空分設備精餾塔液空管線技術改造

周金城

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山 243011）

制氧

空分設備精餾塔液空管線技術改造

周金城

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山 243011）

馬鋼20000 m3/h空分設備在運行中，因未能投運貧氪氙塔，下塔液空液位高，設備運行工況影響較大，通過精餾塔液空管線技術改造，保證設備穩定運行。介紹20000 m3/h空分設備精餾塔液空管線存在問題，分析了原因，闡述技術改造具體措施及取得效果。

空分設備；液空管線；液位；流量；管徑

1 引言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱馬鋼）20000 m3/h空分設備由杭氧設計、制造。20000 m3/h空分設備采用空氣循環增壓，膨脹空氣進下塔、液氧內壓縮、全精餾制氬、氪氙與氖氦粗制流程。

由20000 m3/h空分設備下塔塔釜中抽取液空分3股：一股液空通過過冷器，經液空節流閥V1節流后，進入上塔提餾段作為原料液參與精餾，提取氧氣與氬餾份。一股液空通過過冷器，經液空節流閥V701，進入粗氬冷凝器作為冷源。另一股液空通過節流閥V1603進入貧氪氙塔，作為原料液參與精餾，提取貧氪氙液。20000 m3/h空分設備精餾塔液空管線工藝流程簡圖見圖1。

20000 m3/h空分設備自投產后，設備運行時存在下塔液空液位高現象。為保證設備穩定經濟運行，2010年11月至12月，馬鋼在杭氧設計人員指導下，對馬鋼20000 m3/h空分設備精餾塔液空管線進行技術改造。現將設備改造前運行中存在問題、原因分析、精餾塔液空管線改造措施作一介紹。

圖1 20000 m3/h空分設備精餾塔液空管線工藝流程簡圖

2 存在問題

2.1 主塔工況

20000 m3/h空分設備運行時，將液空節流閥V1全開，下塔液空液位仍升至高報警值，同時下塔阻力偏高。為降低下塔液空液位，適當關小液氮回流閥V11，提高下塔壓力，將下塔塔釜液空送入上塔提餾段，但效果不佳，液空滯留于下塔，下塔易發生液懸。

因進入上塔提餾段液空流量低，從上塔底部抽取液氧流量低，從上塔中部抽取氬餾份中氬含量低，液氧產品與氬氣產品產量均未達標。

因下塔液空液位與下塔阻力均偏高，為避免下塔發生液懸，純液氮節流閥V3閥門開度較大，下塔回流比減小，氮氣純度降低。

2.2 粗氬塔工況

為降低下塔液空液位，粗氬冷凝器液空進液閥V701閥門開度較大，將下塔塔釜液空通過粗氬冷凝器工作送入上塔。隨著粗氬冷凝器液空進液閥V701閥門開大，粗氬II塔塔釜液位升高，將循環粗氬泵變頻器負荷調至100%，粗氬II塔塔釜液位仍升至高報警值。20000 m3/h空分設備改造前運行參數見表1。

表1 20000 m3/h空分設備改造前運行參數

3 原因分析

3.1 根據 20000 m3/h空分設備流程理論設計，20000 m3/h空分設備正常運行時，貧氪氙塔需處于運行狀態。下塔塔釜部分液空進入貧氪氙塔，作為原料液參與貧氪氙塔精餾，從貧氪氙塔釜抽取貧氪氙液進入貧氪氙液貯槽，最后進入氪氙精制系統，從貧氪氙塔頂抽取液空蒸氣進入上塔提餾段參與精餾，以此達到空分設備物料與冷量平衡。

但是馬鋼20000 m3/h空分設備貧氪氙塔未投運，下塔塔釜液空只能通過液空節流閥V1、V701進入上塔提餾段與粗氬冷凝器。

3.2 液空節流閥 V1閥前液空管線管徑為?90 mm，液空節流閥V1閥后液空管線管徑為?110 mm。液空節流閥V701所在液空管線管徑為?203 mm，液空節流閥V1603所在液空管線管徑為?70 mm。

