關(guān)于優(yōu)化20000m3/h空分設(shè)備操作提高氬純度的研究

摘 要 本文從控制系統(tǒng)波動(dòng)、優(yōu)化粗氬塔控制、調(diào)整精氬塔控制幾方面入手，提出了20000m3/h空分設(shè)備操作的優(yōu)化策略，并展開(kāi)了為期6個(gè)月的操作分析。結(jié)果表明，這些優(yōu)化操作策略能夠達(dá)到提升氬純度、降低氬產(chǎn)品中含氧含氮量的效果。

關(guān)鍵詞 空分設(shè)備;操作優(yōu)化;氬純度

引言

高純度氬產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量較高，且有著極為可觀的利潤(rùn)。因此，更新調(diào)整20000m3/h空分設(shè)備操作推動(dòng)氬純度提升成為各氣體生產(chǎn)單位的關(guān)注熱點(diǎn)，擁有極高的研究現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

120000m3/h空分設(shè)備操作的優(yōu)化策略

1.1 前提條件

控制空分主塔工況的物料與冷量動(dòng)態(tài)平衡是保證氬塔正常運(yùn)行的前提，為了提升空分主塔的穩(wěn)定性，需要對(duì)粗氬塔精餾工況展開(kāi)優(yōu)化調(diào)整。實(shí)踐中，必須將加工空氣量、氮、氧、氬氣產(chǎn)量與純度維持在平衡水平，達(dá)到提升精餾效率、氬產(chǎn)品質(zhì)量以及氬純度的效果。

1.2 控制系統(tǒng)波動(dòng)

第一，降低產(chǎn)量臨時(shí)變化。筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在改變產(chǎn)量的條件下，壓力普遍會(huì)先下降后上升（或先上升后下降），最終趨于穩(wěn)定。進(jìn)一步分析得出，在產(chǎn)量變化空壓機(jī)氣量難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)補(bǔ)充/減少，最終引發(fā)壓力大幅度波動(dòng)。為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，可以在空壓機(jī)入口導(dǎo)葉位置引入自動(dòng)控制機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)葉速度、幅度、壓力等參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)整，將壓力波動(dòng)穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)（由原先的100kPa降低至10kPa）。

第二，控制氬餾分波動(dòng)?？刂?0000m3/h空分上塔阻力在3.5～4.0kPa之間;將制氫系統(tǒng)氫餾分含量穩(wěn)定在7%～10%。

第三，調(diào)整對(duì)粗氬泵流量波動(dòng)。在粗氬塔I的閥門(mén)處加設(shè)調(diào)節(jié)操控按鈕，以此實(shí)現(xiàn)液體調(diào)節(jié)幅度的降低;將粗氬塔I出口的含氧分析降低至2%O2（原先為5%O2）。

第四，降低精氬塔周期性波動(dòng)。將冷凝器換熱差從原有的70kPa提升至90kPa;將精氬冷凝器液位由原有的400mm提升至900mm。

1.3 優(yōu)化粗氬塔控制

將粗氬冷凝器的換熱溫差增高至2℃以上;對(duì)液空恒流閥門(mén)進(jìn)行開(kāi)大操作;適當(dāng)增加粗氬循環(huán)泵的轉(zhuǎn)數(shù);利用粗氬循環(huán)泵出口閥門(mén)的開(kāi)大操作促使粗氬泵打液量以及餾分氣冷凝量增高[1];在粗氬氣放空閥門(mén)中引入自動(dòng)控制裝置，一旦粗氬氣流量達(dá)到每小時(shí)400立方米時(shí)即可自動(dòng)開(kāi)啟放空閥門(mén);依托閥門(mén)精氬塔進(jìn)氣閥門(mén)的調(diào)整，將流量控制在每小時(shí)520立方米以下。

依托上述操作，促使粗氬塔的阻力有所提升，并降低粗氬氣流量，達(dá)到減少氬產(chǎn)品中含氧量的效果。

1.4 調(diào)整精氬塔控制

控制精氬塔壓力不低于10kPa;更換精氬蒸發(fā)器熱源閥門(mén)，保證精氬塔阻力不低于4.4kPa;降低粗氬氣流量放空設(shè)定值，促使精氬塔操作壓力始終穩(wěn)定在10kPa;使用2kPa的止逆閥替代原有8kPa的止逆閥，保證廢氣放空通道的暢通程度;設(shè)定每小時(shí)6.85立方米為精氫塔廢氣放空流量低報(bào)警值，將廢氣放空流量始終維持在每小時(shí)6.85立方米[2]。

