如何在西钢空分系统中有效提高氩气提取率

摘要：在科技发展日新月异的今天，钢铁工业的前行与空分气体的发展是互相依存、互相促进的关系。钢铁工业的增长带动了空分气体的发展，气体工业的发展又促进了钢铁工业迈步前行，两者的关系密不可分。文章对如何在西钢空分系统中有效提高氩气提取率进行了探讨。

关键词：西钢空分系统；氩气提取率；氩塔系统；钢铁工业；气体工业 文献标识码：A

中图分类号：TQ116 文章编号：1009-2374（2015）11-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.017

近期，由于西宁特殊钢股份有限公司新建炼钢、精品棒材生产线的投入使用以及炼钢用户新工艺的增加和部分生产工艺的改进，氩气产品的消耗量也随之增加，而对于我单位KDON——15000m3/h型空分系统中500m3/h的粗氩产量已经不能满足生产用户和外销量的需求。为此根据能源作业区领导的指示安排，空分系统操作人员进行了一系列系统参数及工艺工况的调整，进一步通过改善操作方法来提高氩气产品的提取率，以保证各用户的需求量，达到节能减排、增产创效的目的。

1 空分系统中的主塔工况是氩精馏系统的根本和基础

一般来说，空气中的氩气含量是恒定不变的。在气体工业生产中，要想提高产品氩气的产量，首先需要增加原料空气量。因此，空分操作人员根据空气压缩机流量先将进塔空气量由原来的76000m3/h提高到78000m3/h。

进塔空气量增加后，根据氩馏份在线纯度分析仪AI701，将产品氧气的产量由15000m3/h提高到15500m3/h，并将氩馏份纯度分析仪AI701的百分含量控制在8%～9%Ar以内，为初步提高粗氩产量做好前期准备。

与此同时，在确保主冷液位相对稳定的基础上，为了进一步挖掘空分系统主塔中上塔的精馏潜力，将膨胀空气旁通进入污氮气管道的气量FI1由2800m3/h减少到2650m3/h。

这样逐步调整主塔工况，首先是为了进一步挖掘上塔的精馏潜力，从而可以有效提高氧气和氮气的产量；其次是为氩精馏系统工况调整和氩气产品提取打下良好的基础；再次是充分增加空分系统中的氩组份含量，即有从（76000-2800）*0.932%=682m3/h提高到（78000-2650）*0.932%=702m3/h，702-682=20m3/h，因此，在通常情况下有20m3/h氩组份含量的增加量。

2 粗氩塔的工况及有效调节是提高氩气产量的中间环节和有效组成部分

在氩塔系统中，参与精馏的粗氩气产量直接决定了产品氩气的提取量，而从上塔中抽取出的氩馏份气量FIC702又制约着粗氩气的产量。

首先，操作人员对粗氩Ⅱ塔C702顶部冷凝器的液空进口阀门V701进行调节，开度由50%调节至51.5%，使粗氩Ⅱ塔C702上部的液空液位由300mm提高到315mm。随着粗氩II塔C702的冷凝器中冷量的增加，其中的回流液也会明显增加，与此同时塔内阻力PDI702由6.0kPa升高至6.3kPa，从而使大量进入粗氩Ⅱ塔的氩馏份气体得到充分精馏，在上升气体与回流液体的洗涤及热交换过程中，使上升蒸汽中的氧组份被充分清除，部分被粗氩Ⅱ塔顶部回流空气带回主冷上塔。

其次，操作人员调整粗氩I塔C701中的回流比。当粗氩Ⅱ塔C702中的回流液明显增加时，则会有大量的粗氩液体在粗氩Ⅱ塔C702底部积累，使底部粗氩量液位逐渐升高，因此液氩泵出口的压力PICA705也会随之升高。根据其出口压力PICA705的升高，可逐步调节液氩进粗氩I塔C701的调节阀门V713，以此来增加粗氩I塔C701中的回流液体，使其塔内阻力PID701逐渐升高，由原来的3.1kPa升高到3.3kPa，进一步使粗氩气体中的含氧量分析仪AIA702的分析值有所降低。

