空分装置粗氩塔氩固化的分析与处理

空分装置粗氩塔氩固化的分析与处理

李德顺

天津天钢联合特钢有限公司天津市301500

摘要：随着经济的不断发展和科学技术的逐渐进步，越来越多的新技术被运用到工业生产领域中，其中空分装置在工业生产领域中的应用范围日渐广泛。在应用空分装置时，由于空分产品的氧取出量较大，上塔主冷中液氧液位过高或下塔液空纯度过低等异常都会引发“氮塞”故障。因此文章就空分装置粗氩塔氩固化故障进行分析和处理。

关键词：空分装置；粗氩塔氩固化；分析；处理

空分装置可以有效的将空气根据沸点不同进行分离，最终得到氧气、氮气等各种气体，目前的空分装置工作温度为77k。“氮塞”的产生往往是氩馏分中氮含量过高所引起的，即大量的氮随氩馏分进入粗氩塔冷凝器，由于氮组分在粗氩塔冷凝器中是无法冷凝的，所以粗氩塔冷凝器的大量换热面积被其侵占，严重影响了氩的冷凝，形成“氮塞”。氩系统出现“氮塞”，会影响氩的产量和纯度，如不及时消除，还会导致氩系统无法继续工作，从而给企业造成很大的经济损失。

一、空分装置的概述

空分装置又被称为空气分离装置，组成部分主要有空气过滤系统、压缩系统、预冷系统、分子筛纯化系统、低温精馏系统、液体贮存系统、仪控系统等，这些装置主要是利用吸附、深度冷冻以及膜分离等物理手法将空气中的氧气、氮气等稀有气体分离出来，同时对这些气体进行收集的一个过程。其分离出来的产品主要被应用到石油、冶金、化工以及医疗等诸多行业当中。空分装置被用于石化、煤化工、钢铁冶炼工业等行业的概率较多，特种气体被当成保护气应用到电子设备、玻璃生产、光纤等领域当中。目前，空分装置逐渐向大型化、岛群化、自动化、装备集成化的方向发展。

二、空分装置布置的原则

（1）在进行空分装置布置时，一定要严格依照厂区的总体要求进行规划设计，在保证装置的协调性与统一性的同时，满足工厂现阶段的实际需求与技术改造需求，最大限度的降低投资成本和工业用地，为企业安全生产提供有利保障。（2）在实际运行中，空分装置的进风口经常会出现二氧化碳或是碳氢化合物，这些物质的出现会影响分子筛的负荷量，情况严重时还会引起空分装置停车，给生产带来一定的安全隐患。因此，在布置空分装置时，一定要对进口进行检查，将影响其负荷的二氧化碳或碳氢化合物控制在安全范围之内。（3）在对一些特殊设备进行布置时，要根据当地的气候、温度、降水量、风沙大小等情况合理运用室内布置，以确保装置的正常运行。（4）企业是为了盈利，因此，空分装置配管在进行布置时，一定要考虑到装置地面零点标高和绝对标高两者间的关系，并依据装置竖向布置情况确定两者的位置。对有些重载荷或振动设备在进行安装时，要充分考虑地质因素，设备整体布局一定要参考工艺流程和顺序进行布置，最大限度的缩短管道长度，控制成本，减少不必要的浪费。（5）严格按照要求进行布置，在满足生产安全的基础上，加强设备监督与维修，降低能耗，减少设备排污对环境的影响。

三、粗氩塔的作用

在氩系统中，粗氩塔的作用是除去氩馏分中的氧组分，制取氧含量≤2PPm的合格粗氩，为生产高纯度的液氩产品奠定基础。由于氧、氩在常压下沸点相当接近（仅差3K），分离较困难。粗氩塔的氩馏分中约有2/3的氩被回流液洗涤下来。因此，氩馏分中的氩只有一小部分作为粗氩被提取，所需的氩馏分量约为粗氩量的35～40倍。另外，氧、氩的挥发度均接近于1，因此，分离氧、氩需要很多塔板，相应粗氩塔的阻力较高。例如筛板粗氩塔需要170～200块塔板，相应的阻力为51～60KPa，规整填料粗氩塔的阻力约为13KPa左右（包括粗氩塔Ⅰ、II）。因此，粗氩塔精馏工况是否稳定，对氩的产量和纯度有较大影响。

