13000Nm3/h空分設備精氬塔氮塞處理與調整優化操作

張勇志　李豪　姜琳

【摘 要】介紹了氬系統調試期間，精氬塔頻繁氮塞的現象和應對方法。

【關鍵詞】調氬；氮塞；優化操作

【Abstract】The commissioning process of argon system are detailed， Fine argon tower nitrogen blocking is analyzed， and how to treat it.

【Key words】Argon generation system； Nitrogen blocking； Operation optimizing

1 制氧系統流程簡介及精氬塔氮塞現象描述

某氧氣廠五期制氧設備為KDONAr-13000/13000/360型空分設備，于2012年6月達標投產。此制氧裝置采用目前國內流行的常溫分子篩凈化、空氣增壓透平膨脹機、全精餾無氫制氬流程。采用了河南開元空分集團專利：自主開發的新型粗氬塔冷凝器技術。新型不用排放不凝氣的粗氬塔冷凝器，徹底解決了由于結構原因發生粗氬塔冷凝器的泄漏問題，安全系數大大提高。采用特殊處理，流動能力和流動特性得到了改善。避免了粗氬塔冷凝器泄漏的潛在危險，并改善了粗氬塔塔內精餾工況，粗氬塔負荷和工藝氬產量都增加了10%左右，取得了顯著成效。

2012年6月氧氣氮氣產量及純度均達到合同設計值，氬系統投入以后發現精氬塔工作不穩定，頻繁氮塞。具體現象有：精氬塔上部、下部壓力大幅波動并越來越高，基本在20kpa以上。投自動的精氬塔廢氣放空閥開度越來越大甚至全開，工藝氬流量也隨之劇烈波動無法控制，并且越來越小，精氬塔冷凝器的液氮液位逐漸升高，精氬塔冷凝器氮氣去污氮氣總管閥門的開度越來越小。精氬塔工況波動影響到整個氬系統甚至主塔的波動，嚴重影響空分的平穩運行。

2 制氬系統工作原理簡介

氬餾份氣體從上塔中部相應部位抽出，導入粗氬塔的底部，低溫精餾，最終得到含氬99.7%和含氧≤2×10-6的工藝氬氣，部分工藝氬氣被導入精氬塔中部，繼續精餾；其余大部分被冷凝器另一側的液空所冷凝，作為粗氬塔的回流液，粗氬塔上部粗氬冷凝器采用過冷后的液空作冷源，粗氬塔冷凝器中蒸發后的液空蒸汽和相當于2%總液空量的液空同時返回上塔。工藝氬氣從精氬塔中部進入作為上升蒸汽參加精餾，與此同時在精氬塔蒸發器氮側利用下塔頂部來的壓力氮氣作為熱源，促使精氬塔底部的液氬蒸發成上升蒸汽，而氮氣被冷凝成液氮節流后送入上塔參加精餾。來自過冷器并經節流的液氮進入精氬塔冷凝器作為冷源，使精氬塔頂部產生回流液，以保證塔內的精餾，使氬氮分離，從而在精氬塔底部得到99.999%Ar的液氬。這些液體被導入液氬貯槽。氬餾分組分含量和流量是氬系統精餾工況的關鍵，多種因素都會導致氬在上塔的分布的變化。大量經驗證實，氬餾分中氬含量是隨氧純度的上升而降低的，氧純度每變化0.1%，氬餾分中氬含量就會變化0.8%～1%[1]。氬餾分中氬含量的變化，就有可能使氬餾分中含氮量過多，大量氮進入粗氬塔后不能被粗氬冷凝器液化，積聚在粗氬冷凝器粗氬側，從而導致粗氬冷凝器溫差大幅減小，甚至為0，這就是“氮塞”現象。如果氬餾分中超標的氮被工藝氬導入精氬塔，聚集在冷凝器氬側，由于其溫度與液氮溫度相近甚，將使精氬冷凝器無法工作，精氬塔中的上升氣不能被冷凝器液化，工藝氬不能被導入精氬塔，從而引起精氬塔氮塞。

3 系統工況的調整

本套項目中，精氬塔頻繁出現壓力升高，工藝氬無法正常進入精氬塔等一系列現象，由此首先對整個系統工況做了相應調整和優化。

1）穩定出口壓力，空壓機的恒壓控制通常采用兩種方式

方式一，通過放空閥進行自動控制，保證始終有一定開度的放空量，切換時放空閥自動跟蹤，以彌補純化系統充壓過程造成的系統壓力下降。方式二，通過空壓機入口導葉進行自動控制，切換時導葉自動開大，來彌補空壓機出口壓力的降低。依據本機組自身條件，采用了第一種調節方式調節。達到了空壓機出口壓力穩定的要求，使系統切換時平穩進行。

2）純化系統的優化

（1）調整純化系統充壓時間在16分鐘，使充壓閥逐步打開，以保障整個充壓期間壓力基本穩定，從而使分子篩切換時主塔工況盡可能平穩。

（2）調整再生氣量穩定，通過調整與冷吹、放空切換閥串聯的手動閥開度，使再生氣氣量在分子篩吸附解吸過程中基本保持一致。

（3）調整膨脹空氣流量，控制膨脹空氣進上塔的流量，旁通了部分膨脹空氣去污氮，減少了膨脹空氣進上塔的氣量。

（4）通過調整上塔、下塔液氮閥以及氧、氮、污氮返流氣的氣量比例，使下塔液空純度為36～38%，下塔液氮純度10ppm以內，上塔氮氣純度10ppm以內，污氮含氧量為2%以下。

（5）降低上塔操作壓力，改善主塔及氬餾分組分結構。使污氮出分餾塔壓力從17kPa降低到14.5kPa。

（6）調整的粗氬塔工況，把主塔和粗氬塔看做一個整體來考慮，兩者中任一參數偏離正常工況通常都會引起其他參數的變化，因此操作調整時一定要具有前瞻性，且緩慢操作，工況穩定的基礎上，調整氬餾份氬含量在設計范圍內。

（7）精氬塔工況的調整，調整精氬塔廢氣放空閥的PID設定參數，使精氬塔壓力保持平穩。適當提高精氬塔冷凝器蒸發側壓力，使精氬塔工作趨于連續。

采取以上措施后，精氬塔終于能夠連續穩定的工作，氬系統和主塔系統工作穩定，氧氮氬產品純度及產量均達到或超出設計值，液氬產量達到了410 Nm3/h左右，贏得了業主的滿意和信任。

4 結束語

氬系統的穩定運行受很多因素的影響，因此要保證制氬系統的穩定，就要全面考慮分析工況，找出異常的工況的誘因，有針對性采取措施，切記經常、大幅度調整工況，氬系統的每次細微調整均需要較長時間才能在工況上反映出來，因此保持清晰的思路，平和的心態。

【參考文獻】

[1]李化治.制氧技術[M].北京：冶金工業出版社，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.

[責任編輯：鄧麗麗]