李军伟
（安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽 临泉236400）
［摘 要］安徽晋煤中能化工股份有限公司600 kt/a煤基甲醇装置配套1套采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、氧氮内压缩流程的杭氧54 000 m3/h空分装置，由于种种原因，空分装置产品液氧纯度一直处于设计值的高限，风险度极高。2019年年初中能化工开始对空分装置进行一系列优化调试，包括调整加工空气量与氧气取出量、增大膨胀（空气）量、液氮节流阀优化调控、氩馏分纯度调节阀优化调控、减少氩馏分抽取量、减少粗氩气抽取量等，最终将液氧纯度由99.95%降至了99.5%～99.8%，但也带来了液空流通能力降低、分子筛切换时空气量波动过大、氩产量有所减少等新问题，对出现的这些新问题采取了应对措施。总之，增大膨胀机制冷量与优化阀门调节速率，对于优化液氧纯度以及增强系统运行的稳定性有立竿见影的作用，可降低系统的安全风险。
［关键词］空分装置；液氧纯度过高；安全风险；优化调试；粗氩气抽取量；新问题；应对措施
［中图分类号］TB657.7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）01-0075-03
0 引 言
安徽晋煤中能化工股份有限公司（简称中能化工）600 kt/a煤基甲醇装置（一期300 kt/a煤基甲醇装置）采用航天HT-L粉煤加压气化、湖南安淳可控移热耐硫等温变换、大连理工低温甲醇洗脱硫脱碳、南京国昌低压均温甲醇合成、天津大学三塔精馏工艺，配套1套采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、氧氮内压缩流程的杭氧54 000 m3/h空分装置；本甲醇装置于2019年5月底投运，整体运行情况较好。由于甲醇装置对空分装置氧气、氮气产品的需求量与项目建设初期的设计值偏离较大，且对供气的可靠性要求较高，严重制约了空分装置的操作调整，致使2套空分装置（另有一套5 5000 m3/h空分装置，2套空分装置一开一备）产品液氧纯度一直处于设计值的高限，风险度极高。54 000 m3/h空分装置主要参数设计值/实际值：高压氧气用量54 000/50 000 m3/h，低压氧气用量6 000/（1 000～2 000） m3/h，高压氮气用量4 000/（1 000～4 000）m3/h，低压氮气用量35 000/（36 000～38 000） m3/h，污氮气用量74 000/（0～74 000） m3/h，氩气产量1 300/1 150 m3/h，氩馏分纯度（O2含量）90%～95%，高压氧气纯度（99.85%～99.95%）/99.95%。
由于实际生产中甲醇装置对空分装置氧产品的用量较少，空分装置氧气取出量少于设计值，导致主精馏塔上塔的富氧区逐渐扩大，造成氩气抽取口的氩馏分含氧量高达95%，严重制约氩系统的精馏，限制了液氩的产量（工艺氩流量设计值为1 690 m3/h ，实际值为1 500 m3/h）；而低压氮气实际用量36 000～38 000 m3/h又超出设计值太多，导致主精馏塔上塔回流液氮量不足，上塔回流比降低使得主冷底部抽出的液氧纯度过高。抽出的液氧进入储槽后，通过内压缩氧泵加压至5.2 MPa，经主换热器复热汽化，通过氧防爆墙供给HT-L粉煤加压气化系统。超高纯度的氧，无论是作为液氧储存于储槽内，还是汽化为高压氧气输送在管道中，均潜藏着安全风险。2019年年初中能化工开始对空分装置进行优化调试，以期达到适度降低液氧纯度的目的，从而减小由于液氧纯度过高可能带来的爆炸风险[1]。以下就本54 000 m3/h空分装置控制液氧纯度优化调试与调试过程中出现的问题及其解决方法等作一介绍。
1 优化调试
1.1 调整加工空气量与氧气取出量
据原设计参数，当54 000 m3/h空分装置加工空气量为172 000 m3/h时，氧气取出量应为56 000 m3/h左右。但由于下游气化系统实际只用53 000 m3/h左右的氧气，造成主精馏塔上塔富氧区扩大，一部分氩也从上塔抽出的污氮中损失掉，导致主冷底部抽出的液氧纯度不断升高，氩馏分含氧量随之不断攀升而氩提取率无法达到设计值。
为此，优化调整时首先降低了加工空气量，将加工空气量降至168 000 m3/h，使主冷热负荷降低；在气温低的冬季或温降较大的夜晚，再根据主精馏塔上塔中部温度调整空气量，以防氩系统发生氮塞；之后与客户沟通协商，在许可范围内稍微增加高压氧气送出量约400 m3/h。上述调整的目的是为了缩小主精馏塔上塔的富氧区，但由于2套空分装置流程方面的原因，一旦高压氧气送出量增大，将导致与高压氧气换热的膨胀机前空气温度明显降低，大大影响膨胀机的制冷效率。
1.2 增大膨胀（空气）量
调整之前，空分装置的膨胀（空气）量均在设计值42 000 m3/h左右，而空分装置所需冷量主要来源于膨胀机，要增大主冷冷量，42 000 m3/h的膨胀量是不足的，加之此前增加了高压氧气取出量，导致与高压氧气换热的膨胀机前空气温度明显降低，影响了系统的制冷效率。
据实际工况，在膨胀机不超速的情况下，2套空分装置膨胀机通过开大其入口导叶的方式将膨胀量均增至48 000 m3/h左右，此举可使系统内的冷量明显增多，主冷蒸发量相应减少许多；查阅膨胀机技术文件得知，其膨胀量应该还能再增加2 000 m3/h以上，可此时膨胀机导叶已接近全开，一定还有其他制约其制冷效果的因素。
查阅DCS生产数据变化趋势图，发现膨胀机增压端入口温度升高与入口压力降低会明显影响膨胀机制冷量，而增压端入口温度与入口压力又受增压机级间换热器出口温度的影响。经分析与论证，增设了增压机级间换热器的反冲洗系统，定时冲洗换热器中的水垢和杂质，以提升其换热效率。随后，适度调减主精馏塔上塔顶部污氮气的放空量，使其一部分进入放空消音塔，另一部分予以回收利用（污氮气用于冷却水冷塔出水），进一步提升整个系统的制冷量，使得空分装置膨胀量最大可达52 000 m3/h。系统制冷量增大后，上塔回流比也可随之增大，氧氩的分离效率得以大幅提升。通过1周左右的观察，污氮气含氧量明显降低，氩馏分中的氩含量也有了显著提升（氩馏分含氧量明显降低），膨胀量的增加使得液氧产量也增大了许多。
1.3 液氮节流阀优化调控
更多内容详见《中氮肥》2026年第1期