关于全低压大型制氧机“快速制氧”启动方法的几点说明
摘要：文中对“快速制氧”的原理、几种启动方法操作要点；制氧机的改造；“快速制氧”特点；与原操作方法对比都作了较为详细的说明。为制氧机的启动操作开创了又一种简单、快捷、高效、安全且容易推广的新方法。
主题词：“快速制氧” 概述 改造 操作说明 结论 （图六表二参三）
一概述：
制氧机在启动操作过程中，由于没有产品输出，但是水、电、等能源，仍在大量消耗，因此，缩短制氧机的启动操作时间，也是提高制氧机经济效益的有效手段之一。用本人研制的《全低压大型制氧机“快速制氧”启动方法》①（简称“快速制氧”）启动大型制氧机，能极大限度地缩短制氧机的启动操作时间。自笔者九一年底正式提出“快速制氧”以来，又经十多年对该课题进一步的研究和长期操作实践说明：“快速制氧”启动方法，完全能够成为继“集中冷却”或“分段冷却”启动方法之后的又一种崭新的制氧机启动操作方法。为了使这种简单、快捷、高效、安全的“快速制氧”启动操作方法在各单位广大操作人员中进行推广，本人现就“快速制氧”启动操作中的几个问题与同行探讨，请指正。
1.1.冷吹：我们知道，制氧机运转到周期后，（或其它原因）就必须要进行大加热、冷吹、启动这些过程后，才能进行正常生产。大加热以各排除口气体温度＞室温10℃、且露点小于－45℃时结束。本文略。而冷吹的目的：主要是为了减少制氧机启动时的热负荷，使制氧机启动操作能正常进行。但无论是采用“集中冷却”或“分段冷却”启动操作制氧机，至今，其冷吹仍然延用数十年来采用的节流冷吹方法。即用干燥、纯净的中压氮气（下称压力氮）或干燥空气经加热阀进入制氧机，通过排放阀等将其内部的热量带出。其冷吹时间至少在一昼夜以上，而“快速制氧”在制氧机大加热后、不用冷吹这一步骤。它直接用压力氮经膨胀机制冷后的气体冷吹（与节流冷吹相比，压力氮中蕴藏的压力能得到了充分利用）和冷却启动制氧机。
1.2启动：可详见北京钢铁学院汤学忠先生所署《全低压空分设备启动操作中几个问题的分析》②该文对全低压制氧机的启动操作，作了较为详细的论述。但无论是用“集中冷却”或“分段冷却”启动方法启动制氧机，其操作都十分复杂、启动时间一般都在两昼夜左右、劳动强度也很大，特别是启动过程中对自清除的建立、保持及主冷凝蒸发器（下称主冷）的冷却和冷量分配等问题，操作难度较大，稍有不慎就有可能使制氧机的启动夭折。即或勉强启动成功，也将制约着用户生产。从而进一降低了制氧机的经济效益。而“快速制氧”则能较好地解决这些问题。
1.3 “快速制氧”原理：“快速制氧”是在制氧机大加热后，不经冷吹至常温状态下的一种、新的冷却启动操作方法，它针对制氧机原启动操作中的难点、要点、不足点及为了更充分利用设备现有能力，简化制氧机启动操作步骤，使制氧机的启动快捷、安全、操作简单并能保证制氧机一次启动成功。提出：在制氧机大加热完毕后，采用将压力氮经膨胀机制冷，把制冷后的低压、低温氮气，（下称低压氮）直接送入上塔，从塔内至塔外，开始对各个糸统进行冷吹、冷却启动。当低温氧主管气体温度达到-25℃时，使用液体（指液空、液氮或液氧均可）冷源对液空、液氧两吸附器及主冷进行预冷。……直至可逆式换热器冷端温度达-172±1℃后，倒用空气制冷。同时加大液体冷源回塔量，以尽快建立起正常的精留工况。具此，我们可以认为：“快速制氧”启动方法其原理就是充分发挥压力氮干燥、洁净的特性，把制氧机的冷吹与冷却启动有机结合；利用低温液体回塔，迅速建立起精馏工况，以生产出合格的产品，实现“快速制氧”的目的。
二“快速制氧”启动的流程说明：
