關于優化20000m3/h空分設備操作提高氬純度的研究

摘 要 本文從控制系統波動、優化粗氬塔控制、調整精氬塔控制幾方面入手，提出了20000m3/h空分設備操作的優化策略，并展開了為期6個月的操作分析。結果表明，這些優化操作策略能夠達到提升氬純度、降低氬產品中含氧含氮量的效果。

關鍵詞 空分設備;操作優化;氬純度

引言

高純度氬產品的市場需求量較高，且有著極為可觀的利潤。因此，更新調整20000m3/h空分設備操作推動氬純度提升成為各氣體生產單位的關注熱點，擁有極高的研究現實價值。

120000m3/h空分設備操作的優化策略

1.1 前提條件

控制空分主塔工況的物料與冷量動態平衡是保證氬塔正常運行的前提，為了提升空分主塔的穩定性，需要對粗氬塔精餾工況展開優化調整。實踐中，必須將加工空氣量、氮、氧、氬氣產量與純度維持在平衡水平，達到提升精餾效率、氬產品質量以及氬純度的效果。

1.2 控制系統波動

第一，降低產量臨時變化。筆者在實踐中發現，在改變產量的條件下，壓力普遍會先下降后上升（或先上升后下降），最終趨于穩定。進一步分析得出，在產量變化空壓機氣量難以實現及時補充/減少，最終引發壓力大幅度波動。為了避免這一現象的發生，可以在空壓機入口導葉位置引入自動控制機，實現對導葉速度、幅度、壓力等參數的自動化調整，將壓力波動穩定在可控范圍內（由原先的100kPa降低至10kPa）。

第二，控制氬餾分波動。控制20000m3/h空分上塔阻力在3.5～4.0kPa之間;將制氫系統氫餾分含量穩定在7%～10%。

第三，調整對粗氬泵流量波動。在粗氬塔I的閥門處加設調節操控按鈕，以此實現液體調節幅度的降低;將粗氬塔I出口的含氧分析降低至2%O2（原先為5%O2）。

第四，降低精氬塔周期性波動。將冷凝器換熱差從原有的70kPa提升至90kPa;將精氬冷凝器液位由原有的400mm提升至900mm。

1.3 優化粗氬塔控制

將粗氬冷凝器的換熱溫差增高至2℃以上;對液空恒流閥門進行開大操作;適當增加粗氬循環泵的轉數;利用粗氬循環泵出口閥門的開大操作促使粗氬泵打液量以及餾分氣冷凝量增高[1];在粗氬氣放空閥門中引入自動控制裝置，一旦粗氬氣流量達到每小時400立方米時即可自動開啟放空閥門;依托閥門精氬塔進氣閥門的調整，將流量控制在每小時520立方米以下。

依托上述操作，促使粗氬塔的阻力有所提升，并降低粗氬氣流量，達到減少氬產品中含氧量的效果。

1.4 調整精氬塔控制

控制精氬塔壓力不低于10kPa;更換精氬蒸發器熱源閥門，保證精氬塔阻力不低于4.4kPa;降低粗氬氣流量放空設定值，促使精氬塔操作壓力始終穩定在10kPa;使用2kPa的止逆閥替代原有8kPa的止逆閥，保證廢氣放空通道的暢通程度;設定每小時6.85立方米為精氫塔廢氣放空流量低報警值，將廢氣放空流量始終維持在每小時6.85立方米[2]。

依托上述操作，促使精氬塔的阻力有所提升，并推動廢氣放空流量增大，達到減少氬產品中含氮量的效果。

2操作優化后的結果分析

依照上述操作對某型號空分機的操作進行改進，對后續6個月的氬產品指標及銷售情況進行總結，得到的結果數據如下：

在改進后的第一個月中，月均氬產品純度達到999.9986%;月均氬中含氮量為7.75ppm;月均氬中含氧量為5.50ppm;月完成產量為244.59t;對內供應量為244.59t;對外銷售量為0。

在改進后的第二個月中，月均氬產品純度達到999.9989%;月均氬中含氮量為6.01ppm;月均氬中含氧量為4.72ppm;月完成產量為309.42t;對內供應量為309.42t;對外銷售量為0。

在改進后的第三個月中，月均氬產品純度達到999.9991%;月均氬中含氮量為5.54ppm;月均氬中含氧量為3.55ppm;月完成產量為667.71t;對內供應量為227.73t;對外銷售量為439.98t。

在改進后的第四個月中，月均氬產品純度達到999.9993%;月均氬中含氮量為3.68ppm;月均氬中含氧量為2.85ppm;月完成產量為789.32t;對內供應量為238.14t;對外銷售量為551.18t。

在改進后的第五個月中，月均氬產品純度達到999.9996%;月均氬中含氮量為1.97ppm;月均氬中含氧量為1.38ppm;月完成產量546.31t;對內供應量為157.25t;對外銷售量為389.06t。

在改進后的第六個月中，月均氬產品純度達到999.9997%;月均氬中含氮量為1.52ppm;月均氬中含氧量為1.00ppm;月完成產量為642.88t;對內供應量為233.06t;對外銷售量為409.82t。

由此可以看出，在引入前文所述的操作優化方法后，氬產品的純度均穩定在99.9995%以上，且其中的含氧量、含氮量逐步下降，最低達到1.00ppm以及1.52ppm，這樣的結果證實了采取的優化操作在提升氬純度方面發揮出較好作用。

3結束語

綜上所述，在保證空分主塔工況的物料與冷量動態平衡的條件下，依托控制系統波動、優化粗氬塔控制、調整精氬塔控制，達到了降低氬產品中含氧量、含氮量的效果。實踐結果表明，在引入前文所述的操作優化方法后，氬產品的純度均穩定在99.9995%以上;氬產品中的含氧量、含氮量均呈現出明顯下降趨勢。

參考文獻

[1] 周金城.20000 m3/h內壓縮流程空分設備主換熱器操作方法改進[J].低溫與特氣，2018，36（3）：30-33.

[2] 焦兆文.優化20000m3/h空分設備操作提高氬純度的實踐[C].中國金屬學會.第十一屆中國鋼鐵年會論文集——S17.冶金設備與工程技術.中國金屬學會：中國金屬學會，2017：412-415.

作者簡介

石偉（1987-），男，河南駐馬店人;學歷：本科，職稱：助理工程師，現就職單位：湖南湘鋼梅塞爾氣體產品有限公司，研究方向：空分裝置的運行管理。