20 000 m3/h空分設備粗氬塔操作方法分析與改進

周金城，劉江淮，王勝利

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 氣體銷售分公司，安徽 馬鞍山 243000)

1 前 言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司(以下簡稱：馬鋼)20 000 m3/h空分設備是杭氧設計、制造。20 000 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、全精餾制氬流程。

20 000 m3/h空分設備粗氬精餾系統由粗氬I塔、粗氬II塔、循環粗氬泵構成。從上塔提餾段抽取氣態氬餾分，依次進入粗氬I塔、粗氬II塔，作為上升蒸氣參與精餾，進行氧氬分離，在粗氬II塔頂部抽取氣態粗氬。同時，粗氬II塔塔釜回流液體經循環粗氬泵加壓、輸送至粗氬I塔頂部，作為回流液體，經粗氬I塔精餾，導入上塔提餾段。

20 000 m3/h空分設備自投產，馬鋼根據20 000 m3/h液氧內壓縮流程空分設備工藝流程特點，在空分設備熱開車、冷開車，投運粗氬塔時，對粗氬塔投運方式與循環粗氬泵、氣態粗氬、氬餾分流量操作方法進行針對性改進，使空分設備啟動穩定。

2 粗氬塔投運方式

2.1 存在問題與原因分析

在20 000 m3/h空分設備投產初期，粗氬塔投運方式采用傳統的分步投運方法，即主塔穩定后投運粗氬塔。

主塔穩定后投運粗氬塔，是在空分設備開車中，氧氣、氮氣純度合格與氬餾分氬含量不大于正常運行值，氧氣、氮氣產量接近正常運行值，精餾系統冷量滿足時，投運粗氬塔。

20 000 m3/h空分設備開車，主塔精餾工況已建立，在投運粗氬塔過程中，增大粗氬冷凝器熱負荷，下塔液空、主冷液位降低，上塔提餾段回流比變化大，使氬餾分氬含量大于正常運行值，粗氬冷凝器熱負荷降幅大，粗氬塔工況未能建立。同時，從上塔提餾段抽取的氬餾分流量與入上塔提餾段液空流量波動幅度大，氧氣、氮氣純度與污氮氣氧含量波動。

在此狀態，為使主塔工況穩定并建立粗氬塔工況，不得不再次調節主塔工況，同時，根據主塔工況變化，再次逐步投運粗氬塔，逐步建立主塔與粗氬塔工況。

20 000 m3/h內壓縮流程空分設備在主塔穩定后投運粗氬塔，已穩定的主塔工況易于波動，粗氬塔投運時間長。分步投運粗氬塔方法未能發揮20 000 m3/h內壓縮流程空分設備最大性能。

2.2 操作方法改進

20 000 m3/h空分設備采用液氧內壓縮工藝流程，低壓空氣、中壓膨脹空氣、高壓空氣均入下塔參與精餾，中壓膨脹空氣等熵膨脹、高壓空氣等焓節流產生的制冷量充裕，粗氬冷凝器液空液位、粗氬II塔塔釜液體液位升至正常運行值時間短，主塔與粗氬塔可在較短時間內建立物料、冷量平衡。

為此，20 000 m3/h內壓縮流程空分設備粗氬塔投運方式改為同步投運方法。在空分設備開車對氧氣、氮氣、氬餾分氬含量進行調純時，同時投運粗氬塔，即在空分設備氧氣純度升至99%，氬餾分氬含量低于12%時，投運粗氬塔。

同步投運粗氬塔，在氧氣氮氣純度合格、產量接近正常運行值時，粗氬塔I、II塔阻力與氬餾分流量已升至正常運行值，使粗氬塔工況建立與主塔工況調至正常運行狀態同時完成，粗氬塔投運時間較短。同步投運粗氬塔方法較為適用于20 000 m3/h液氧內壓縮流程空分設備。

3 循環粗氬泵

3.1 存在問題與原因分析

20 000 m3/h空分設備停機，粗氬II塔規整填料中回流液體回流至塔釜，粗氬II塔塔釜液位高于液位高報警值。

20 000 m3/h空分設備冷開車投運粗氬塔，循環粗氬泵操作方法使用空分設備熱開車粗氬塔操作方法。

在先開啟粗氬冷凝器液空進液閥V701，將下塔液空輸入粗氬冷凝器，增大粗氬冷凝器熱負荷時，粗氬II塔回流液體量增大，入上塔提餾段液空量降低，使20 000 m3/h空分設備粗氬II塔塔釜液位升至高于液位計量程、主冷液位降至小于正常運行值。