2.1关于制氧机的改造简图说明：“快速制氧”是在不改变原制氧机流程和产量、纯度的原则上，只增加几个阀门和少量管道即可进行的一种冷却启动制氧机的方法。当然，具体怎么改，各单位可根据自己的实际情况组织实施。我在这里就制氧机的相关改造流程、及操作方法向各位作一个简单的说明，仅供参考，本文以日立六千制氧机为例。压力氮制冷部分改造及液体回塔部份见（图一）中的虚线部分。其它见（图二）、（图三）、（图四）部分。（注：本文简图中 的虚线及带“ V”字头的阀门、均为改造部分，细实线等为原流程）
2.2 压力氮制冷部份改造图说明：
2.2.1第一种：氮气不回收型流程。由（图一）可以看出：压力氮先从V5阀进，在进膨胀机前，没在可逆式板式换热器中吸收热量，消除了因吸收返流气体热量、抵消部份膨胀机制冷量的弊端。查气体热力性质图：膨胀机在相同的进、出口压力下，进口温度为30℃时和 60℃时的单位制冷量、后者大于前者，（参见②中表一）但后者多制的冷量不足以抵消压力氮从30℃时、到可逆式板式换热器中吸收热量后升至60℃时所吸收的热量。故膨胀机在此情况下，压力氮为 30℃时进行的膨胀，要比60℃时进行的膨胀实际制冷量大，膨胀机制冷后气体温度也低，故冷吹效果更好。所以启动时间较短，其操作要点是：当可逆 式板式换热器热端返流气体温度达压力氮温度时，改由从V4阀进压力氮，回收可逆式板式换热器中返流气体的冷量后、再进入膨胀机制冷，进一步冷却设备。当可逆式板式换热器冷端压力氮温度达 -172±1℃时，改用空气制冷。
2.2.2第二种：氮气回收型流程。见（图一）但它不要V5阀，氮气回收见（图二）、即压力氮直接经由V4，按正常启动程序进入可逆式板式换热器。膨胀后的气体也直接送入第 1 页 共 1 页上塔，在返回可逆式板式换热器时，与进来的压力氮换热，温度降低（或升高）后回收、经压缩后循环使用。这样自少可以减少 1 0 0 0 0M3/ H以上的氮气浪费，本回收型流程对氮气需求侧重的单位能更进一步提高制氧机的经济效益。
2.3 液体冷源部份改造图说明
2.3.1 第一：对于氮气用量大或氮气生产量较少的单位，宜采用（图一）、（图三）液体部分及（图二）将氮气回收的流程，即在压力氮从V4进气经膨胀机制冷，直接进入上塔后。当低温氧主管温度达-25℃时，先用液氮回塔预冷液空、液氧吸附器，及主冷，换热气化后的氮气也经由可逆式板式换热器回收压缩再利用。其操作要领是；当可逆式板式换热器冷端压力氮温度达-172±1℃时，倒换使用空气制冷,但在倒换使用空气制冷前应停止氮气回收，并将液氮回塔改为液氧回塔，空气制冷后 将液体氧大量送入塔内以加快主冷液体积累。
2,3,2第二：对于不需要氮气回收，且有相邻的在正常生产中制氧机的单位，可使用相邻制氧机液空（或液氮、污液氮）冷源的方法，（流程见图四）其操作要领是：适当增加在正常生产中制氧机的制冷量，然后将液空（或液氮、污液氮）送入启动操作中的制氧机，预冷其液空、液氧两吸附器及主冷。以减少液氧的使用。在倒用空气制冷后需大量液体回塔时，改用液氧回塔。以加快主冷液体的积累、减少调纯时间。
三“快速制氧”操作说明一：氮气回收型
3.1：氮气流路（参见图一、图二不用V5）
3.2液体回塔流路：（参见图三、图一）
3.3“快速制氧”启动前的准备：
3.3.1：大加热：除应按原有方法进行大加热外，还应增加进行以下步骤的加热；
3.3.1.1：全开 V6阀，稍开 A5、 A6、 A7、 A8，开四分之一 N5阀、开强制阀 AC1、 AC2、 AC4、AC5、 NC1、 NC2、 NC3、 NC4，使 TNC1、TNC2走水冷塔侧。全开排放阀 B1、 B3、B4、B5、 B6。关小塔内各排放阀及氧、氮取出阀，目的是集中气体加热、吹除上述管道直至无水分，即露点小于-45℃为止。
3.3.1.2：保持上塔压力在0.15MPa以内，全关A115、A116阀，开V1、V2两阀，从液氧泵方向进气，当液空吸附器压力为 0.5 MPa时、快速开启液空吸附器入口排放阀，待压力降低后关闭之，此操作自少进行五次以上，以吹除可能沉积在内的硅胶及灰尘。
