空分提氩系统的优化操作与挖潜改进

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1、空分提氩系统的优化操作与挖潜改进氩在空气中的体积含量为0．932％，为五种稀有气体之一。除了用于焊接外，氩还广泛用于炼钢业、灯泡业、电子工业等。由于氩市场需求很大，而且利润高，故各气体生产单位对空分提氩系统的优化操作及提氩空分装置的挖潜改进都相当重视。本文以提高氩经济效益为目标，根据作者在气体生产厂的工作经验，对此问题作定性分析和探讨。1空分提氩系统工作原理  利用低温精馏从空气中提取氩产品的工艺流程(流程简图见图1)可分为两种类型，分别是传统制氩和全精馏制氩。这两种制氩方式的原理基本相同，都是在粗氩塔中完成氧一氩分离，精氩塔中完成氩一氮分离。所不同的是在传统制氩工艺

2、流程中，粗氩塔只能实现氧的百分量分离(2％)，还需加氢除氧才能进一步降低氧含量；而在全精馏制氩工艺流程中，由于采用了规整填料，在粗氩塔中就能实现氧的×10-6(ppm)级分离，可使氧含量降至(1~2)×10-6。  无论传统制氩还是全精馏制氩，塔中精馏工况的建立都是相同的。粗氩塔的原料气来自上塔的氩馏分，粗氩塔的回流液返回上塔，来自下塔的液空为粗氩冷凝器提供冷源，液空蒸汽及回流液空返回上塔。由于氩的蒸汽压力曲线介于氧、氮之间，故它在精馏塔中的工作特性也介于氧、氮之间。进入空分下塔的所有氩随液空和污液氮流出，其中大部分随液空流出。在空分上塔中，进入的氩在上部塔板冷凝，在

3、下部塔板蒸发，故在上塔中部形成氩富集区。从底部开始浓度增加，达到最大值后再下降。粗氩塔的进料就来自于上塔氩富集区。由于上塔氩馏分抽口位置已定，故上塔精馏工况的改变将造成氩富集区的移动，导致氩馏分组分的变化。氩富集区上移，氧含量过高，氩提取率受影响；氩富集区下移，氮含量过高，将影响粗氩冷凝器的换热工况，严重时将出现“氮塞”、粗氩塔精馏工况破坏的现象。由此可见粗氩塔与主塔精馏工况息息相关，相互制约(由于精氩塔与其他塔系的耦合性不强，且操作较简单，故本文对此部分不作作探讨)。  粗氩冷凝器是粗氩塔的关键设备，冷凝器中液空与上升粗氩间的传热工况直接影响到塔是阻力及浓度分布，对

4、氩产品的产量、纯度、氩提取率产生很大影响。粗氩塔冷凝器换热工况的影响因素，主要有冷凝器蒸发侧压力、液空组分含量和冷凝器液空液位高度。在液空组分一定的前提下，随着蒸发侧压力的降低，蒸发温度将降低，换热温着随之增大，不过蒸发侧压力并不能随意而定，还要受到粗氩冷凝器液空蒸汽返回上塔处的压力制约。若蒸发压力保持一定，随着液空氧含量的增多，蒸发温度提高，冷凝器换热温差相应减小。冷凝器中液空液位高度对浴式换热器换热工况的影响为：液空液位高度的存在可使蒸发侧底部产生一定压力，能克服液空在翅片通道中的流动阻力。随着液空液位的增高，液空的循环倍率增加，粗氩冷凝器热负荷随之提高。但过高的

5、液位，反而会因蒸发侧底部液空蒸发温度升高，使冷凝器的平均换热温差减小，造成冷凝器负荷下降，不利于粗氩塔中氩一氧分离。2空分提氩系统的优化操作2.1隐态运行  空分主塔的稳定是氩塔工况正常的前提条件，与此同时粗氩塔精馏工况的好坏也将影响到主塔的稳定。在对氩系统进行调节时(本文主要指粗氩的调节)必须同时调节空分主塔和粗氩塔，才能获得尽可能高的氩提取率。  由于大部分的氩损失在排放的污氮气中，故首先要使随污氮气排走的氩尽可能降至最小。即在减少装置的跑冷损失、复热不足损失的前提下，尽可能减少去上塔的膨胀空气量，调节污液氮去上塔的回流量，使污氮气中的氧浓度降至最小。在做此调节中

6、，必须保持上塔主冷蒸发侧的氧浓度不变。因为氧浓度增加将导致氩馏分中氧浓度增加，影响氩提取率；氧浓度减少将导致氩馏分中氮含量增高，使粗氩塔顶部氮含量增大，冷凝器换热工况变差，回流液减少，精馏工况变差。  此外，可通过下述方式对粗氩冷凝器换热工况进行调节，建立粗氩塔最佳精馏工况：  (1)通过适当降低液空纯度、合理选择粗氩冷凝器液空恒流量，以调节冷凝器蒸发侧液空氧含量来增大传热温差；  (2)合理选择液空液位；  (3)合理设定回上塔的液空蒸汽流量及粗氩抽取量,以确定粗氩塔中适宜的回流比。2.2缩短空分氩系统冷开车时间  当空分停车时，集聚到粗氩塔釜中液体的氩浓度介于运行

7、时塔顶与塔底氩浓度之间，在冷开车恢复氩塔精馏工况时，若将此部分液体排放掉，将造成氩的损失，若过早将其送往空分上塔，则将影响主塔氧浓度的分布，反而会延长氩正常精馏工况的建立时间。应利用粗氩塔粗氩泵将塔釜液体回流至粗氩塔，同时根据塔中换热工况、精馏工况的变化逐步增加送往上塔的液体回流量，避免空分主冷氧产品浓度被破坏。  在空分装置冷开车初期，主塔正常氧浓度梯度尚未建立时，不宜过早投入粗氩塔。因此时氩馏分氮含量高，粗氩塔冷凝器换热工况无法建立，且过多的氮进入粗氩塔，将会影响粗氩塔的氩浓度分布，延长粗氩塔中正常氩浓度梯度建立时间。故一般在上塔主冷侧氧浓度趋于