為降低粗氬II塔塔釜液位，不使主冷液位降至小于低報警值，啟動循環粗氬泵，循環粗氬泵變頻器負荷調至95%大于正常運行值，將粗氬II塔塔釜液體輸入上塔提餾段，入上塔提餾段回流液體量增幅大，上塔提餾段回流比增大，使20 000 m3/h空分設備氧氣純度降至98%、氬餾分氬含量升至15%。

為避免主塔工況劣化，較大幅度減小粗氬冷凝器液空進液閥V701開度，降低粗氬冷凝器熱負荷。同時，在主冷液位升至正常運行值時，將循環粗氬泵變頻器負荷調至小于正常運行值，調節主塔精餾工況，粗氬塔工況建立時間長。

3.2 操作方法改進

根據20 000 m3/h空分設備停機，粗氬II塔塔釜液位大于液位高報警值實際狀況，在空分設備冷開車，投運粗氬塔時，改變循環粗氬泵啟動、粗氬冷凝器操作方法。

首先，啟動循環粗氬泵，調節循環粗氬泵變頻器負荷使之小于正常運行值，開啟循環粗氬泵回流閥，控制粗氬II塔塔釜液體輸入上塔提餾段回流液體量，保持氧氣純度、氬餾分氬含量穩定。

而后，在主冷液位升至大于正常運行值小于高報警值、粗氬II塔塔釜液位小于高報警值時，逐步開啟粗氬冷凝器液空進液閥V701，控制下塔液空輸入粗氬冷凝器液體流量，使粗氬冷凝器熱負荷逐步增大。

最后，保持氧氣純度、氬餾分氬含量穩定，逐步增大循環粗氬泵變頻器負荷、減小循環粗氬泵回流閥開度，提高粗氬II塔塔釜液體輸入上塔提餾段回流液體量，將粗氬II塔塔釜液位降至正常運行值。同時，增大粗氬冷凝器液空進液閥V701開度，降低入上塔提餾段液空流量，將主冷液位調至正常運行值。

空分設備冷開車，投運粗氬塔，通過先啟動循環粗氬泵、后開啟粗氬冷凝器液空進液閥的操作方法，氧氣純度、氬餾分氬含量變化幅度小，粗氬塔工況建立時間短。

4 氣態粗氬流量

4.1 存在問題與原因分析

空分設備熱開車、冷開車，投運粗氬塔。在粗氬塔工況建立，對粗氬塔調純，降低粗氬塔頂部氣態粗氬中氧含量時，減少粗氬II塔頂部氣態粗氬流量，增加粗氬I塔、粗氬II塔回流比，縮短粗氬塔調純時間。

20 000 m3/h空分設備粗氬塔調純，將粗氬II塔頂部氣態粗氬流量減至正常運行值的30%。在粗氬I塔頂部氣態粗氬中氧含量降至1%，小于正常運行值的2%時，因粗氬II塔頂部氣態粗氬中氧含量減至3.5×10-6，未達到正常運行值2×10-6，粗氬II塔頂部氣態粗氬流量未調節，氧氣純度在較短時間內降至99%未合格，氬餾分氬含量升至15%，主塔、粗氬塔精餾工況穩定，粗氬塔未發生氮塞。

因空分設備停機時，雜質氣體殘留在粗氬氧含量分析儀樣氣管道中，在粗氬塔調純時，氣態粗氬置換粗氬氧含量分析儀樣氣管道時間長。粗氬塔調純前期，粗氬氧含量分析儀顯示值大于真實值。

在粗氬I塔頂部氣態粗氬中氧含量降至1%,氣態粗氬流量為正常運行值的30%時，粗氬塔回流比大，粗氬塔上升蒸氣中氬組分液化量高、回流液體氬組份蒸發量低，粗氬I塔回流液體中氧含量低、氬含量高、氮含量低，使入上塔提餾段回流液體中氧含量低、氬含量高、氮含量低，主冷液氧中氬含量高，氧氣純度降低，氬餾分中氬含量升高、氮含量未增大。

