1、分子篩吸附器升壓時空氣流量擾動和解決方法 

1.1 空氣流量擾動對精餾工況的影響 

空氣流量擾動主要發生在分子篩吸附器的升壓 步驟。當升壓開始時，升壓閥突然打開，部分空氣 進人待升壓的分子篩吸附器中，這時進入冷箱的空 氣量就會減少。雖然分子篩吸附器后空氣流量調節 器檢測到空氣量減少信號后，會自動開大空壓機導 葉以增加空氣量，但這種反饋調節畢竟存在一定的 滯后，在短時間內進入冷箱的空氣量還是有所 減少。 

對于上塔來說，為了提高氬提取率，需要將上 塔的氬富集區下移，這就會增大氮氣進入制氬系統 的可能性。也就是說，如果想要得到最高的氬提取 率，就只能使制氬系統處于氮塞邊緣。如果在分子 篩吸附器升壓階段進入冷箱的空氣量減小較多，那 么短時間內就可能有大量氮氣進入制氬系統，從而 引起制氬系統發生氮塞。為了防止分子篩吸附器升 壓引起氮塞，只能將氬餾分抽口處的氬含量控制得 低一些，但這樣會降低氬提取率。 

在分子篩吸附器升壓階段后期，空壓機導葉已 經開大，而隨著分子篩吸附器壓力升高，進入處于 升壓步驟的吸附器的空氣量不斷減少，這時進入冷 箱的空氣量又會增多，就會使氬餾分中氬含量降 低，結果也會使氬提取率降低。

1．2 解決方法 

揚子石化比歐西氣體有限責任公司(以下簡 稱：揚子石化比歐西)主要從兩方面人手來減小 空氣流量擾動對精餾工況的影響。 

一是利用可調節開度的分子篩吸附器升壓閥。在DCS系統中設定好程序，當分子篩吸附器升壓 步驟開始時，升壓閥先開大到40％ ，保持2分鐘， 然后再轉為自動調節，而升壓閥調節器的壓力設定 值開始按一定速率爬坡升高。這樣升壓閥就能根據 正在升壓的吸附器中的壓力變化情況而自動逐漸開 大，從而減小進入冷箱的空氣量的波動幅度。 

另一方面，在DCS系統中給空壓機導葉控制 增加了一個升壓步驟導葉預開補償系數，空壓機導 葉實際開度等于分子篩吸附器后空氣流量調節器輸 出與導葉預開補償系數之乘積。當分子篩吸附器升 壓步驟開始時，導葉預開補償系數開始發揮作用， 其值在10秒內由1．00爬坡增大至1．06(可設 定)，這樣空壓機導葉實際開度就能及時增大，從 而可以抵消升壓閥打開對進入冷箱空氣量的影響。當升壓步驟進行到720秒時，因分子篩吸附器壓力 升高，增壓空氣流量開始減少，而導葉預開補償系 數也在此時開始減小，其值在120秒內由1．06慢 慢爬坡減小至1．00，這樣空壓機導葉實際開度在 升壓步驟結束前就能逐漸關小。 

空壓機導葉預開補償系數爬坡增大時刻必須與 升壓閥打開時刻正好同時，原先將導葉預開補償系 數爬坡增大時刻設定得比升壓閥打開早10秒，結果效果不是太理想，分子篩吸附器后空氣流量調節 器在檢測到空氣量增大信號后，會自動關小空壓機 導葉。兩者改為同時后，再調整好升壓閥和導葉預 開補償系數的設置，就能在整個分子篩吸附器升壓 步驟內，使進入冷箱的空氣量幾乎沒有變化。

2、分子篩吸附器切換后空氣溫度升高和空氣中氧含量升高的擾動和解決方法 

2．1 分子篩對氮氣的吸附作用 

較早以前，揚子石化比歐西就已經注意到分子 篩吸附器升壓所需空氣量要多于將吸附器空間升壓 至相同壓力所需的空氣量，當時就想到有可能部分 氧氣或氮氣在升壓過程中被分子篩吸附。 

如果分子篩對空氣中的氧氣或氮氣也有吸附作 用，那么它對氧氣和氮氣的吸附能力有可能不一 樣，如果能證實分子篩吸附器升壓過程能改變空氣組成，那么就能證明分子篩也能吸附空氣中的氧氣 或氮氣。為此，曾在空分設備加溫吹掃階段(此 階段分子篩用空氣再生)，數次分析分子篩吸附器 升壓階段后期吸附器內氣體中的氧含量，結果都在 28％～35％之間，這已經明顯高于空氣中的氧含 量(20．95％)，說明分子篩確實也能吸附空氣中 的氮氣，或者說分子篩吸附空氣中氮氣的能力強于 吸附氧氣。 

分子篩對空氣中氮氣的吸附作用會對精餾塔工 況產生一些影響，后面將論述。 

2．2 分子篩吸附器切換后空氣溫度升高 

由于分子篩對空氣中水分、二氧化碳等的吸 附，分子篩吸附器出口空氣的溫度通常要比進口空 氣的高一些。空氣經過分子篩后，溫度一般會升高 5～7℃。但是在分子篩吸附器剛切換后的一段時 間，分子篩吸附器出口空氣溫度會升高更多，可能 會比進口溫度高12～20℃，并且會持續20～30分 鐘，然后才慢慢下降，最終溫度差值會穩定在5～ 7℃左右，如圖1所示。

這是由于分子篩吸附器升壓步驟結束時，分子 篩床層的溫度較高，在分子篩床層轉為工作后，空 氣需要將床層中的熱量帶出來。分子篩吸附器升壓 后床層溫度升高的原因主要有3個：一是吹冷不徹 底殘余熱量的影響；二是升壓過程本身會有溫度升 高；三是升壓步驟中分子篩吸附空氣中的氮氣等會 放出吸附熱。 