四、空分装置粗氩塔氩固化的原因及处理

（一）粗氩塔冷凝器的热负荷过低

粗氩塔正常工况的调整目的，就是要建立最佳的氩馏分组成及冷凝器热负荷，提早预防“氮塞”，从而保证粗氩产量及纯度。影响粗氩塔正常工况建立的主要因素，是氩馏分的组成及热负荷的变化。调整粗氩塔冷凝器液空侧的液位是改变热负荷的最有效方法。一般情况下，液空液位升高，粗氩塔的阻力上升，反之下降。但是液空液位过高，会影响液空蒸发侧的平均温度，使平均换热温差减少，不但不能使粗氩塔阻力提高，反而会使其下降。但液空液位过低会加速液空中碳氢化合物的积聚，不利于安全生产，所以粗氩塔冷凝器的液空液位要适宜，这就要求液空回流阀保持适当开度。经验证明，液空液位一般控制在500～800mm为宜。

（二）产品氧取出量过大

氧产量的变化对氩馏分的影响较大。氧取出量过多，氧纯度过低，使上塔富氩区严重下移，这是造成氩馏分氮含量超标的常见原因。氮产量的变化对氩馏分也有一定的影响，程度相对较小，降低氮产量，氩馏分中氮含量稍有提高。所以，应适当关小送氧阀，减少送氧量，同时开大送氮阀，以保证上塔压力一定。

（三）液空节流阀自动调节不稳定

上塔液空节流阀自动调节不稳定时，氩馏分也将随之波动，阀门开度过大，进上塔的液空回流液增加，氩馏分中氮含量超标。粗氩塔冷凝器液空节流阀自动调节不稳定时，也将影响氩馏分。该阀门开度过小，上塔液空节流阀则开大，氩馏分中氮含量超标。因此，要经常观察液空节流阀自动调节是否稳定。

（四）主冷中液氧液位过高

主冷中液氧液位过高，说明进上塔的液空回流液增加或主冷中液氧蒸发量减少，则氧纯度降低，富氩区严重下移，相应氩馏分中氮含量超标。粗氩Ⅰ塔的回流液过多，易造成主冷中液氧液位突然提高、氧气纯度明显下降。对此，液氩泵去粗氩Ⅰ塔的流量要稳定，这就要求液氩泵回流阀开度稳定，以及粗氩II塔底部液位稳定。另外，粗氩Ⅱ塔底部液位指示计失灵或出现故障，较实际液位偏高，流量自动调节系统误导液氩泵回流阀，使其开度过大，造成流入粗氩Ⅰ塔的回流液迅速增加，主冷中的液氧液位迅速提高，氧纯度下降，氩馏分中氮含量超标。

（五）上塔操作压力大幅降低

对带分子筛吸附器的流程来说，在分子筛吸附器均压时的10～12分钟内，因进下塔的空气量减少8%～9%，而氧产量不变时，氩馏分中氮含量提高。为此，采取的措施一般有：均压阀缓慢开启，直至全开；在吸附器进入升压阶段前，空压机导叶自动开大，增加排气量，自动补充损失的空气量。另外，在喷射式蒸发器内对空排放液体时，若采用空压机后压缩空气作蒸发喷射气体排液时，因进装置空气量减少，氩馏分中氮含量随之提高。

（六）设计不合理或设备产生故障

当采用各种调整手段后，氩馏分的组分还是不能恢复正常时，就要考虑设计是否合理，设备是否产生故障。对于设计方面应考虑，上塔氩馏分抽口位置设计是否偏高或上塔液空进料口位置设计是否过低。对于设备方面应考虑，塔板效率是否下降，是否有塔板堵塞或倾斜、传质效果不好等。因为这两方面的因素都会使氩馏分中氮含量超标。引起氩馏分中各组分含量发生变化的因素众多，但产品氧气纯度的变化是首要的，因此，调整氩馏分含氩量最直接的方法是调节产品氧气量。

综上所述，空分装置作为工业生产中的重要组成部分，对促进我国经济发展有着巨大的推动作用。氩系统的“氮塞”已成为空分行业中常见的操作故障之一。因此在实际工作中，工作人员务必要熟知空分装置的概念和布置原则，熟知粗氩塔的主要作用，并认真分析粗氩塔氩固化的原因，从而采取针对性的措施予以解决，全面提升空分装置的运行效率和质量，推动我国工业生产的健康有序发展。

参考文献：

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