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莱芜钢铁集团天元气体公司现有四台KDON—21000/22000型空分装置，均有杭州杭氧股份有限公司设计、制造，采用分子筛净化吸附、增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔、全低压流程、规整填料上塔、全精馏无氢制氩工艺。
一、KDON—21000/22000型空分装置运行现状
莱钢天元气体公司的四台自投产以来，运行状态较为稳定，氧、氮产品产量均达到了设计指标。但仍存在以下几个问题：上塔压力偏高、污氮含氧高、液氩产量偏低和变负荷调整不完善。上塔工作压力一般为44kPa～46kPa，与设计相比高出4kPa，与进口机组相比高出9kPa左右，造成空压机的出口压力也相应较高，空分装置的单位电耗较大；污氮含氧高，污氮含氧量平均值在0.872%，高于设计值0.5%，在一定程度上影响了氧的提取，影响了装置的氧提取率。液氩的产量设计值是750m3/h，实际产量在550～640m3/h徘徊，最低时仅为500m3/h左右，虽经多次系统性的调试，仍低于的设计值，附加值较高的液氩产量达不到设计指标，制约着液体产品销售收入的提高。根据设计要求，本制氧机具有变负荷调节功能，但在实际运行中，工况变负荷调整不完善，对工况稳定性影响较大，不能依据外部用氧情况变负荷调整，在冶炼用氧少时，氧气减量操作不能及时进行，造成氧气放散，最高时放散率达45%，而外部用氧量增加时，氧气量不能随机调整，造成管网压力偏低，需补充大量液氧。以上几个问题的存在，使制氧机运行的经济性较差。
二、运行中存在问题的分析
1、上塔下部压力的构成，影响上塔压力的因素
由于KDON—21000/22000型空分装置的污氮气流量约为产品氮气量的三倍，故而它的沿程阻力决定了上塔压力的大小。上塔下部的压力就等于下表中五个部分之和。在一般情况下，空分装置中污氮气（再生气）进分子筛吸附器的压力应不小于13kPa，设备、管道的阻力是无法减少的，而污氮气的流通阻力可以通过系统的调整来减小。
2、制约污氮含氧高和液氩产量的因素
2.1、膨胀空气量在一般情况下，大型空分装置的膨胀空气量不应大于加工空气量的12%～15%，而该制氧机组的设计膨胀空气量为18700m3/h，远大于其满足正常冷量消耗所需的流量，在实际操作中为14000m3/h左右。
2.2、主塔工况
主塔各组分的合理分布和工况的稳定是关键。下塔是上塔精馏的基础，液氮节流阀的开度大小，直接影响液空中的组分含量，以及液氮的纯度，关系到上塔各段回流比的分配，进而影响。
2.3、氩馏分
氩馏分中含氩量一般应控制在7%～12%Ar，其数值的高、低，直接影响着液氩的产量。氩馏分中含氩量过少，则无法提供足够的原料，液氩的产量就不可能增大。使污氮和粗氩含氧均增加，影响污氮含氧量，进而影响到上塔工况的稳定。
2.4、氩馏分流量
氩馏分流量的增大，虽然可以提高氩的产量，但是改变了上塔提馏段的回流比，同时增加了粗氩冷凝器的负荷，使其发生“氮塞”的几率大大增加，对整个空分系统工况的稳定造成威胁。
3、变负荷调整不完善的原因
3.1、馏塔负荷的限制。下塔是筛板塔上塔采用规整填料塔，筛板塔负荷最佳调节范围是70%～110%，负荷再低就可能因蒸汽流过筛孔过慢而出现漏夜。虽然规整填料上塔的负荷调节范围是50%～110%，但要受下塔精馏工况的限制。
3.2、对氮气产品的要求限制了空分设备的变负荷能力。由于外供氮气产品缺口极大，不管空分设备在什么负荷下运行，都必须保证22000m3/h氮气的生产。
3.3、在变负荷过程中制氩系统的调节尤为重要，制氩系统工况是否稳定直接影响到整套空分系统的工况建立。制氩系统能提取氩产品数量主要取决于加工空气中的氩含量。在负荷操作时最可能发生的故障是氮塞。
3.4、变负荷操作是从一个平衡到另一个平衡的动态操作过程。所以变负荷的操作速度也起到重要的作用。
3.5、变工况运行时，没有及时调整主换热器冷热气体比例，使得热端温差扩大，冷损增加。
没有根据塔内蒸馏工况和网管状况，及时、合理地调节膨胀机运行工况，使得氧气提取率偏低。
4、运行中存在的问题
在21000m3/h空分装置的实际运行中，膨胀空气量较大，约为14000m3/h左右，而送入上塔的膨胀空气量仅为不足10000m3/h，有近5000m3/h的空气被旁通至污氮管道，使氧的提取率降低。液氮节流阀的开度偏小，使液空中的氮组分浓度较高，上塔提馏段的精馏负担加重。
由于制冷量较大，使得上塔的回流比偏大，为保证氧气的纯度，就要适当减少其产量，从而使氩馏分处于较低的水平（5%～8%Ar）。
