豫光金铅股份公司制氧厂，KDON（Ar）30000/12000/1000型空分设备（以下简称30000m³/h空分设备）是高效节能型空分。采用离心式空气压缩机，常温分子筛净化，增压透平膨胀机，填料型上，下塔，四层主冷，全精馏无氢制氩，外压缩工艺。
1、降负荷现状介绍
30000m³/h空分设备为多个冶炼系统供气，用气特点是用气点多，用量不稳定，为了减少氧气的放散率降低能耗，需要对空分负荷进行及时调整。尤其是最低负荷调整，一直处在摸索阶段。
1.1 30000m³/h空分设备采用关下塔液氮回流阀降低空分负荷
试产阶段 30000m³/h空分设备采用常规的关液氮回流阀的方法进行降负荷操作 ，液氮回流阀从100%关到36%，进塔空气流量与空压机排气压力变化不大，当回流阀开度小于36%时，主冷二，三层液位出现快速下降，（二，三，四层主冷设置有液位计，一层主冷没有设置液位计），开始认为是关液氮回流阀操作速度过快，液氮短时间积聚在主冷中，使进入上塔主冷中的液体量短时间不足，破坏动态平衡造成主冷液位下降。随后把关液氮回流阀的速度放的很慢，依然是液氮回流阀低于36%，主冷二，三层液位就会出现下降。反复试验几次都是一样结果。
分析原因是：下塔顶部的氮气进入主冷，与主冷中的液氧进行换热后冷凝。在主冷中从上到下温差逐渐缩小，冷凝液氮形成的液膜逐渐增厚，到第四层主冷时换热温差最小，形成液氮液膜最厚，这造成30000m³/h空分设备第四层主冷的蒸腾能力最差。这导致关液氮回流阀，液氮在第四层主冷中积聚，空压机排气压力与进塔空气流量变化不大，降负荷效果不明显。同时由于液氮回流阀的关小，液氮在主冷中积聚，导致回流下塔的液氮量减少，造成打入上塔主冷的液体量减少， 而第一，二，三，四层主冷因为全浸，加上空压机排气压力不变，所以主冷热负荷没有改变，主冷液氧蒸发量不变。当进入主冷液体量小于其蒸发量时，第二，三层主冷液位出现快速下降，造成主冷干蒸发，存在极大的安全隐患。所以30000m³/h空分设备不适合采用关下塔液氮回流阀来降低空分负荷。
1.2 30000m³/h空分采用全开液氮回流阀，关空压机进口导叶，降低空压机排气压力来降低空分负荷
30000m³/h空分采用全开下塔液氮回流阀，用关空压机进口导叶降低空压机排气压力的方法来降低空分负荷。整个降负荷过程中不需要太大调节，只需要关空压机进口导叶，使进塔空气流量与产品氧气流量相匹配，短时间就能达到变负荷要求，操作简单，效果明显。特别适用后续用气流量波动大的特点，极大的减少氧气的放散率降低能耗。30000m³/h空分设备一直以来都采用这种方法调节空分负荷。
存在问题是：当空压机排气压力降低至415KP，空压机排气量降低至132540m³/h时（因为进塔空气量流量计显示误差太大，该空分一直以空压机排气量为参考值）主冷第二，三层液位就会出现快速下降，造成第二，三层主冷干蒸发。
分析原因是：
1）空压机压力下降，造成膨胀机效率下降，使空分冷量减少；
2）空压机排气压力降低，使下塔液体打入上塔的动力下降，使液体进入上塔不畅；
3）关空压机进口导叶后，进塔气量减少，使主冷冷凝液氮量减少，造成打入主冷的液体量减少；
4）空分负荷降低过程中没有同比例降低氩系统负荷，液体分配不合理。
由于后续用气不稳定，为了节能降耗，变负荷比较频繁。不适合频繁对工况进行细致调整 。加上空分负荷降低后，空压机排气压力最低已降至416KP，如果继续降低空压机排气压力，会影响仪表气供气压力与分馏塔进液。这也是困扰30000m³/h不能继续降低空分负荷的主要原因。
