1、分子筛吸附器升压时空气流量扰动和解决方法
1.1 空气流量扰动对精馏工况的影响
空气流量扰动主要发生在分子筛吸附器的升压 步骤。当升压开始时，升压阀突然打开，部分空气 进人待升压的分子筛吸附器中，这时进入冷箱的空 气量就会减少。虽然分子筛吸附器后空气流量调节 器检测到空气量减少信号后，会自动开大空压机导 叶以增加空气量，但这种反馈调节毕竟存在一定的 滞后，在短时间内进入冷箱的空气量还是有所 减少。
对于上塔来说，为了提高氩提取率，需要将上 塔的氩富集区下移，这就会增大氮气进入制氩系统 的可能性。也就是说，如果想要得到最高的氩提取 率，就只能使制氩系统处于氮塞边缘。如果在分子 筛吸附器升压阶段进入冷箱的空气量减小较多，那 么短时间内就可能有大量氮气进入制氩系统，从而 引起制氩系统发生氮塞。为了防止分子筛吸附器升 压引起氮塞，只能将氩馏分抽口处的氩含量控制得 低一些，但这样会降低氩提取率。
在分子筛吸附器升压阶段后期，空压机导叶已 经开大，而随着分子筛吸附器压力升高，进入处于 升压步骤的吸附器的空气量不断减少，这时进入冷 箱的空气量又会增多，就会使氩馏分中氩含量降 低，结果也会使氩提取率降低。
1．2 解决方法
扬子石化比欧西气体有限责任公司(以下简 称：扬子石化比欧西)主要从两方面人手来减小 空气流量扰动对精馏工况的影响。
一是利用可调节开度的分子筛吸附器升压阀。在DCS系统中设定好程序，当分子筛吸附器升压 步骤开始时，升压阀先开大到40％ ，保持2分钟， 然后再转为自动调节，而升压阀调节器的压力设定 值开始按一定速率爬坡升高。这样升压阀就能根据 正在升压的吸附器中的压力变化情况而自动逐渐开 大，从而减小进入冷箱的空气量的波动幅度。
另一方面，在DCS系统中给空压机导叶控制 增加了一个升压步骤导叶预开补偿系数，空压机导 叶实际开度等于分子筛吸附器后空气流量调节器输 出与导叶预开补偿系数之乘积。当分子筛吸附器升 压步骤开始时，导叶预开补偿系数开始发挥作用， 其值在10秒内由1．00爬坡增大至1．06(可设 定)，这样空压机导叶实际开度就能及时增大，从 而可以抵消升压阀打开对进入冷箱空气量的影响。当升压步骤进行到720秒时，因分子筛吸附器压力 升高，增压空气流量开始减少，而导叶预开补偿系 数也在此时开始减小，其值在120秒内由1．06慢 慢爬坡减小至1．00，这样空压机导叶实际开度在 升压步骤结束前就能逐渐关小。
空压机导叶预开补偿系数爬坡增大时刻必须与 升压阀打开时刻正好同时，原先将导叶预开补偿系 数爬坡增大时刻设定得比升压阀打开早10秒，结果效果不是太理想，分子筛吸附器后空气流量调节 器在检测到空气量增大信号后，会自动关小空压机 导叶。两者改为同时后，再调整好升压阀和导叶预 开补偿系数的设置，就能在整个分子筛吸附器升压 步骤内，使进入冷箱的空气量几乎没有变化。
2、分子筛吸附器切换后空气温度升高和空气中氧含量升高的扰动和解决方法
2．1 分子筛对氮气的吸附作用
较早以前，扬子石化比欧西就已经注意到分子 筛吸附器升压所需空气量要多于将吸附器空间升压 至相同压力所需的空气量，当时就想到有可能部分 氧气或氮气在升压过程中被分子筛吸附。
如果分子筛对空气中的氧气或氮气也有吸附作 用，那么它对氧气和氮气的吸附能力有可能不一 样，如果能证实分子筛吸附器升压过程能改变空气组成，那么就能证明分子筛也能吸附空气中的氧气 或氮气。为此，曾在空分设备加温吹扫阶段(此 阶段分子筛用空气再生)，数次分析分子筛吸附器 升压阶段后期吸附器内气体中的氧含量，结果都在 28％～35％之间，这已经明显高于空气中的氧含 量(20．95％)，说明分子筛确实也能吸附空气中 的氮气，或者说分子筛吸附空气中氮气的能力强于 吸附氧气。
分子筛对空气中氮气的吸附作用会对精馏塔工 况产生一些影响，后面将论述。
2．2 分子筛吸附器切换后空气温度升高
由于分子筛对空气中水分、二氧化碳等的吸 附，分子筛吸附器出口空气的温度通常要比进口空 气的高一些。空气经过分子筛后，温度一般会升高 5～7℃。但是在分子筛吸附器刚切换后的一段时 间，分子筛吸附器出口空气温度会升高更多，可能 会比进口温度高12～20℃，并且会持续20～30分 钟，然后才慢慢下降，最终温度差值会稳定在5～ 7℃左右，如图1所示。
这是由于分子筛吸附器升压步骤结束时，分子 筛床层的温度较高，在分子筛床层转为工作后，空 气需要将床层中的热量带出来。分子筛吸附器升压 后床层温度升高的原因主要有3个：一是吹冷不彻 底残余热量的影响；二是升压过程本身会有温度升 高；三是升压步骤中分子筛吸附空气中的氮气等会 放出吸附热。
