KD0NAr-48000-43600-1350型空分装置氩系统调试运行总结

罗 鹏

(贵州黔希化工有限责任公司空分厂，贵州黔西，551500)

48000空分设备是某公司乙二醇装置配套设备之一，该设备由开封空分设计，采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩及液氧泵加压内压缩流程。自2018年5月投产以来运行稳定，氧氮产品合格。

1 氩系统流程简介

从上塔C7302相应部位抽出约55000Nm3/h、含氩量约为8%—12%(体积)、含氮量0.02%(体积)的氩馏份，直接从粗氩Ⅱ塔C7702的底部导入，沿填料上升，一部分氧被洗涤下来后自顶部排出，进入粗氩Ⅰ塔底部继续被洗涤，最后在粗氩塔C7701顶部得到含氧≤2×10-6，含氩>99%的粗氩气。粗氩塔Ⅱ上部采用粗氩Ⅰ塔C7701底部经液氩泵P7701A/B加压到0.9MPa(G)送入的液体作回流。粗氩Ⅰ塔顶部采用在粗氩冷凝器中冷凝的粗液氩作为维持粗氩塔正常精馏的回流。粗氩冷凝器E7701采用过冷后的并在精氩塔底部E7703做热源被冷却后的富氧液空作冷源。工艺氩气在调节阀77FV010控制下送入精氩塔C7703中部。进入精氩塔C7703中部的工艺氩经进一步精制，塔底得到精氩经77LV003控制送入液氩槽T7803。顶部不凝气经调节阀77PV063控制放空，控制精氩塔压力。氩系统工艺流程简图如图1。

图1 氩系统工艺流程简图

2 前期无法生产液氩原因分析

空分原始开车后发现73HC010卡在50%无法再向下关，阀芯卡死，73HC010作为富氧液空进入上塔节流阀门，同时氩系统在投用运行时一部分富氧液空去粗氩I塔顶部冷凝器将粗氩气冷凝成工艺氩，此阀门不能关小，造成去上塔的富氧液空过多，去粗氩I塔冷凝器的液空不够，无法产出合格的工艺氩，最终无法产出合格精液氩。

3 对73HC010阀门处理

空分分馏塔系统工艺阀门73HC010调节失控，自动、手动均无法关闭，阀门最小开度在50%。下塔液空进入上塔流量无法很好地调整，致使分馏塔系统氩气无法提纯。此阀门为美国福斯生产，国内配套。阀门73HC010是低温液体气动调节阀，阀门管道直径150mm、阀杆长度600mm—800mm，阀体控制部分安装在保冷箱外壁，阀头执行部分安装在保冷箱内周围充满珠光砂，与主冷箱珠光砂联通，阀芯无法从冷箱外抽出，常规维护需清除主冷箱珠光砂，施工难度较大，成本费用较高。

该公司联系有关单位专业技术人员共同协商、讨论，根据以往施工经验，参考原设计图纸、与原空分供应厂家技术交流确认后，拟采用局部分割，给73HC010加装临时隔箱，清除隔箱里珠光砂，更换阀体，保证阀门动作灵活。

4 氩系统开车

2021年6月该公司完成大修，空分装置7月3日开车，7月10日氩系统开车，直至7月21日产出合格的精氩。氩系统整个开车过程相对比较慢，主要原因是氩系统开车过程是不断消耗冷量的过程，该公司空分装置冷量不足；同时为保证每天液氧产品销售，消耗了较多冷量，造成氩馏分不能取太多，氩系统浓缩液氩较慢。

5 氩系统运行出现的问题

5.1 氮塞

2021年7月22日空分装置发生轻微氮塞，氩馏分含量上升，氩馏分流量和粗氩Ⅰ塔阻力缓慢下降，由于操作工没有及时发现工况异常，轻微氮塞没有及时处理，最终造成严重氮塞，粗氩I塔填料上液体全部下落到粗氩I塔底部，底部液位上涨淹没粗氩I塔底部粗氩气进气口，氩馏分去氩系统的通道被阻断，造成粗氩II塔没有上升蒸汽粗氩Ⅱ塔填料上的回流液体全部流回到上塔底部主冷，氧纯度大幅度降低。

5.2 粗氩Ⅰ塔底部满液位

在氩系统运行过程中，由于氩馏分抽出量过多，循环液氩泵打量不够，粗氩Ⅰ塔底部液位持续上涨，最终满过粗氩Ⅱ塔粗氩气去粗氩Ⅰ塔进料口，导致粗氩Ⅱ塔没有上升蒸汽，塔里的液体全部流回主冷，造成主冷氧纯度降低。