依托上述操作，促使精氬塔的阻力有所提升，并推動(dòng)廢氣放空流量增大，達(dá)到減少氬產(chǎn)品中含氮量的效果。

2操作優(yōu)化后的結(jié)果分析

依照上述操作對(duì)某型號(hào)空分機(jī)的操作進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)后續(xù)6個(gè)月的氬產(chǎn)品指標(biāo)及銷(xiāo)售情況進(jìn)行總結(jié)，得到的結(jié)果數(shù)據(jù)如下：

在改進(jìn)后的第一個(gè)月中，月均氬產(chǎn)品純度達(dá)到999.9986%;月均氬中含氮量為7.75ppm;月均氬中含氧量為5.50ppm;月完成產(chǎn)量為244.59t;對(duì)內(nèi)供應(yīng)量為244.59t;對(duì)外銷(xiāo)售量為0。

在改進(jìn)后的第二個(gè)月中，月均氬產(chǎn)品純度達(dá)到999.9989%;月均氬中含氮量為6.01ppm;月均氬中含氧量為4.72ppm;月完成產(chǎn)量為309.42t;對(duì)內(nèi)供應(yīng)量為309.42t;對(duì)外銷(xiāo)售量為0。

在改進(jìn)后的第三個(gè)月中，月均氬產(chǎn)品純度達(dá)到999.9991%;月均氬中含氮量為5.54ppm;月均氬中含氧量為3.55ppm;月完成產(chǎn)量為667.71t;對(duì)內(nèi)供應(yīng)量為227.73t;對(duì)外銷(xiāo)售量為439.98t。

在改進(jìn)后的第四個(gè)月中，月均氬產(chǎn)品純度達(dá)到999.9993%;月均氬中含氮量為3.68ppm;月均氬中含氧量為2.85ppm;月完成產(chǎn)量為789.32t;對(duì)內(nèi)供應(yīng)量為238.14t;對(duì)外銷(xiāo)售量為551.18t。

在改進(jìn)后的第五個(gè)月中，月均氬產(chǎn)品純度達(dá)到999.9996%;月均氬中含氮量為1.97ppm;月均氬中含氧量為1.38ppm;月完成產(chǎn)量546.31t;對(duì)內(nèi)供應(yīng)量為157.25t;對(duì)外銷(xiāo)售量為389.06t。

在改進(jìn)后的第六個(gè)月中，月均氬產(chǎn)品純度達(dá)到999.9997%;月均氬中含氮量為1.52ppm;月均氬中含氧量為1.00ppm;月完成產(chǎn)量為642.88t;對(duì)內(nèi)供應(yīng)量為233.06t;對(duì)外銷(xiāo)售量為409.82t。

由此可以看出，在引入前文所述的操作優(yōu)化方法后，氬產(chǎn)品的純度均穩(wěn)定在99.9995%以上，且其中的含氧量、含氮量逐步下降，最低達(dá)到1.00ppm以及1.52ppm，這樣的結(jié)果證實(shí)了采取的優(yōu)化操作在提升氬純度方面發(fā)揮出較好作用。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在保證空分主塔工況的物料與冷量動(dòng)態(tài)平衡的條件下，依托控制系統(tǒng)波動(dòng)、優(yōu)化粗氬塔控制、調(diào)整精氬塔控制，達(dá)到了降低氬產(chǎn)品中含氧量、含氮量的效果。實(shí)踐結(jié)果表明，在引入前文所述的操作優(yōu)化方法后，氬產(chǎn)品的純度均穩(wěn)定在99.9995%以上;氬產(chǎn)品中的含氧量、含氮量均呈現(xiàn)出明顯下降趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周金城.20000 m3/h內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備主換熱器操作方法改進(jìn)[J].低溫與特氣，2018，36（3）：30-33.

[2] 焦兆文.優(yōu)化20000m3/h空分設(shè)備操作提高氬純度的實(shí)踐[C].中國(guó)金屬學(xué)會(huì).第十一屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集——S17.冶金設(shè)備與工程技術(shù).中國(guó)金屬學(xué)會(huì)：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，2017：412-415.

作者簡(jiǎn)介

石偉（1987-），男，河南駐馬店人;學(xué)歷：本科，職稱(chēng)：助理工程師，現(xiàn)就職單位：湖南湘鋼梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司，研究方向：空分裝置的運(yùn)行管理。