4.2 操作方法改進

空分設備熱開車、冷開車，在粗氬塔調純階段，根據粗氬I塔頂部氣態粗氬中氧含量，調節粗氬II塔頂部氣態粗氬流量。

在粗氬I塔頂部氣態粗氬中氧含量降至正常運行值的2%時，逐步增大粗氬II塔頂部氣態粗氬流量至正常運行值。同時，調節粗氬冷凝器液空進液閥、液空蒸氣控制閥開度，將粗氬冷凝器熱負荷調至正常運行值，以保持粗氬I塔頂部氣態粗氬中氧含量穩定，使粗氬II塔頂部氣態粗氬中氧含量減至正常運行值2×10-6。

20 000 m3/h空分設備開車，粗氬塔投運調純，根據粗氬I塔頂部氣態粗氬中氧含量變化調節氣態粗氬流量，氧氣純度、氬餾分氬含量穩定，避免氧氣因純度降低放散。

5 氬餾分流量

5.1 存在問題與原因分析

20 000 m3/h空分設備熱開車、冷開車，投運粗氬塔。在粗氬塔工況已建立，粗氬塔調純時，調節粗氬冷凝器液空進液閥、液空蒸氣控制閥開度大于正常運行值，增大粗氬冷凝器熱負荷，提高粗氬I塔、粗氬II塔回流比，降低粗氬塔頂部氣態粗氬中氧含量，縮短粗氬塔調純時間。

20 000 m3/h空分設備粗氬塔調純，在粗氬冷凝器液空進液閥開度增至76%，液空蒸氣控制閥開度升至83%時，入粗氬I塔氣態氬餾分流量增至29 300 m3/h大于正常運行值27 100 m3/h，粗氬I塔、粗氬II塔阻力均大于設計值。在將氬餾分氬含量增至7.7%，降低氣態粗氬中氧含量時，氬餾分流量降至19 800 m3/h，粗氬I塔、粗氬II塔阻力同步降至小于低報警值，粗氬冷凝器液空液位升高、液空蒸氣流量降低，粗氬塔發生氮塞。

增大粗氬冷凝器熱負荷，使入粗氬塔進行精餾的氬餾分流量增加，上塔提餾段上升蒸氣流量減少，上塔提餾段氬富集區下移，上塔提餾段氬餾分抽口處上升蒸氣中氮組分含量增加。

在入粗氬塔氣態氬餾分流量增至29 300 m3/h大于正常運行值27 100 m3/h，氬餾分氬含量增至7.7%時，氣態氬餾分中氮含量高，粗氬冷凝器冷凝側氮氣積聚量高，粗氬冷凝器蒸發側與冷凝側溫差小，粗氬冷凝器熱負荷減小，粗氬塔發生氮塞。

5.2 操作方法改進

空分設備熱開車、冷開車，在粗氬塔調純階段，根據粗氬I塔、粗氬II塔阻力，調節入粗氬塔氣態氬餾分流量。

首先，調節粗氬冷凝器液空進液閥，將粗氬冷凝器液空液位調至正常運行值，使粗氬I塔、粗氬II塔阻力、氬餾分流量均同步升至大于低報警值、小于正常運行值。

而后，保持粗氬冷凝器液空液位穩定，逐步增大液空蒸氣控制閥開度，調節粗氬冷凝器液空蒸氣流量至正常運行值，將粗氬I塔、粗氬II塔阻力升至正常運行值，氬餾分流量增至不大于正常運行值27 100 m3/h。

最后，保持粗氬I塔、粗氬II塔阻力穩定，將氬餾分氬含量增至正常運行值，降低氣態粗氬中氧含量。在20 000 m3/h空分設備粗氬塔調純時，先調節粗氬

冷凝器液空液位、后增大粗氬冷凝器液空蒸氣流量，控制粗氬冷凝器熱負荷，將氬餾分流量逐步升至正常運行值，使粗氬塔調純工況穩定。

6 結束語

馬鋼根據20 000 m3/h液氧內壓縮流程空分設備工藝流程特點，通過對20 000 m3/h空分設備粗氬塔投運方式與循環粗氬泵、氣態粗氬與氬餾分流量操作方法存在問題進行具體原因分析，針對性改進粗氬塔操作方法，保證空分設備啟動穩定。