5.3 倒换循环氩泵事故

2021年9月23日，运行循环氩泵P-7701A过滤器阻力上涨至10kPa，决定倒换循环氩泵B泵运行。现场将循环氩泵B泵出口阀全关，通过导淋进行排液预冷，导淋排出连续液体后，关闭导淋，打开循环氩泵B泵出口阀，启动循环氩泵P-7701B，3分钟后将循环氩泵B泵的变频升至与运行循环氩泵A泵变频一致90%，缓慢降低运行泵的变频(90%降至76%)，在降低运行泵变频过程中，泵出口压力持续下降，说明循环氩泵B泵没有打量，此时又将循环氩泵A泵变频再次升至90%，泵出口压力没有变化，说明泵体存在气体，无法将液体送出。粗氩Ⅰ塔底部液位持续上涨，最终满过粗氩Ⅱ塔粗氩气去粗氩Ⅰ塔进料口，导致粗氩Ⅱ塔没有上升蒸汽，塔里的液体全部流回主冷，造成主冷氧纯度降低。

6 事故处理

这三起事故最后的结果都是造成粗氩Ⅱ塔没有上升蒸汽，塔里的液体全部流回主冷，液位上涨，主冷氧纯度大幅度下降。

采取的措施是尽可能快速恢复氧纯度，采取主冷排液的方式，降低主冷液位。精氩塔切出避免不合格液氩进入储罐，打开循环液氩泵回流阀，减少粗液氩回上塔的量。在氮纯度合格的情况下，多产液氮，增加主冷热负荷，适当降低膨胀机负荷，加大液氧泵负荷，降低主冷液位。通过这些措施一般来说两个小时左右主冷液位开始慢慢恢复正常，氧纯度开始回升。

7 氩系统事故预防

(1)氩系统在正常运行期间氮塞出现的情况还是较少的，出现轻微氮塞及时处理，不会对系统造成较大影响。当出现氩馏分流量降低至3000Nm3/h时(正常值55000Nm3/h),主控打开工艺氩放空阀将粗氩I塔冷凝器聚集的氮气放掉，保证粗氩I塔冷凝器换热面积，主塔通过关小氧气旁通至污氮气阀门降低氩馏分中氮纯度；通过开大污氮气和氮气出换热器阀门降低氩馏分中氮纯度控制主冷液位在3100mm—3500mm之间，禁止主冷液位过高，可通过增加液氧液氮取出(纯度合格)量、减少下塔去上塔液体量、降低膨胀机负荷、增加高低压氧量、现场排液等方式，降低主冷液位，以保证主冷正常工作，确保氩的富集区不上移，保证氩馏分中氮含量不上涨。

(2)为防止粗氩I塔底部液位满液位，增加底部液位高报警值1700mm(正常运行设定值1600mm)，提醒操作人员调整，以防止液位满过粗氩I塔进料口；控制氩馏分流量不要超过57000Nm3/h，控制粗氩I塔负荷，减少冷凝粗液氩量。

(3)循环液氩泵倒泵非必要情况减少倒泵次数，中控DCS将备泵变频给定值手动输入到略高于运行泵的变频，再点击启动按钮，使电机快速启动，将出口止回阀冲开以达到液体送出，防止电机低转速时泵体内低温液体气化引起循环氩泵气化；在液氩泵出口阀和止回阀之间增加一根导淋和压力表，在倒泵时确认泵出口压力高于备用泵时，再降低主泵负荷切换为备用泵运行。如果经济上允许，技术上可行，两台循环氩泵用各自的回流阀门，一台循环氩泵正常运行，另一台循环氩泵低速转动备机。

(4)氩系统与主塔有着紧密联系，保证主塔稳定，氩系统才能稳定。影响粗氩塔正常工况建立的主要因素是氩馏份的组成及热负荷发生变化，因此，粗氩塔正常工况的调整目的就是要建立最佳的氩馏份组成及冷凝器热负荷，从而保证粗氩纯度及产量。主塔与制氩系统是相互制约、相互影响的，任何一方的工况发生变化时，必定会影响对方的正常运行，就如液空纯度会影响粗氩Ⅰ塔顶部冷凝器换热温差，最终会影响粗氩冷凝器的热负荷一样；也如氧、氮产品的流量及主冷液位的变化都会改变氩馏分中的氧含量一样。因此，在操作过程中应注意把主塔与制氩系统的工况当成一个整体来看待。

8 总结

氩系统是一个难建易垮的系统，在操作过程要密切注意：出现氮塞情况要及时处理，避免出现严重氮塞；氩系统重要参数的变化要时刻注意，尽量保证指标在设计范围之内，可通过增加报警值提醒操作人员，减少系统工况恶化的可能；有氩系统的空分装置在设计阶段考虑循环氩泵设计各自的回流阀门；对冷箱节流阀门设计单独的阀门室；在原始开车裸冷过程中考察空分的性能，对每个调节阀调试，尤其是冷箱内阀门。