13000Nm3/h空分设备精氩塔氮塞处理与调整优化操作

张勇志　李豪　姜琳

【摘 要】介绍了氩系统调试期间，精氩塔频繁氮塞的现象和应对方法。

【关键词】调氩；氮塞；优化操作

【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 制氧系统流程简介及精氩塔氮塞现象描述

某氧气厂五期制氧设备为KDONAr-13000/13000/360型空分设备，于2012年6月达标投产。此制氧装置采用目前国内流行的常温分子筛净化、空气增压透平膨胀机、全精馏无氢制氩流程。采用了河南开元空分集团专利：自主开发的新型粗氩塔冷凝器技术。新型不用排放不凝气的粗氩塔冷凝器，彻底解决了由于结构原因发生粗氩塔冷凝器的泄漏问题，安全系数大大提高。采用特殊处理，流动能力和流动特性得到了改善。避免了粗氩塔冷凝器泄漏的潜在危险，并改善了粗氩塔塔内精馏工况，粗氩塔负荷和工艺氩产量都增加了10%左右，取得了显著成效。

2012年6月氧气氮气产量及纯度均达到合同设计值，氩系统投入以后发现精氩塔工作不稳定，频繁氮塞。具体现象有：精氩塔上部、下部压力大幅波动并越来越高，基本在20kpa以上。投自动的精氩塔废气放空阀开度越来越大甚至全开，工艺氩流量也随之剧烈波动无法控制，并且越来越小，精氩塔冷凝器的液氮液位逐渐升高，精氩塔冷凝器氮气去污氮气总管阀门的开度越来越小。精氩塔工况波动影响到整个氩系统甚至主塔的波动，严重影响空分的平稳运行。

2 制氩系统工作原理简介

氩馏份气体从上塔中部相应部位抽出，导入粗氩塔的底部，低温精馏，最终得到含氩99.7%和含氧≤2×10-6的工艺氩气，部分工艺氩气被导入精氩塔中部，继续精馏；其余大部分被冷凝器另一侧的液空所冷凝，作为粗氩塔的回流液，粗氩塔上部粗氩冷凝器采用过冷后的液空作冷源，粗氩塔冷凝器中蒸发后的液空蒸汽和相当于2%总液空量的液空同时返回上塔。工艺氩气从精氩塔中部进入作为上升蒸汽参加精馏，与此同时在精氩塔蒸发器氮侧利用下塔顶部来的压力氮气作为热源，促使精氩塔底部的液氩蒸发成上升蒸汽，而氮气被冷凝成液氮节流后送入上塔参加精馏。来自过冷器并经节流的液氮进入精氩塔冷凝器作为冷源，使精氩塔顶部产生回流液，以保证塔内的精馏，使氩氮分离，从而在精氩塔底部得到99.999%Ar的液氩。这些液体被导入液氩贮槽。氩馏分组分含量和流量是氩系统精馏工况的关键，多种因素都会导致氩在上塔的分布的变化。大量经验证实，氩馏分中氩含量是随氧纯度的上升而降低的，氧纯度每变化0.1%，氩馏分中氩含量就会变化0.8%～1%[1]。氩馏分中氩含量的变化，就有可能使氩馏分中含氮量过多，大量氮进入粗氩塔后不能被粗氩冷凝器液化，积聚在粗氩冷凝器粗氩侧，从而导致粗氩冷凝器温差大幅减小，甚至为0，这就是“氮塞”现象。如果氩馏分中超标的氮被工艺氩导入精氩塔，聚集在冷凝器氩侧，由于其温度与液氮温度相近甚，将使精氩冷凝器无法工作，精氩塔中的上升气不能被冷凝器液化，工艺氩不能被导入精氩塔，从而引起精氩塔氮塞。

3 系统工况的调整

本套项目中，精氩塔频繁出现压力升高，工艺氩无法正常进入精氩塔等一系列现象，由此首先对整个系统工况做了相应调整和优化。

1）稳定出口压力，空压机的恒压控制通常采用两种方式

方式一，通过放空阀进行自动控制，保证始终有一定开度的放空量，切换时放空阀自动跟踪，以弥补纯化系统充压过程造成的系统压力下降。方式二，通过空压机入口导叶进行自动控制，切换时导叶自动开大，来弥补空压机出口压力的降低。依据本机组自身条件，采用了第一种调节方式调节。达到了空压机出口压力稳定的要求，使系统切换时平稳进行。

2）纯化系统的优化

（1）调整纯化系统充压时间在16分钟，使充压阀逐步打开，以保障整个充压期间压力基本稳定，从而使分子筛切换时主塔工况尽可能平稳。

（2）调整再生气量稳定，通过调整与冷吹、放空切换阀串联的手动阀开度，使再生气气量在分子筛吸附解吸过程中基本保持一致。

（3）调整膨胀空气流量，控制膨胀空气进上塔的流量，旁通了部分膨胀空气去污氮，减少了膨胀空气进上塔的气量。

（4）通过调整上塔、下塔液氮阀以及氧、氮、污氮返流气的气量比例，使下塔液空纯度为36～38%，下塔液氮纯度10ppm以内，上塔氮气纯度10ppm以内，污氮含氧量为2%以下。

（5）降低上塔操作压力，改善主塔及氩馏分组分结构。使污氮出分馏塔压力从17kPa降低到14.5kPa。

（6）调整的粗氩塔工况，把主塔和粗氩塔看做一个整体来考虑，两者中任一参数偏离正常工况通常都会引起其他参数的变化，因此操作调整时一定要具有前瞻性，且缓慢操作，工况稳定的基础上，调整氩馏份氩含量在设计范围内。

（7）精氩塔工况的调整，调整精氩塔废气放空阀的PID设定参数，使精氩塔压力保持平稳。适当提高精氩塔冷凝器蒸发侧压力，使精氩塔工作趋于连续。

采取以上措施后，精氩塔终于能够连续稳定的工作，氩系统和主塔系统工作稳定，氧氮氩产品纯度及产量均达到或超出设计值，液氩产量达到了410 Nm3/h左右，赢得了业主的满意和信任。

4 结束语

氩系统的稳定运行受很多因素的影响，因此要保证制氩系统的稳定，就要全面考虑分析工况，找出异常的工况的诱因，有针对性采取措施，切记经常、大幅度调整工况，氩系统的每次细微调整均需要较长时间才能在工况上反映出来，因此保持清晰的思路，平和的心态。

【参考文献】

[1]李化治.制氧技术[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[2]汤学忠，顾福民.新编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2003.

[责任编辑：邓丽丽]