2. 采用提高上塔压力达到继续降低空分负荷
后来单位就降负荷存在问题咨询空分厂家，空分厂家建议采用提高上塔压力，憋高下塔压力的方法达到继续降低空分负荷的目的。
操作原理是：采用提高上塔压力的方法来提高主冷液氧侧温度，从而缩小主冷换热温差，来降低主冷热负荷。主冷热负荷降低后，空压机排气压力就会上涨，这样就有余量继续关空压机导叶降低空压机排气压力，从而达到继续降低空分负荷的目的。
3. 第一次采用提高上塔压力降低空分负荷的试验过程
2022年11月16日，后续用气流量大幅减少，30000m³/h空
分设备在较低负荷下运行。空压机进口导叶控制在39.5%，空压机排气压力419kp，空压机排气量138883m³/h，上塔压力控制在30.3kp，主冷液氧侧温度-182℃，液氮侧温度-181℃，主冷换热温差1℃。
8：24缓慢关小出塔气体阀门提高上塔压力，在提高上塔压力过程中 空压机排气压力也出现缓慢上涨。当上塔压力由30.3KP升高至38.3kp时，空压机排气压力也缓慢由419KP上涨至439KP。主冷液氧侧温度由-182℃缓慢上涨至-181.5℃，下塔液氮温度由-181℃缓慢上涨至-180.5℃，主冷换热温差维持1℃，保持不变。
缓慢关空压机进口导叶，降低空压机排气压力。当进塔空气流量降低至132171m³/h时，下塔液氮纯度由0.08ppm快速上涨至满量程（大于10ppm)，主冷液氮侧温度上涨至-179.8℃，主冷换热温差扩大至1.4℃。8：55主冷液位出现快速下降，氩系统工况出现不稳定。立即停止试验，对工况进行恢复，但仍然对工况造成很大影响。
3.1提高上塔压力，主冷液氧侧温度升高，液氮侧温度也升高的原因分析：
提高上塔压力，主冷液氧侧温度升高，主冷换热温差缩小，冷凝液氮量减少，空气吃不进，造成空压机排气压力升高，空压机排气压力升高造成主冷液氮侧温度升高，使主冷换热温差仍然保持1℃不变。
3.2降低空压机排气压力，下塔液氮侧温度没有降低反而升高的原因分析：
30000m³/h空分设备处于较低负荷运行，冷凝的液氮量较正常工况时少，继续关空压机进口导叶，进塔空气量更少，主冷冷凝的液氮量也更少，而液氮取出量不变，这导致液氮纯度下降，液氮纯度下降造成主冷液氮侧温度升高，主冷换热温差反而扩大。
30000m³/h空分设备第一次采用这种降负荷操作，没有这方面操作经验。此前一直把降负荷的重心放在主冷液位上，忽略负荷降低对液氮纯度的影响，加上操作速度太快，幅度太大，试验以失败告终。但也从这次降负荷操作过程中积累一些经验教训。
4. 第二次提高上塔压力降低空分负荷的试验
2023年8月11日后续用气单位检修一个月，大量氧气放空。30000m³/h空分设备在较低负荷运行，空压机压力控制在420kp，空压机排气量控制在137000m³/h。为了降低能耗，单位决定在不开大空压机进口导叶的条件下，将膨胀量提高至最大，多产液氧，减少氧气的放散率。但空压机排气压力已经很低，如果不开空压机导叶的情况下，增大膨胀量势必会使空压机排气压力更低。综合考虑后决定采用提高上塔压力，憋高下塔压力，为增大膨胀量提供条件。
8月13日9：30，缓慢将上塔压力由32kp提高至33.5kp，空压机排气压力由420kp上涨至424kp，然后缓慢将膨胀量提高至最大。为了减少增大膨胀量对工况的影响，全开污氮旁通阀。同时对主塔工况与氩工况进行调节，经过3天的试运行，工况稳定。
