蒸汽的浓度梯度发生了变化，容易影响到就是氩馏份纯度，特别在氩馏份中的含氮增加后，不凝气（氮气）在粗氩塔冷凝器中的突然积聚，换热温差减小，粗氩冷凝器的换热效果变坏，粗氩塔的回流液会突然减少，粗氩中的含氧升高，伴随而来的是粗氩中的含氧、含氮同时增加。如果单纯根据粗氩含氧高来调节或降低氩馏分中的含氧量，情况会变得更糟。
因此 ，在不带氩气的空分设备上变负荷比较简单，仅考虑上塔的顶部的氮气的纯度和底部的氧气的纯度就够了，而且在变负荷过程中氧、氮产品的纯度容易得到保证。但在带氩气生产的空分设备上，还要考虑到上塔的每段的浓度梯度的分布情况，否则就无法保证氩系统的正常生产。我们知道，在变负荷过程中，要保证上塔的浓度梯度不发生变化是非常困难的，在低负荷生产的情况下 ，各块塔板的精馏效率减低，浓度梯度一定发生变化，氩系统的正常生产运行将不能得到保证。所以，在保证不影响氩气生产的前提下，变负荷的范围就有了限制。在生产实践中发现，空分设备的负荷低于80%时，氩气系统工况时有发生被破坏的现象，而氧、氮产品的纯度的产量没受到影响。
3）手动变负荷操作时应尽量避开其它外界因素的影响，例如在分子筛均压前10分钟到均压结束后10分钟这段时间内不作变工况的操作。