3.3.2：启动前的准备：
3.3.2.1：大加热完毕后，（含增加步骤）关闭除仪表阀门外的所有加热阀、排放阀及其它阀门。（含N5阀、带Ｖ字头的新增阀）
3.3.2.2：准备好中压氮、仪表气源、膨胀机处于启动准备状态，切换系统投入手动、确定正（AC1、AC4）返（NC2、NC4）流通道。为使可逆式板式换热器正、返流通道冷却均匀，可投入使用自动切换系统、（本节以切换系统投入自动叙述），切换计时器计时设定为 20分钟（即切换时间为 40分、周期80分）， A111投入上塔侧，全开A5~A8。
3.4：氮气回收型“快速制氧”的启动：
3.4.1：全开 N1、 N2、 N3， O1、 O2、 A108、 A110，V7、V8，确认N5、V6关闭，TNC1、TNC2走水冷塔侧时。缓慢开启N4、 V4、待可逆式板式换热器压力稳定后，分先后缓慢开启完A106、 A107、 A109启动两台膨胀机，并使其满负荷运转。膨胀机制冷后的低压氮经上塔、可逆式板式换热器回收入低压氮气管网，压缩后循环使用。
3.4.2：当可逆式板式换热器冷端温度达-10℃时，全开 A117、 A118、 A119预冷三个液化器管间，并回收冷量。稍开 A101、适度打开N101、N102以预冷下塔，同时投入环流使用，全开 A123~ A128、 A103、 A104、 A105，适当增加压力氮量以保证膨胀机满负荷运转。
3.4.3：开O1O4、A115、V3冷吹液空、液氧吸附器及主冷等、微开O103、用A115控制冷吹量，稍开 A116、使气氮经A102阀（手动）进入上塔，用V7、V8、N3控制各自氮气流量，保持两大组可逆式板式换热器温度大致平衡。
3.4.4：当低温氧主管温度达-25℃时，全关A115、全开O104，再次稍开 O103、按液氮罐操作规程将液氮罐内压力控制在 1MPa以内，并将液氮经 V10、 V2送入液空吸附器由A116进上塔、经 V3送入液氧吸附器、主冷管间，用V2控制液空吸附器的压力在0.5 MPa以内，当液氧吸附器、主冷预冷彻底时，可逆式板式换热器冷端温度应在 -172±1℃之间。为此，操作上应注意时间的合理安排。
3.4.5：倒换使用空气制冷操作
3.4.5.1：当低温空气主管温度达 -172±1℃时，切换计时器时间设定为正常即7.5分钟，并运转一周期，按操作规程启动空压机等、投入喷淋冷却塔的正常使用、启动液氧泵，关 V10停止液氮回塔，全开 N5、同时全关 V7、 V8、 N4。停止氮气回收，开V1阀用液氧回塔。
3.4.5.2：倒换使用空气时，保持空气主管压力在 0.6MPa，当氮水预冷系统正常后、缓慢开启 V6阀的同时，缓慢关闭 V4停止氮气使用，倒用空气制冷前应保持低温空气主管温度在 -172±1℃之间。用 O121控制液氧罐压力在 1MPa以内。下塔初始出现的液体必要时仍应排放，当积累（或重新积累）至 500 MM时，下塔液面控制投入自动控制、全开 A115、A116，稍开N101、N102勿使气、液以混合状态进入上塔。此后便进入液体积累和调整阶段。
3.4.6：加大液氧送入量。全开 O103，当主冷液面达1000MM 时关V3、当主冷液面达1200MM时取氮；当主冷液面达1400 MM时取氧；当主冷液面达1700MM时停止液氧回塔，全关 V2阀、停止液氧泵运转；并适时停止一台膨胀机运转；当产品氧、氮取出量及纯度正常时，“快速制氧”操作即告结束。切勿忘记加热液氧泵等相应管道，加热完毕后关V1等相关阀门。“快速制氧”时间安排简表见（表一）
四“快速制氧”操作说明二：氮不回收型
4.1：氮气流路 (流程图参见图一)
4.2：液体回塔流路：(流程图参见图四）
4.3：启动前的准备：同前 3.3.1大项中3.3.1.1、3.3.1.2小项及 3.3.2大项中的3.3.2.1小项。