与此同时，随着粗氩I塔、Ⅱ塔内部阻力的逐渐升高以及两粗氩塔中冷量的增加，使得出粗氩I塔的氩馏份流量FIC702由原来的18000m3/h提高到18400m3/h，为提高粗氩气产量打下了良好的基础。

因此，操作人员可根据氧含量分析仪AIA702，在保证AIA702分析仪的氧含量百分值不高于3%的情况下，通过逐步调节将粗氩气产量FIC701由500m3/h提高至550m3/h，这样一来可计算得出粗氩量的提取率：

由原来ρ粗=500/（76000-2800）*0.932*100%=73.3%

提高到ρ粗=550/（78000-2650）*0.932*100%=78.4%

使粗氩的提取率Δρ粗=78.4%-73.3%=5.1%

所以，粗氩量的提取率就有了明显的提高，为实现此次有效调节完成了第二步。

3 精氩塔系统是生产液氩的主要设备，精氩塔的工况直接影响液氩产品的数量和质量

根据对精氩塔C703的内部压力PICS704和顶部冷凝器液氮温度TIA702的调节控制，来减少精氩塔顶部氩气的余气排放量。在精氩塔C703中，由来自下塔的压力氮气对精氩塔底部液氩进行复热，使其中的氮组份经蒸发后通过C703顶部的压力调节阀V751排出塔外。与此同时，随着氮组份的不断蒸发，部分氩组份也混合在上升汽中随之蒸发甚至排出塔外，也就造成了部分氩气产品的损失。

此时，操作人员通过调整精氩塔C703顶部冷凝器的液氮调节阀V706的开度大小以及C703底部蒸发器中来自下塔的压力氮气量，进一步调整精氩塔C703的压力PICS704在适度范围内，从而来控制精氩塔C703顶部的废气排放量FI751的大小。

经全面调节后，当粗氩气产量FIC701为550m3/h时，在粗氩纯度AI701在99%Ar左右的情况下，计算得出粗氩产量中的含氮气量为：550m3/h*（100%-99%）=5.5m3/h

则在通常情况下，将精氩塔C703顶部废气排放量FI751应该控制在6～7m3/h即可。与此同时，在正常生产运行调节中，精氩塔内部压力PICS704和余气排放量FI751的调整也要参照精氩塔C703底部的微量氮分析仪AI707的分析值不高于10ppm。

在日常氩气产品纯度调节中，操作人员还发现，对精氩塔底部液体蒸发器换热面积的有效把握也是控制AI707分析值大小的重要因素之一。通常情况下，为了达到最佳换热状态，一般将底部液位的高度保持在蒸发器高度的80%左右，即1600mm*80%=1280mm，因此将其中液氩液位控制在1250mm左右为宜。

4 结语

通过对我单位KDON——15000m3/h型空分系统中的主塔、氩塔系统工况及各参数的一系列有效调节，经改善操作方法充分提高了氩气产品的提取率，在保障设备正常生产运行及生产工艺的情况下，有效提高了氩气产品的生产量，在完成了各生产单位需求量及外销量的保供任务的同时，达到了节能减排、增产创效的目的，为全公司能源介质的节能减排工作做出了很大的贡献。

参考文献

[1] Helmut Springmann，顾荣而.氩气回收的几种方法

[J].低温与特气，1986，（4）.

[2] 石林，曾小平，柯亮.利用干法半干法烟气脱硫灰热分解钾长石的实验研究[J].环境工程学报，2008，（4）.

[3] 胡天喜，于建国.CaCl_2-NaCl混合助剂分解钾长石提取钾的实验研究[J].过程工程学报，2010，（4）.

作者简介：李永洲（1985-），男，青海西宁人，西宁特钢集团助理工程师，研究方向：钢铁冶炼中各类能源介质的生产与保供。

（责任编辑：周 琼）