为得到较高的液氩产量，氩馏分的流量需增大，由24000m3/h增至27000m3/h以上，进入粗氩冷凝器的液空量及其蒸发量均增大，使得以上塔提馏段氩馏分抽口为分界面，其上部的回流比减少，而下部的回流比增大。在此状态下运行，工况出现波动的几率较大。
变工况运行时，没有及时调整主换热器冷热气体比例，使得热端温差扩大，冷损增加。没有根据塔内蒸馏工况和网管状况，及时、合理地调节膨胀机运行工况，使得氧气提取率偏低。在负荷过程中制氩系统的调节，制氩系统工况是否稳定直接影响到整套空分系统的工况建立。在负荷操作时发生氮塞。要进一步提高氧的提取率，增加液氩的产量，降低系统的操作压力，就必须对整个系统的工况进行优化调整，才能实现目标。
三、提高KDON—21000/22000型空分装置经济性的措施
1、合理降低上塔压力系统调整
1.1、在确保氧、氮纯度合格，以及氧、氮产品产量稳定的前提下，适当减少空压机的加工空气量，以减少污氮的取出量，降低其流通阻力。在满足分子筛吸附器再生效果的条件下，将污氮进分子筛吸附器的压力设定值由13kPa降至11.5kPa，尽可能地开大污氮去水冷塔的阀门。
1.2、系统的调整，使得各部分的回流比分配趋于合理，运行工况更加稳定，同时，上塔中、下部的阻力也略有下降。
1.3、下塔操作压力主要和空气机出口压力、回流液氮进下塔阀V11的开度和上塔压力等因素有关。在低负荷运行时，为使下塔压力保持在一定操作范围内，为了降低能耗当空分设备在较高负荷运行时全开V11阀。
2、减少膨胀空气量、调整上下塔回流比#p#分页标题#e#
2.1、在确保液氮和产品氮气纯度的条件下，调整下塔的回流比，尽可能开大液氮节流阀，开度由60.7%，增至63.6%。下塔液空纯度一般控制在38%～40%O2。
2.2、在液体产量和主冷液面的稳定的基础上，尽量减少膨胀空气量，将膨胀空气量由14000m3/h逐步减少至10500m3/h。同时将膨胀空气进上塔的流量保持在9000m3/h以上。
2.3、稳定主冷液氧液面。将氩镏分氩含量控制在正常操作范围内。
系统的调整，使得各部分的回流比分配趋于合理，运行工况更加稳定，适当增加氧产品产量，提高氩馏分中的含氩量至8%以上，并使其稳定在较高的水平上。适当控制进入粗氩冷凝器的液空量，将工艺氩的流量减少至24000m3/h左右，使粗氩冷凝器的换热趋于稳定，杜绝了“氮塞”的发生
3、根据氧气管网压力完善变负荷操作稳定工况
3.1、根据氧气管网压力的情况，适时增、减氧气产量，并对空分系统进行相应的调整，与此同时也对空压机的加工空气量进行增或减的调整。外界用氧量减少，在稳定工况的基础上，减少加工空气量，降低空压机负荷，节省电耗。变工况运行时，及时调整主换热器冷热气体比例，控制热端温差扩大，冷损增加。增加膨胀机膨胀空气量，转化部分气体为液体产品，减少氧气放散。
3.2、在负荷操作时最可能发生的故障是氮塞。为了避免氮塞故障发生，在操作时一定要把握好原料空气量和产品气量之间增减的顺序。
再提高负荷时要先增加空气量，空气量到位后1～2分钟，再整加氮气和污氮量，再过5～10分钟后增加氩产量。在减负荷时要先减少氩产量，再减少氧气产量，最后减少空气量。
3.3、变负荷操作是从一个平衡到另一个平衡的动态操作过程。速度主要取决于空压机和膨胀机运行工况的调节速度，只要配合得当很快就能建立。所以变负荷的操作速度不能太快，要实现平稳，其速度不能大于1%4min。
四、经济运行效果
自2009年7月份至2010年3月份，制氧机的运行参数更加合理，工况的稳定性大大提高：
1、上塔压力同比下降了约4～6kPa，空压机排气压力降低了约15kPa，制氧机组运行经济性明显提高，氧气综合电耗下降了约0.01kWh/m3O2，取得了显著的经济效益。
2、污氮含氧由0.872%降低至0.22%3、在氧气产量保持相对稳定的前提下，氩产量达到750m3/h，平均增加氩产量约150m3/h4、完善变负荷调整后，变负荷范围由85%～100%增至80%～105%。每月平均放散率5%降为2.84%。
实现了KDON21000/22000型空分装置的经济性提高，降低了能耗，提升了高附加值液氩产品的产量，降低氧气放散率，为热线生产提供了连续、稳定的动力供应。
五、结束语通过对对KDON—21000/22000型空分装置运行工况的研究、分析，找出了系统中影响上塔压力、污氮含氧、液氩产量偏低和变负荷调整不完善的原因，采取有针对性地系统优化调整措施，实现了空分装置的稳定顺行，降低了能耗，提升了高附加值液氩产品的产量，降低氧气放散率，为热线生产提供了连续、稳定的动力供应，为市场销售提供了优质、充足的液体产品，创造了可观的经济效益。