4.4：氮不回收型的启动操作：
4.4.1：切换系统投入手动、全关AC1~AC6、全开NC1~NC4。TNC1、TNC2投入水冷塔侧。全开膨胀机出口阀A108、A110。
4.4.2 ：半开N5阀；全开N1、N2、01、02、缓慢开启完V5后再缓慢开启A107、A109使两台膨胀机满负荷运转。用N5、N3、O3控制污氮、纯氮、氧主管的低压氮流量。
4.4.3：全开 A117~A119、稍开A101、低压氮从A120进，经A101、三个液化器后从下塔顶部加热阀 S121将下塔热量排出塔外。全开0104、V3、液空、液氧吸附器排放阀 B117、B129、勿使排放阀气体温度低于压力氮温度。
4.4.4：V5与V4的倒换，当可逆式板式换热器热端低压氮气温度达压力氮温度（≤ 30℃）时，全关 A120、S121、稍开 N101、N102。切换系统投入自动、计时器时间定为20分钟、全开A5~A8、A106、A115、A116、稍开A102，缓慢开完 V4后全关V5。
4.4.5 压力氮从V4阀进气后，打开A123 ~A128、A103~A105、逐渐加大环流使用。
4.4.6 当低温氧主管温度重新达-25℃时，关A115将在正常生产中的制氧机增加适当冷量，开V1 1、V2将液空冷源送入启动中的制氧机预冷其液空、液氧两吸附器及主冷。简图参见（图四）用 V11、V3控制液空吸附器压力并保持正常生产中制氧机的冷量平衡。液氧吸附器、主冷预冷彻底时，可逆式板式换热器冷端温度应在 --172±1℃之间。
4.4.7以下操作与3.4.5基本相同只将3.4.5.1中关 V10停止液氮回塔，全开 N5、同时全关 V7、 V8、 N4。停止氮气回收，改为全开N5、关V11。
五关于V5、V9及图六的探讨：
5.1从（图五）可以看出它是可逆式板式换热器流程中带增压制动型膨胀机的制氧设备，在“快速制氧”氮不回收型启动中，使用与不使用V5、V9在相同的压力（0.6MPa） 条件下相比，用V5、V9膨胀机入口压力将提高0.1MPa以上。又由于增压前的压力氮也未在可逆式板式换热器中吸收热量，从而使膨胀机制取的冷量得到更充分的利用。所以在“快速制氧”氮不回收型启动带增压型膨胀机的制氧设备还是用V5、V9的经济效益更好一些。当可逆式扳式换热器热端返流气体温度达压力氮温度时，改从V4进压力氮后。才逐渐关闭V5、V9使增压并冷却后的压力氮经换热器再进入膨胀机中制冷。当然对于常温分子筛吸附流程、带增压制动型膨胀机的制氧机也可考虑设V9阀。
5.2：对于(图六)所示：它是为防止（图一）中V3阀因使用时间长了，万一关不严、造成液空进入主冷使液氧纯度下降引起产品氧纯下降而设计的。操作要点如下：
5.2.1：氮回收型“快速制氧”参见前三，只是将3.4.3 改为：微开O103、开O1O4、A115、A116、V2、V3、冷吹液空吸附器、液氧吸附器及主冷等，用A102（手动）控制液空吸附器冷吹量、V3控制液氧吸附器、主冷冷吹量。用V7、V8、N3控制各自氮气流量，保持两大组可逆式板式换热器温度大致平衡。
5.2.2：氮不回收型“快速制氧”参见前四
5.2.2.1：接前4.4.1、4.4.2、将 4.4.3中从下塔顶部加热阀 S121将下塔热量排出塔外。之后的则改为：稍开A115、A116，全开O104、V3、V2、液空、液氧吸附器各排放阀及 B119、排放气体温度≤压力氮温度时关闭各排放阀。
5.2.2.2：接前4.4.4 ：V5与V4的倒换……
5.2.2.3：当低温氧主管温度重新达-25℃时，关 A115开 V10将液体冷源由V2、V3分别冷却液空、液氧吸附器及主冷。以后操作与 3.4.5基本相同，注使用空气制冷前，将N5阀全开，防止膨胀机后压力升高。
六“快速制氧”特点：
