13000Nm3/h空分設(shè)備精氬塔氮塞處理與調(diào)整優(yōu)化操作

張勇志　李豪　姜琳

【摘 要】介紹了氬系統(tǒng)調(diào)試期間，精氬塔頻繁氮塞的現(xiàn)象和應(yīng)對(duì)方法。

【關(guān)鍵詞】調(diào)氬；氮塞；優(yōu)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 制氧系統(tǒng)流程簡(jiǎn)介及精氬塔氮塞現(xiàn)象描述

某氧氣廠五期制氧設(shè)備為KDONAr-13000/13000/360型空分設(shè)備，于2012年6月達(dá)標(biāo)投產(chǎn)。此制氧裝置采用目前國(guó)內(nèi)流行的常溫分子篩凈化、空氣增壓透平膨脹機(jī)、全精餾無(wú)氫制氬流程。采用了河南開(kāi)元空分集團(tuán)專利：自主開(kāi)發(fā)的新型粗氬塔冷凝器技術(shù)。新型不用排放不凝氣的粗氬塔冷凝器，徹底解決了由于結(jié)構(gòu)原因發(fā)生粗氬塔冷凝器的泄漏問(wèn)題，安全系數(shù)大大提高。采用特殊處理，流動(dòng)能力和流動(dòng)特性得到了改善。避免了粗氬塔冷凝器泄漏的潛在危險(xiǎn)，并改善了粗氬塔塔內(nèi)精餾工況，粗氬塔負(fù)荷和工藝氬產(chǎn)量都增加了10%左右，取得了顯著成效。

2012年6月氧氣氮?dú)猱a(chǎn)量及純度均達(dá)到合同設(shè)計(jì)值，氬系統(tǒng)投入以后發(fā)現(xiàn)精氬塔工作不穩(wěn)定，頻繁氮塞。具體現(xiàn)象有：精氬塔上部、下部壓力大幅波動(dòng)并越來(lái)越高，基本在20kpa以上。投自動(dòng)的精氬塔廢氣放空閥開(kāi)度越來(lái)越大甚至全開(kāi)，工藝氬流量也隨之劇烈波動(dòng)無(wú)法控制，并且越來(lái)越小，精氬塔冷凝器的液氮液位逐漸升高，精氬塔冷凝器氮?dú)馊ノ鄣獨(dú)饪偣荛y門的開(kāi)度越來(lái)越小。精氬塔工況波動(dòng)影響到整個(gè)氬系統(tǒng)甚至主塔的波動(dòng)，嚴(yán)重影響空分的平穩(wěn)運(yùn)行。

2 制氬系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)介

氬餾份氣體從上塔中部相應(yīng)部位抽出，導(dǎo)入粗氬塔的底部，低溫精餾，最終得到含氬99.7%和含氧≤2×10-6的工藝氬氣，部分工藝氬氣被導(dǎo)入精氬塔中部，繼續(xù)精餾；其余大部分被冷凝器另一側(cè)的液空所冷凝，作為粗氬塔的回流液，粗氬塔上部粗氬冷凝器采用過(guò)冷后的液空作冷源，粗氬塔冷凝器中蒸發(fā)后的液空蒸汽和相當(dāng)于2%總液空量的液空同時(shí)返回上塔。工藝氬氣從精氬塔中部進(jìn)入作為上升蒸汽參加精餾，與此同時(shí)在精氬塔蒸發(fā)器氮側(cè)利用下塔頂部來(lái)的壓力氮?dú)庾鳛闊嵩?，促使精氬塔底部的液氬蒸發(fā)成上升蒸汽，而氮?dú)獗焕淠梢旱?jié)流后送入上塔參加精餾。來(lái)自過(guò)冷器并經(jīng)節(jié)流的液氮進(jìn)入精氬塔冷凝器作為冷源，使精氬塔頂部產(chǎn)生回流液，以保證塔內(nèi)的精餾，使氬氮分離，從而在精氬塔底部得到99.999%Ar的液氬。這些液體被導(dǎo)入液氬貯槽。氬餾分組分含量和流量是氬系統(tǒng)精餾工況的關(guān)鍵，多種因素都會(huì)導(dǎo)致氬在上塔的分布的變化。大量經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，氬餾分中氬含量是隨氧純度的上升而降低的，氧純度每變化0.1%，氬餾分中氬含量就會(huì)變化0.8%～1%[1]。氬餾分中氬含量的變化，就有可能使氬餾分中含氮量過(guò)多，大量氮進(jìn)入粗氬塔后不能被粗氬冷凝器液化，積聚在粗氬冷凝器粗氬側(cè)，從而導(dǎo)致粗氬冷凝器溫差大幅減小，甚至為0，這就是“氮塞”現(xiàn)象。如果氬餾分中超標(biāo)的氮被工藝氬導(dǎo)入精氬塔，聚集在冷凝器氬側(cè)，由于其溫度與液氮溫度相近甚，將使精氬冷凝器無(wú)法工作，精氬塔中的上升氣不能被冷凝器液化，工藝氬不能被導(dǎo)入精氬塔，從而引起精氬塔氮塞。