虽然在不开空压机导叶的条件下，将部分放空的氧气转化成液体，但还是有大量的氧气放空，加上夏季气温高，空压机进口导叶还有54%的开度，还有降负荷的余量。 为了继续降低空分能耗，30000m³/h空分设备计划继续采用提高上塔压力，憋高空压机压力的方法降低空分负荷。 吸取上次试验失败的教训，操作过程一定要慢，幅度一定要小，同时关注液氮纯度变化并及时调整。
4.1 第二次试验过程
8月17日，缓慢将上塔压力由31.6kp升高至32.9kp，空压机排气压力由417kp缓慢上涨至421kp，然后缓慢关空压机进口导叶，空压机排气压力由421kp降低至417kp，空压机排气量由137400m³/h降低至134000m³/h左右。运行一段时间后，下塔液氮纯度出现下降，立即停止降负荷操作，稍关液氮节流阀，调节下塔液氮纯度。并对主塔工况与氩塔工况进行适当调整。经过两天的试运行，工况稳定。
8月19日，将上塔压力由31.5kp升高至33kp，空压机压力由417kp上涨至422kp，主冷液氧侧温度由-182℃上涨至-181.9℃，主冷换热温差缩小至0.9℃。（以往低负荷主冷换热温差最低1℃）缓慢关空压机进口导叶，将空压机排气压力下降至417kp，空压机排气量减少至132500m³/h。以往当空压机排气量减少至这个气量时，主冷液位就会出现下降。为了防止意外发生，立即停止降负荷操作。并对主塔与氩塔工况进行适当调整。经过一段时间的试运行，主冷液位正常，主塔工况与氩塔工况稳定。
8月25日，继续采用这种方法降低空分负荷，空压机排气量降低至131100m³/h，主冷换热温差0.9℃，经过一段时间的试运行，主冷液位正常，主塔工况与氩塔工况稳定。
由于进塔气量的减少，主冷冷凝液氮量减少，液空节流阀开度已降低至5～6%。虽然采用关液氮节流阀能保证下塔液氮纯度，如果继续降低空分负荷，液氮量势必满足不了上塔精馏需要。因为工况已经出现污氮含氧明显上涨，液体产量明显下降。为了防止意外发生，影响后续用气，停止降负荷试验。
4.2试验分析
以往降负荷空气量低于132500m³/h，主冷液位就会出现下降，这次降负荷空气量减少至131100m³/h仍能维持主冷液位不下降 分析原因是：
（1）增大膨胀量，液体量增大；
（2）增大膨胀量，主换冷区上移，进下塔介质含湿量增大，上升蒸汽量减少，主冷蒸发量减少；
（3）为了维持氩塔工况稳定，操作过程中降低了氩系统负荷，使进入氩系统的液体量减少；
（4）主冷的换热温差缩小。
主冷换热温差缩小的原因分析：
（1）操作中膨胀量最大，同时空分负荷较低，这造成氩塔工况极不稳定。为了维持氩塔工况稳定，氩馏分控制较低，氧气纯度控制比以往高，这造成主冷液氧侧温度升高；
（2）以往低负荷工况，上塔压力控制在29～31kp，这次降负荷过程中上塔压力控制在31.5～33kp，上塔压力升高造成主冷液氧侧温度升高。
（3）操作过程中对下塔液氮纯度控制较好，同时下塔压力跟降负荷前一致，这些使主冷液氮侧温度没有升高。
结束语
通过这次降负荷试验，证明采用全开液氮回流阀，关空压机进口导叶降低空压机排气压力，配合提高上塔压力，憋高下塔压力，同时注意液体的合理分配，能让30000m³/h空分设备负荷进一步降低。但采用这种降负荷操作需要通过长时间细致调节，适合长时间低负荷运行。很多空分到夏季会出现空压机排气低的现象，可以尝试这种操作方法来应对。