6.1“快速制氧”提出了把制氧机大加热后压力氮的节流冷吹，变为使压力氮经膨胀机制冷、温度降低后的低压氮冷吹，仅十小时即可将制氧机冷却到 -180℃以下、并实现了与制氧机的冷却启动相结合，加上液体冷源的合理使用，空压机启动后 4 ~ 6小时左右就能使制氧机达到正常生产。从而把制氧机大加热后的冷吹、冷却启动操作变为了临时停车时后的冷开车启动操作。大大地缩短了制氧机的冷却启动操作时间，提高了制氧机的经济效益。
6.2“快速制氧”充分发挥了压力氮的特性，采用从塔内向塔外以主冷为重点的新冷吹、冷却启动操作方法，不但让冷量得到合理的重复使用，而且还可以：
6.2.1彻底解决制氧机冷却启动操作中建立和保持可逆式换热器“自清除”的重大难题，简化了制氧机的冷吹、冷却启动操作程序。大量减少了操作工人的劳动强度。
6.2.2在制氧机的冷吹、冷却启动过程中减少了因温差过大、造成冷应力对设备的影响，达到了逐步冷却的目的，为高质量的液体冷源回塔建立精馏、创造了必不可少的条件。
6.2.3由于冷量的重复使用、可减少大量的压力氮用量，从而相应减少了压缩氮气的能耗。同时也解决了制氧机因大加热后冷吹不彻底，热量在可逆式换热器中被回收，造成冷量浪费而延长制氧机冷却启动操作时间的难题。
6.2.4“快速制氧”在启动操作中，由于压力氮中无水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等杂质，有效地防止了可逆式换热器、上、下塔等设备内杂质过快增加。使其阻力降低， 改善了塔内精馏工况，达到了增产降耗，可延长制氧机运转周期到一年半 ~两年以上。
6.2.5因“自清除”问题的解决，无需动用启动旁路阀、将正流空气大量节流至返流通道、因而极大限度地降低了膨胀机机后压力，使膨胀机制冷能力得到更进一步提高。
6.3“快速制氧”先用压力氮制冷，其用量仅需满足两台膨胀机制冷即可，这样就为用低能耗的氮透替代高能耗的空透冷吹、冷却启动制氧机提供了保证、
从而又节约大量能源。
6.4对液空、液氧两吸附器的预冷、原启动预冷有部分冷气及液体冷源外排，冷量浪费大且主冷也不易冷却彻底，而“快速制氧”对冷源的使用、安全、合理、无浪费，也彻底消除了主冷预冷不完好，液体不易积累的问题。
6.5两种启动操作对比表（见表二）
6.6“快速制氧”启动操作方法的条件为：
a有液体冷源（液氧、液氮、或其它液体冷源）及其贮存、输送系统。
b有无油、水润滑的气体压缩机（如氮气压缩机）。
c根据本单位制氧机组实际情况进行相关改造。
以上三个基本条件一般有大型制氧机的单位都可以达到，如有困难还可单独实施压力氮循环制冷、冷吹、冷却启动制氧机或单独实施“快速制氧”中“液体冷源回灌”③部分都能使制氧机分别提前二十小时左右达产。
综上所述“快速制氧”成功地解决了制氧机启动操作过程中可逆式换热器“自清除”及主冷预冷不易彻底等重大难题。且冷量使用合理、可节约启动能源80%以上，空气制冷后仅4~6小时即可完成“快速制氧”操作。对蓄冷器流程、可逆式板式换热器流程、常温分子筛吸附流程的制氧机，无论它们采用的是风机制动、电机制动、或是带增压制动型的膨胀机，均可使用。由于它快捷、安全、操作简单，不但能减轻操作工人的劳动强度，缩短制氧机启动操作时间，而且还能延长制氧机运转周期，提高其经济效益。并且容易掌握使用，改造也很简单，经济效益、社会效益可观，能有效保证各单位对生产和使用氧、氮、氩等产品的需要。为制氧机的启动操作开创了一条新的途径。
参考文献：
1杨凤林、《全低压大型制氧机“快速制氧”启动方法》冶金动力.1996.1.29~34
2汤学忠、《全低压空分设备启动操作中几个问题的分析》深冷技术.1975.3.18~26
3杨凤林、《全低压大型制氧机“液体回灌”启动流程及操作方法》冶金动力.1997.2.8~14