因液空節流閥V1閥前所處的液空管線管徑小，全開液空節流閥V1，經液空節流閥V1所在液空管線的液空流量低，下塔塔釜液空難以轉移進上塔提餾段。

液空節流閥V701所在液空管線管徑大，經液空節流閥V701所在液空管線的液空流量大，開大液空節流閥V701，造成粗氬冷凝器熱負荷高，從上塔提餾段抽取氬餾份流量高報警，粗氬塔氮組份積聚量過高，在氬餾份含氬量大于8%時，粗氬塔易發生“氮塞”，粗氬產量未能達標。

同時，粗氬冷凝器熱負荷高，造成粗氬Ⅱ塔回流液過大，粗氬Ⅱ塔液位高，將循環粗氬泵變頻器負荷調至100%時，粗氬Ⅱ塔液位仍升至高報警值，影響粗氬塔穩定運行。

3.3 為降低粗氬Ⅱ塔液位，同時避免粗氬塔發生“氮塞”，操作人員調節液空節流閥V701閥門開度，不使粗氬冷凝器熱負荷過高，造成下塔液空經液空節流閥V1、V701所在液空管線的液空流量之和低于理論設計中經液空節流閥V1、V701、V1603所在液空管線的液空流量之和。

因貧氪氙塔未投運，流程理論設計中經液空節流閥V1603所在液空管線的液空滯留于下塔，無法進入上塔提餾段，造成下塔液空液位高，影響空分設備運行工況。

4 改造措施

根據實際運行情況，對精餾塔液空管線采取技術改造，降低下塔液空液位，具體改造措施如下：

切斷液空節流閥V1603閥后與貧氪氙塔連接的液空管道，經液空節流閥V1603節流后的液空不進入貧氪氙塔參與精餾，取消貧氪氙塔精餾功能，僅將貧氪氙塔作為粗氬冷凝器液空蒸氣進入上塔提餾段通道。

將液空節流閥V1603閥后的?70 mm液空管道與液空節流閥V1閥后的管徑為?110 mm液空管道連接，使液空節流閥V1與液空節流閥V1603并聯，經液空節流閥V1603節流后的液空進入液空節流閥V1閥后的?110 mm液空管線，從而有效增加液空管線輸入上塔提餾段液空流量，降低下塔液空液位。改造后精餾塔液空管線工藝流程簡圖見圖2。

5 改造效果

圖2 改造后精餾塔液空管線工藝流程簡圖

2010年11月至12月，在杭氧設計人員現場具體指導下，對馬鋼20000 m3/h空分設備精餾塔液空管線進行改造，效果明顯。精餾塔液空管線改造后，液空節流閥V1根據下塔液空液位調節，液空節流閥V1603根據下塔阻力調節，設備運行工況穩定，而且縮短20000 m3/h空分設備熱開車與冷開車時間。20000 m3/h空分設備改造后運行參數見表2。

6 結束語

根據馬鋼20000 m3/h空分設備工藝流程特點，針對20000 m3/h空分設備精餾塔液空管線存在問題及產生原因，通過對20000 m3/h空分設備進行技術改造，解決設備運行中存在問題，提高了設備運行的穩定性與經濟性，有力保障公司生產用氣需求。

表2 20000 m3/h空分設備改造后運行參數

[1]毛紹融，周智勇.現代空分設備技術與操作原理[M].杭州：杭州出版社，2005.

[2]湯學忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，2003.

Technical Transformation of Liquid-Air Tubes in the Rectification Tower of Air Separator

ZHOU Jincheng
(The Gases Sale Co.of Masteel,Maanshan,Anhui 243011,China)

The operation of the 20000 m3/h air separation plant of Masteel was much affected by high liquid level of liquid-air in the lower tower due to lack of operation of lean Kr/Xe tower.Stable operation was ensured through technical transformation of liquid-air tubes of the rectification tower.Problems in the liquid-air tubes of the rectification tower of Masteel’s 20000 m3/h air separation plant are introduced,causes of the problems are analyzed and concrete measures in the technical transformation and their effects are also presented.

air separation plant;liquid-air tubes;liquid level;flowrate;diameter of pipe

TB657.7

B

1006-6764(2014)03-0033-03

2013－11－12

周金城（1971－），男，1994年畢業于馬鋼職工大學制氧專業，制氧高級技師，現從事制氧生產技術工作。