本文以兖矿国泰化工有限公司正在运行的60000Nm3/h的大型空分装置中的空气预冷纯化系统为研究对象,根据近五年的运行情况,通过数据分析以及理论推理,总结出影响空分装置长周期安全稳定效益运行的关键问题。重点针对空分装置在夏季高温环境中预冷纯化系统中的空冷塔出口空气易出现温度偏高,导致分子筛吸附器出现穿透现象,从而致使空分系统不能高负荷运行,影响后系统的用氧量,同时会致使空分系统不能达到长周期运行,并且因为分子筛吸附器的在夏季不能彻底进行再生,致使需要经常进行特殊再生活化,导致分子筛吸附器的使用寿命缩短等生产问题。提出了改善空分装置的运行稳定性与经济性的途径与具体方案。进行了一系列的工程技术改造以及工艺优化操作和在线清理操作处理的创新,有效的降低了空冷塔出口空气温度,极大地改善了整个空分装置的运行状态,从而为空分装置长周期安全稳定效益运行提供了可靠的保障。通过前、后的性能试验数据证明,进行优化操作及水冷塔在线清理操作处理的方式在国内首先取得了成功,填补了国内空白。本课题的研究成果对空分装置的预冷纯化系统的设计、运行、试验及改造等,具有重要理论指导与实践意义。