淺談氬的調試

方傳鎖 張海峰（榮盛集團中金石化有限公司，浙江 寧波 315000）

1 背景

隨著國內空分行業的不斷發展壯大，以杭氧、開空、川空為代表的空分設備生產制造商以相對低廉的價格優勢正逐步占據國內外空分市場。但與國際知名的空分制造商林德、法液空、普萊克斯等相比，國內空分企業成套設計、制造、安裝的空分裝置在精準度、可靠性以及自動化程度上仍然存在著較大的差距。這樣一種差距就需要人為的調節來彌補。空分裝置中最難調的當數氬系統，氬的分離不但有利于氧氮純度和產量的提高，而且其作為空分裝置的副產品可以為企業增加效益，因此，氬系統的穩定運行變得越來越重要。

2 工藝流程簡述

如圖所示：氬系統由兩個粗氬塔和一個精氬塔組成。粗氬一塔的氣源為含氬8%-12%的粗氬氣，來自于精餾塔上塔提餾段的富氬區；粗氬二塔冷凝器的冷源來自精餾塔下塔過冷后的液空；精氬塔精氬冷凝器的冷源來自于精餾塔下塔過冷后的液氮、精氬塔精氬蒸發器的熱源來自于精餾塔下塔頂部的氮氣。

粗氬氣進入粗氬一塔后，作為上升氣與粗氬二塔底部打回來的粗液氬在填料層表面相互接觸，大量氧氣被冷凝成液體后返回精餾塔上塔，出粗氬一塔的氬氣含量在90%以上，然后進入粗氬二塔進一步除氧。進入粗氬二塔的氬氣被粗氬冷凝器冷凝成液體后作為粗氬二塔的下流液，粗氬冷凝器的液空則被蒸發成液空蒸汽連同底部的部分液空一起返回精餾塔上塔。出粗氬二塔含氧小于2PPm的粗氬氣進入精氬塔進行除氮。進入精氬塔的氬氣被精氬冷凝器中的液氮冷凝成液體后作為精氬塔的下流液，流入精氬塔塔底的液氬再經過精餾塔下塔頂部氮氣的蒸發后，產出含氧小于2PPm、含氮小于3PPm精液氬。

3 氬系統開車的基礎

精餾系統的穩定運行是開氬的基礎。這里所說的精餾系統的穩定是指在空壓機、增壓機、膨脹機達到某一種負荷時，氧、氮精餾塔形成了一種接近于在此負荷下的設計精餾工況。從塔系統指標上反映出來的就是在一定的進氣量下，氧、氮的純度及產出比符合設計指標并且能夠維持長周期的穩定運行。其次，板式換熱器溫差正常，精餾塔上、下塔阻力穩定，主冷液位穩中略漲，液空、污液氮、液氮以及精餾塔各測點溫度正常且波動在0.5℃以下（塔系統溫度的波動越小越好）。達到此種工況，可認為精餾系統已處于一種穩定的運行狀態，具備開氬的條件。

4 氬系統的開車操作

當精餾塔的運行狀態穩定后，可緩慢打開LV02 給粗氬二塔冷凝器加負荷，同時打開粗氬氣放空閥HV01，粗氬二塔底部最初積起的液體需全部排掉進行洗塔（此過程可操作兩至三次）。當粗氬二塔下部液位積至1000mm 時，開始預冷氬泵，氬泵啟動后全開LV01使液氬走循環，待FI01出現穩定流量后，可緩慢打開PV01將粗液氬打回粗氬一塔。一段時間后當AI01小于5%時，可投用AI02，等其小于2PPm，可向精氬塔導氣同時緩慢打開LV03給精氬冷凝器加負荷。精氬塔進氣后注意控制精氬冷凝器和精氬塔的壓力，待精氬塔下部積累一定的液體后同樣進行全排洗塔，重新積液至1000mm 左右時，投用AI03 根據其顯示值調節HV02的開度，控制其小于3PPm。

因此，從氬的生產工藝可以看出，氬系統不光從氧氮精餾塔抽氣，同時還會產出一定的氣體或是液體返回精餾塔，對整個精餾工況造成一定的影響，所以在開氬的過程中，操作一定要緩慢，切記大幅度操作，每一次加負荷后都要密切關注主塔一些指標的變化，并及時做相應的調整。

