空分裝置氬區(qū)上移故障分析與處理

王亞生　陳和林

摘 要：簡述了空分裝置氬區(qū)上移的故障現(xiàn)象和處理方法。

關(guān)鍵詞：空分裝置；精餾；氬富集區(qū)

1.概述

邯鋼氣體廠2#35000Nm3/h空分設(shè)備，由川空有限責(zé)任公司設(shè)計制造。在2013年4月3日，空分檢修啟動后，粗氬Ⅱ塔的含氬量較少，氬氣一直不能達(dá)產(chǎn)。經(jīng)過對空分裝置工藝參數(shù)分析和研究，發(fā)現(xiàn)氬餾分分析儀指示偏高，造成提餾段氬區(qū)上移，導(dǎo)致餾分中的氬含量減少，精氬產(chǎn)量不能達(dá)標(biāo)。通過校正氬餾分分析儀，重新調(diào)整空分塔工藝參數(shù)，增加了氬氣產(chǎn)量，消除了氬氣產(chǎn)量不達(dá)標(biāo)的故障。

2.空分工藝流程簡介

空氣分離設(shè)備中，空氣經(jīng)過脈沖過濾器過濾壓縮后，在空氣預(yù)冷系統(tǒng)中洗滌冷卻，然后送入分子篩系統(tǒng)吸附水分、CO2等雜質(zhì)，經(jīng)吸附器凈化后的空氣（水含量在-65℃露點以下，CO2≤1PPm）分成兩股：一股空氣直接進入空分裝置的主換熱器，被返流氣體冷卻后變成接近飽和低溫氣體，進入主塔精餾，實現(xiàn)氧、氮、氬等氣體的分離；另一股相當(dāng)于膨脹量的空氣進入透平膨脹機的增壓端增壓，增壓后經(jīng)（增壓后）冷卻器兩級冷卻后進入主換熱器，與返流氣體換熱，降溫至約-108℃左右，從換熱器的中部抽出，進入膨脹機的膨脹端膨脹做功，變成低壓低溫的氣體，送入主塔進行精餾。

3.故障現(xiàn)象

2#35000制氧機空分加溫后啟動，氧氣、氮氣正常后，氬氣一直不能達(dá)產(chǎn)。粗氬Ⅱ塔出口含氧量只能降到2～3PPm之間，提取的粗氬量只能維持在600～800NM3/h。為了氧、氬更好分離，增加粗氬塔上部冷凝器蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，加大蒸發(fā)量和返回主塔的液空量，增加粗氬Ⅱ塔回流液，粗氬Ⅱ塔的工作阻力比正常時大1KPa，控制氬餾分的含氬量維持在11%，但是粗氬Ⅱ塔含氬量始終表現(xiàn)比較少，這可以從出粗氬Ⅰ塔含氧量高（40%O2左右）表現(xiàn)出來，也可以從粗氬Ⅱ塔底部氬循環(huán)泵的出口壓力（0.69MPa）比較低表現(xiàn)出來。

4.故障分析與處理

根據(jù)現(xiàn)象分析，如果氬餾分的含氬量控制在11%左右，粗氬塔的氬積累一般在20個小時。本次啟動空分粗氬塔工況穩(wěn)定后，氬積累時間超過48個小時，還不能達(dá)標(biāo)。從粗氬塔上部冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)負(fù)荷看，蒸發(fā)量維持在48000 NM3/h，比正常時的蒸發(fā)量46000 NM3/h較大，粗氬塔上部冷凝蒸發(fā)器的液空回流量也增大了開度，粗氬塔下部的回流液也比正常時大，阻力為11.5KPa，正常時為10.0KPa。說明粗氬塔精餾工況正常，問題應(yīng)該出在主塔上。

在下塔污液氮和液氮節(jié)流閥開度基本上和以往一樣，下塔的液空純度控制在35%以下，檢查校驗液空純度分析儀，指示正常。說明下塔的工況基本正常。在上塔，氬富集區(qū)與上塔壓力、氧氣純度有關(guān)。液空進料口以下的提餾段，氬富集區(qū)隨氧氣純度的高低會變化，當(dāng)氧氣純度高時，會造成氧區(qū)上移，氬的富集區(qū)也上移，使氬餾分的含氬量減少。上塔的氧純度比較好，污氮純度波動，正常時能夠維持在0.6%左右，波動時瞬間能夠達(dá)到2.1%，上塔的氧區(qū)上移，造成污氮氣純度不正常的波動。但是在提餾段氬餾分的抽口處氬餾分含氬量指示（12%Ar）比較高，是氧區(qū)下移的表現(xiàn)，這兩者是矛盾的。檢查污氮氣純度分析儀和氬餾分純度分析儀，發(fā)現(xiàn)氬餾分分析儀指示偏高，實際的含氬量僅為5%。即實際工況是氧區(qū)上移的表現(xiàn)，這也是造成上述矛盾的主要原因。

校正后的氬餾分分析儀指示5%，提高氬餾分的含氬量，采取減少空氣量，增加膨脹量的常規(guī)調(diào)整方法，使氬的富集區(qū)下移。將氬餾分維持在9%～11%Ar，粗氬塔的氬積累在調(diào)整后的7個小時達(dá)到正常值。粗氬量達(dá)到1200 NM3/h以上，粗氬中含氧量也達(dá)到1PPm以下。上塔的污氮氣純度指示在0.3%左右，不在波動。

通過調(diào)整主塔氬餾分，空氣流量降低了約4000 NM3/h，下塔壓力也降低了6KPa。下表是故障處理前后的參數(shù)對比。

5.小結(jié)

在空分裝置內(nèi)，餾分的含氬量與控制氬區(qū)分布密切相關(guān)。氬區(qū)分布與氧氣純度和上塔壓力緊密聯(lián)系。氧氣純度較好時（大于99.9%），上塔的氧區(qū)上移，餾分中的含氬量減少。上塔壓力低時，易于氧氬分離。但是僅采取增加污氮提取量來降低上塔壓力，易造成主冷負(fù)荷增加，氧區(qū)上移，餾分的含氬量反而降低。一般控制餾分的含氬量在9～11%。如果長期控制在12%時，對于35000Nm3/h制氧機，每小時可以增加氬產(chǎn)量約50Nm3/h。但是這樣會增加“氮塞”的發(fā)生機率，以及操作難度。

空分裝置工藝流程是一個長流程，當(dāng)出現(xiàn)問題時，應(yīng)該從全局考慮，不僅從工藝自身的前后關(guān)系考慮，還要從不同專業(yè)的角度考慮，去解決問題。尤其裝置停運檢修重新啟動后，要對各個工藝參數(shù)變化進行分析，參照以往正常的參數(shù)進行比較，綜合分析問題。

作者簡介：

陳和林（1971-），男，1991年畢業(yè)于河北冶金工業(yè)學(xué)校自動化系，高級工程師，學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)從事制氧機工藝、儀表控制系統(tǒng)技術(shù)管理工作。

王亞生（1978-），男，1998年畢業(yè)于河北冶金工業(yè)學(xué)校自動化系，工程師，現(xiàn)從事儀表控制系統(tǒng)技術(shù)管理工作。