进入冷箱的空气温度升高后，精馏塔内的富余 冷量会减少。由于塔内富余冷量一般是以液氧形式 存在，进入冷箱的空气温度升高就会使液氧产量减 少。如果空气量和氧气量等都保持不变，在液氧产 量减少后，精馏塔内的氧就会增多，这样过一段时 间之后，上塔中部温度会升高，氩馏分中的氧含量 也会升高(氩含量降低)。
扬子石化比欧西38500m³／h空分设备在采用 LMPC系统控制后，当不考虑分子筛吸附器出口空 气温度升高对精馏塔工况的影响时，几乎每次在分 子筛吸附器切换后40分钟左右，上塔中部温度都 会出现一个波峰。然后随着LMPC系统减少空气 量，再过50分钟左右，上塔中部温度又会产生一 个波谷(见图1)。所以，分子筛吸附器切换后 2小时左右制氩系统也比较容易发生氮塞。
2.3 分子筛吸附器切换后空气中氧含量升高
空分设备正常运行时，分子筛用污氮气完成再 生，然后用空气升压。在分子筛吸附器升压完成 后，与空气中氧含量比较，分子筛吸附器内气体中 氧含量究竟是偏低、偏高还是比较接近?扬子石化 比欧西曾用在线分析仪做过检测，多数情况下相差 不大，有时分子筛吸附器内气体中氧含量会比空气 中略低一点。但是当分子筛吸附器的泄压阀或再生 气放空阀有泄漏时，在升压步骤结束时，分子筛吸 附器内气体中的氧含量就会比空气中略高一点。
分子筛吸附器切换后，进入冷箱的空气中氧含 量可能先有一个突变，但1～2分钟后，氧含量就 会恢复到比正常时稍高一点，并且会持续一段时 间，基本与分子筛吸附器出口空气温度升高同步， 当空气温度恢复正常后，空气中氧含量也会恢复正 常。扬子石化比欧西曾用在线分析仪做过检测，在 分子筛吸附器切换后空气温度升高时，空气中氧含 量会比正常时偏高0．06％ ～0．07％ 。这是由于当 分子筛吸附器刚切换后空气温度升高时，分子筛床 层中的热量被空气带出来，分子筛温度降低后吸附 能力增强，空气中的部分氮气被吸附，使分子筛吸 附器出口空气中的氧含量比正常时偏高一点。
对于38500m³／h空分设备而言，空气中氧含 量升高0．06％～0．07％ ，相当于进入冷箱的空气 中氧量增加了120m³／h左右，这已经足以对精馏工况产生影响。而且，分子筛吸附器切换后氧含量 升高和空气温度升高这两个影响因素叠加，会使精 馏塔内的氧量增多，LMPC系统最好能考虑它们对 精馏塔工况的影响。
2．4 解决方法
在笔者设计38500m³/h空分设备的LMPC控 制矩阵时，曾希望在LMPC系统中考虑分子筛吸附 器刚切换后一段时间内空气温度升高和氧含量升高 对精馏塔工况的影响，并且提出了具体的控制方 法。但因为要将这2个影响因素加进去比较麻烦， 结果在LMPC系统中就没考虑。
后来通过调整分子筛吸附器出口空气流量 FIC2615温度补偿系数的方法，减轻了分子筛吸附 器切换对精馏塔工况的扰动。FIC2615原温度补偿 系数公式是：
k(t) ：SQRT[300÷ (273．15+t)]
式中， “300”是流量计的设计温度，K；t是 实际的空气温度，℃ 。
将公式改为：
k(t) =SQRT[392÷ (363+t)]。
这样当空气温度在20℃左右时，更改后的温 度补偿系数k(t)值几乎没变化，因此对空气流 量的测量值也几乎没有影响。但是当分子筛吸附器 切换后空气温度最高升至33℃左右时，更改后的 公式计算出的k(t)值会比原公式计算的结果增大0.5％左右，FIC2615空气流量的测量值也就会 虚高0．5％左右，而在FIC2615设定值一定时，实 际进冷箱的空气量就能减少一些。
在调整FIC2615的温度补偿系数后，分子筛吸 附器切换后过一段时间出现的上塔中部温度波峰会 推迟并且可以降低一些，而随后的波谷也能变得不 太明显，这就减小了精馏塔工况波动引起制氩系统 氮塞的可能性。
在DCS系统中利用温度补偿系数的方法减少 空气量，空气量减少只能与空气温度升高同步，如 果减少空气量的时间比空气温度升高的时间再延长 5～10分钟，也就是主要在分子筛吸附器出口空 ※ ※ 气温度升高和上塔中部温度升高这两个波峰之间减 少空气量，对稳定精馏塔工况的效果可能更好。
3、结束语
在分子筛吸附器升压和切换后一段时间，进入冷箱的空气量、空气温度和空气中氧含量等可能会 有一些变化，从而对精馏塔工况产生扰动。通过增 加分子筛吸附器升压步骤空压机导叶预开补偿和调 整分子筛吸附器后空气流量计温度补偿系数的方 法，可以减轻分子筛吸附器切换对精馏塔工况的扰动。
