关于优化20000m3/h空分设备操作提高氩纯度的研究

摘 要 本文从控制系统波动、优化粗氩塔控制、调整精氩塔控制几方面入手，提出了20000m3/h空分设备操作的优化策略，并展开了为期6个月的操作分析。结果表明，这些优化操作策略能够达到提升氩纯度、降低氩产品中含氧含氮量的效果。

关键词 空分设备;操作优化;氩纯度

引言

高纯度氩产品的市场需求量较高，且有着极为可观的利润。因此，更新调整20000m3/h空分设备操作推动氩纯度提升成为各气体生产单位的关注热点，拥有极高的研究现实价值。

120000m3/h空分设备操作的优化策略

1.1 前提条件

控制空分主塔工况的物料与冷量动态平衡是保证氩塔正常运行的前提，为了提升空分主塔的稳定性，需要对粗氩塔精馏工况展开优化调整。实践中，必须将加工空气量、氮、氧、氩气产量与纯度维持在平衡水平，达到提升精馏效率、氩产品质量以及氩纯度的效果。

1.2 控制系统波动

第一，降低產量临时变化。笔者在实践中发现，在改变产量的条件下，压力普遍会先下降后上升（或先上升后下降），最终趋于稳定。进一步分析得出，在产量变化空压机气量难以实现及时补充/减少，最终引发压力大幅度波动。为了避免这一现象的发生，可以在空压机入口导叶位置引入自动控制机，实现对导叶速度、幅度、压力等参数的自动化调整，将压力波动稳定在可控范围内（由原先的100kPa降低至10kPa）。

第二，控制氩馏分波动。控制20000m3/h空分上塔阻力在3.5～4.0kPa之间;将制氢系统氢馏分含量稳定在7%～10%。

第三，调整对粗氩泵流量波动。在粗氩塔I的阀门处加设调节操控按钮，以此实现液体调节幅度的降低;将粗氩塔I出口的含氧分析降低至2%O2（原先为5%O2）。

第四，降低精氩塔周期性波动。将冷凝器换热差从原有的70kPa提升至90kPa;将精氩冷凝器液位由原有的400mm提升至900mm。

1.3 优化粗氩塔控制

将粗氩冷凝器的换热温差增高至2℃以上;对液空恒流阀门进行开大操作;适当增加粗氩循环泵的转数;利用粗氩循环泵出口阀门的开大操作促使粗氩泵打液量以及馏分气冷凝量增高[1];在粗氩气放空阀门中引入自动控制装置，一旦粗氩气流量达到每小时400立方米时即可自动开启放空阀门;依托阀门精氩塔进气阀门的调整，将流量控制在每小时520立方米以下。

依托上述操作，促使粗氩塔的阻力有所提升，并降低粗氩气流量，达到减少氩产品中含氧量的效果。

1.4 调整精氩塔控制

控制精氩塔压力不低于10kPa;更换精氩蒸发器热源阀门，保证精氩塔阻力不低于4.4kPa;降低粗氩气流量放空设定值，促使精氩塔操作压力始终稳定在10kPa;使用2kPa的止逆阀替代原有8kPa的止逆阀，保证废气放空通道的畅通程度;设定每小时6.85立方米为精氢塔废气放空流量低报警值，将废气放空流量始终维持在每小时6.85立方米[2]。

依托上述操作，促使精氩塔的阻力有所提升，并推动废气放空流量增大，达到减少氩产品中含氮量的效果。

2操作优化后的结果分析

依照上述操作对某型号空分机的操作进行改进，对后续6个月的氩产品指标及销售情况进行总结，得到的结果数据如下：

在改进后的第一个月中，月均氩产品纯度达到999.9986%;月均氩中含氮量为7.75ppm;月均氩中含氧量为5.50ppm;月完成产量为244.59t;对内供应量为244.59t;对外销售量为0。

在改进后的第二个月中，月均氩产品纯度达到999.9989%;月均氩中含氮量为6.01ppm;月均氩中含氧量为4.72ppm;月完成产量为309.42t;对内供应量为309.42t;对外销售量为0。

在改进后的第三个月中，月均氩产品纯度达到999.9991%;月均氩中含氮量为5.54ppm;月均氩中含氧量为3.55ppm;月完成产量为667.71t;对内供应量为227.73t;对外销售量为439.98t。

在改进后的第四个月中，月均氩产品纯度达到999.9993%;月均氩中含氮量为3.68ppm;月均氩中含氧量为2.85ppm;月完成产量为789.32t;对内供应量为238.14t;对外销售量为551.18t。

在改进后的第五个月中，月均氩产品纯度达到999.9996%;月均氩中含氮量为1.97ppm;月均氩中含氧量为1.38ppm;月完成产量546.31t;对内供应量为157.25t;对外销售量为389.06t。

在改进后的第六个月中，月均氩产品纯度达到999.9997%;月均氩中含氮量为1.52ppm;月均氩中含氧量为1.00ppm;月完成产量为642.88t;对内供应量为233.06t;对外销售量为409.82t。

由此可以看出，在引入前文所述的操作优化方法后，氩产品的纯度均稳定在99.9995%以上，且其中的含氧量、含氮量逐步下降，最低达到1.00ppm以及1.52ppm，这样的结果证实了采取的优化操作在提升氩纯度方面发挥出较好作用。

3结束语

综上所述，在保证空分主塔工况的物料与冷量动态平衡的条件下，依托控制系统波动、优化粗氩塔控制、调整精氩塔控制，达到了降低氩产品中含氧量、含氮量的效果。实践结果表明，在引入前文所述的操作优化方法后，氩产品的纯度均稳定在99.9995%以上;氩产品中的含氧量、含氮量均呈现出明显下降趋势。

参考文献

[1] 周金城.20000 m3/h内压缩流程空分设备主换热器操作方法改进[J].低温与特气，2018，36（3）：30-33.

[2] 焦兆文.优化20000m3/h空分设备操作提高氩纯度的实践[C].中国金属学会.第十一届中国钢铁年会论文集——S17.冶金设备与工程技术.中国金属学会：中国金属学会，2017：412-415.

作者简介

石伟（1987-），男，河南驻马店人;学历：本科，职称：助理工程师，现就职单位：湖南湘钢梅塞尔气体产品有限公司，研究方向：空分装置的运行管理。