3 系統(tǒng)工況的調(diào)整

本套項(xiàng)目中，精氬塔頻繁出現(xiàn)壓力升高，工藝氬無(wú)法正常進(jìn)入精氬塔等一系列現(xiàn)象，由此首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工況做了相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。

1）穩(wěn)定出口壓力，空壓機(jī)的恒壓控制通常采用兩種方式

方式一，通過(guò)放空閥進(jìn)行自動(dòng)控制，保證始終有一定開(kāi)度的放空量，切換時(shí)放空閥自動(dòng)跟蹤，以彌補(bǔ)純化系統(tǒng)充壓過(guò)程造成的系統(tǒng)壓力下降。方式二，通過(guò)空壓機(jī)入口導(dǎo)葉進(jìn)行自動(dòng)控制，切換時(shí)導(dǎo)葉自動(dòng)開(kāi)大，來(lái)彌補(bǔ)空壓機(jī)出口壓力的降低。依據(jù)本機(jī)組自身?xiàng)l件，采用了第一種調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)。達(dá)到了空壓機(jī)出口壓力穩(wěn)定的要求，使系統(tǒng)切換時(shí)平穩(wěn)進(jìn)行。

2）純化系統(tǒng)的優(yōu)化

（1）調(diào)整純化系統(tǒng)充壓時(shí)間在16分鐘，使充壓閥逐步打開(kāi)，以保障整個(gè)充壓期間壓力基本穩(wěn)定，從而使分子篩切換時(shí)主塔工況盡可能平穩(wěn)。

（2）調(diào)整再生氣量穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)整與冷吹、放空切換閥串聯(lián)的手動(dòng)閥開(kāi)度，使再生氣氣量在分子篩吸附解吸過(guò)程中基本保持一致。

（3）調(diào)整膨脹空氣流量，控制膨脹空氣進(jìn)上塔的流量，旁通了部分膨脹空氣去污氮，減少了膨脹空氣進(jìn)上塔的氣量。

（4）通過(guò)調(diào)整上塔、下塔液氮閥以及氧、氮、污氮返流氣的氣量比例，使下塔液空純度為36～38%，下塔液氮純度10ppm以內(nèi)，上塔氮?dú)饧兌?0ppm以內(nèi)，污氮含氧量為2%以下。

（5）降低上塔操作壓力，改善主塔及氬餾分組分結(jié)構(gòu)。使污氮出分餾塔壓力從17kPa降低到14.5kPa。

（6）調(diào)整的粗氬塔工況，把主塔和粗氬塔看做一個(gè)整體來(lái)考慮，兩者中任一參數(shù)偏離正常工況通常都會(huì)引起其他參數(shù)的變化，因此操作調(diào)整時(shí)一定要具有前瞻性，且緩慢操作，工況穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，調(diào)整氬餾份氬含量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（7）精氬塔工況的調(diào)整，調(diào)整精氬塔廢氣放空閥的PID設(shè)定參數(shù)，使精氬塔壓力保持平穩(wěn)。適當(dāng)提高精氬塔冷凝器蒸發(fā)側(cè)壓力，使精氬塔工作趨于連續(xù)。

采取以上措施后，精氬塔終于能夠連續(xù)穩(wěn)定的工作，氬系統(tǒng)和主塔系統(tǒng)工作穩(wěn)定，氧氮?dú)瀹a(chǎn)品純度及產(chǎn)量均達(dá)到或超出設(shè)計(jì)值，液氬產(chǎn)量達(dá)到了410 Nm3/h左右，贏得了業(yè)主的滿意和信任。

4 結(jié)束語(yǔ)

氬系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行受很多因素的影響，因此要保證制氬系統(tǒng)的穩(wěn)定，就要全面考慮分析工況，找出異常的工況的誘因，有針對(duì)性采取措施，切記經(jīng)常、大幅度調(diào)整工況，氬系統(tǒng)的每次細(xì)微調(diào)整均需要較長(zhǎng)時(shí)間才能在工況上反映出來(lái)，因此保持清晰的思路，平和的心態(tài)。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]