進入冷箱的空氣溫度升高后，精餾塔內的富余 冷量會減少。由于塔內富余冷量一般是以液氧形式 存在，進入冷箱的空氣溫度升高就會使液氧產量減 少。如果空氣量和氧氣量等都保持不變，在液氧產 量減少后，精餾塔內的氧就會增多，這樣過一段時 間之后，上塔中部溫度會升高，氬餾分中的氧含量 也會升高(氬含量降低)。

揚子石化比歐西38500m3／h空分設備在采用 LMPC系統控制后，當不考慮分子篩吸附器出口空 氣溫度升高對精餾塔工況的影響時，幾乎每次在分 子篩吸附器切換后40分鐘左右，上塔中部溫度都 會出現一個波峰。然后隨著LMPC系統減少空氣 量，再過50分鐘左右，上塔中部溫度又會產生一 個波谷(見圖1)。所以，分子篩吸附器切換后 2小時左右制氬系統也比較容易發生氮塞。

2.3 分子篩吸附器切換后空氣中氧含量升高 

空分設備正常運行時，分子篩用污氮氣完成再 生，然后用空氣升壓。在分子篩吸附器升壓完成 后，與空氣中氧含量比較，分子篩吸附器內氣體中 氧含量究竟是偏低、偏高還是比較接近?揚子石化 比歐西曾用在線分析儀做過檢測，多數情況下相差 不大，有時分子篩吸附器內氣體中氧含量會比空氣 中略低一點。但是當分子篩吸附器的泄壓閥或再生 氣放空閥有泄漏時，在升壓步驟結束時，分子篩吸 附器內氣體中的氧含量就會比空氣中略高一點。 

分子篩吸附器切換后，進入冷箱的空氣中氧含 量可能先有一個突變，但1～2分鐘后，氧含量就 會恢復到比正常時稍高一點，并且會持續一段時 間，基本與分子篩吸附器出口空氣溫度升高同步， 當空氣溫度恢復正常后，空氣中氧含量也會恢復正 常。揚子石化比歐西曾用在線分析儀做過檢測，在 分子篩吸附器切換后空氣溫度升高時，空氣中氧含 量會比正常時偏高0．06％ ～0．07％ 。這是由于當 分子篩吸附器剛切換后空氣溫度升高時，分子篩床 層中的熱量被空氣帶出來，分子篩溫度降低后吸附 能力增強，空氣中的部分氮氣被吸附，使分子篩吸 附器出口空氣中的氧含量比正常時偏高一點。 

對于38500m3／h空分設備而言，空氣中氧含 量升高0．06％～0．07％ ，相當于進入冷箱的空氣 中氧量增加了120m3／h左右，這已經足以對精餾工況產生影響。而且，分子篩吸附器切換后氧含量 升高和空氣溫度升高這兩個影響因素疊加，會使精 餾塔內的氧量增多，LMPC系統最好能考慮它們對 精餾塔工況的影響。 

2．4 解決方法 

在筆者設計38500m3/h空分設備的LMPC控 制矩陣時，曾希望在LMPC系統中考慮分子篩吸附 器剛切換后一段時間內空氣溫度升高和氧含量升高 對精餾塔工況的影響，并且提出了具體的控制方 法。但因為要將這2個影響因素加進去比較麻煩， 結果在LMPC系統中就沒考慮。 

后來通過調整分子篩吸附器出口空氣流量 FIC2615溫度補償系數的方法，減輕了分子篩吸附 器切換對精餾塔工況的擾動。FIC2615原溫度補償 系數公式是： 

k(t) ：SQRT[300÷ (273．15+t)] 

式中， “300”是流量計的設計溫度，K；t是 實際的空氣溫度，℃ 。 

將公式改為： 

k(t) =SQRT[392÷ (363+t)]。 

這樣當空氣溫度在20℃左右時，更改后的溫 度補償系數k(t)值幾乎沒變化，因此對空氣流 量的測量值也幾乎沒有影響。但是當分子篩吸附器 切換后空氣溫度最高升至33℃左右時，更改后的 公式計算出的k(t)值會比原公式計算的結果增大0.5％左右，FIC2615空氣流量的測量值也就會 虛高0．5％左右，而在FIC2615設定值一定時，實 際進冷箱的空氣量就能減少一些。 

在調整FIC2615的溫度補償系數后，分子篩吸 附器切換后過一段時間出現的上塔中部溫度波峰會 推遲并且可以降低一些，而隨后的波谷也能變得不 太明顯，這就減小了精餾塔工況波動引起制氬系統 氮塞的可能性。 

在DCS系統中利用溫度補償系數的方法減少 空氣量，空氣量減少只能與空氣溫度升高同步，如 果減少空氣量的時間比空氣溫度升高的時間再延長 5～10分鐘，也就是主要在分子篩吸附器出口空 ※ ※ 氣溫度升高和上塔中部溫度升高這兩個波峰之間減 少空氣量，對穩定精餾塔工況的效果可能更好。 

3、結束語 

在分子篩吸附器升壓和切換后一段時間，進入冷箱的空氣量、空氣溫度和空氣中氧含量等可能會 有一些變化，從而對精餾塔工況產生擾動。通過增 加分子篩吸附器升壓步驟空壓機導葉預開補償和調 整分子篩吸附器后空氣流量計溫度補償系數的方 法，可以減輕分子篩吸附器切換對精餾塔工況的擾動。