5 異常現象的分析與處理

5.1 氬餾分的波動

氬餾分是指氬系統從氧氮精餾塔提餾段富氬區抽出的粗氬氣中的含氬量，一般需控制在8%-12%之間，氬餾分低，氬的提取率就低從而導致產量較低；氬餾分高，氬中氮含量就高，氮不易分離，會導致精氬中氮超標，甚至會造成“氮塞”現象的發生。因此，氬餾分的穩定關乎著氬系統的穩定。若要氬餾分維持在正常范圍內，就必須要保證氬系統氣源成分的穩定，即氬區不能上下移動。

氬區的移動有很多種因素造成，比如進塔空氣量的波動；氧氮產品的純度；氧氮的取出量等。但最主要的還是上塔回流比的變化對其影響最直接也最明顯，因此調節好上塔的回流比十分重要。調節上塔回流比時，在氧氮純度均合格的前提下，可參照靠近氬抽口處溫度表的顯示值再進行微調，將幾個節流閥的閥位找準，將靠近氬抽口處的溫度表的波動值控制在0.5℃以內（溫度波動越小越好），此時的氬區就會相對穩定，從而氬餾分就可以控制在正常的范圍內。

在氧氮純度和外送量基本不變的情況下，一般會導致氬餾分大幅波動的原因主要有兩個，一個就是純化器升壓時進塔空氣量的減少會導致氬餾分的升高；另一個就是粗氬塔下部液位的波動會帶著氬餾分的波動。

針對第一個原因，可以考慮在升壓時，提前增加一定的進塔空氣量，這樣就可以彌補升壓時進塔空氣的減少量，從而避免氬餾分的升高；針對第二個原因，由于粗氬回主塔的位置與氬氣抽口很近，并且粗氬含氬量在90%以上，因此，當有大量的粗氬打回主塔時就會導致氬餾分的升高，相反若打回主塔的液氬比正常量少則會導致氬餾分的降低。所以對粗氬塔液位的控制必須要有提前量，應根據液位的變化趨勢來提前控制LV01的開度，同時應注意小閥位操作。此外，也可以結合氬餾分控制閥（有些裝置沒有）對氬餾分的大小進行控制。

5.2 氮塞

氮塞是指氬餾分中含氮量較高，氮在粗氬冷凝器中慢慢集聚，當集聚到一定程度時，導致粗氬冷凝器失去換熱功能，從而使氬系統停止工作的現象。氬系統出現氮塞后，氬系統各項指標如溫度、阻力、流量、液位等均會出現非常大的波動，同時由于氬系統與精餾塔相連，氮塞后氬系統的波動又會導致精餾系統主冷液位、液空液位、氧氮純度和外送量等的波動，氧氮外送量的波動又會影響空壓機、增壓機的出口壓力，如果不能很好的處置，就會發生系統跳車的風險。因此若能提前發現并作相應的處理，不但可以穩住主塔同時也可以保住氬塔。

提前判斷工況有沒有往氮塞的方向發展，我認為還是應該以塔系統溫度的變化為指標。這里我一般重點關注的是TI02。當這個溫度出現了下降的趨勢時，就說明氮塞即將形成。因為當TI02開始降低時，說明粗氬冷凝器中已集聚了少量的氮分子，占據了一定的換熱空間，粗氬冷凝器的溫差會逐步減小至零，氮塞由此形成。

若在氮塞形成的初始及時的發現了氮塞，可通過打開HV01排放一定量的粗氬氣來消除；當氮塞現象嚴重時，則要及時減少氧氣外送量，增加氮氣外送量，同時空壓機提負荷加大進塔空氣量，膨脹機提負荷加大制冷量，如有必要，可進一步將氬系統退出運行，以確保氧氮精餾塔的正常運行，避免對后續裝置產生影響。

6 結語

6.1 氬系統的調試必須在氧氮精餾塔運行穩定的基礎上才能進行。

6.2 粗氬塔提負荷時，操作應緩慢進行，同時應兼顧主塔工況的變化并同步進行調整。

6.3 減少氧氣放出量，增加氮氣、污氮氣放出量，增加進塔空氣量，減少粗液氬回主塔液體量有利于降低氬餾分含量。反之，則有利于提高氬餾分含量。

6.4 靠近氬餾分抽口溫度及粗氬冷凝器的溫差的變化是判斷氮塞是否形成的重要指示。

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