如何在西鋼空分系統中有效提高氬氣提取率

摘要：在科技發展日新月異的今天，鋼鐵工業的前行與空分氣體的發展是互相依存、互相促進的關系。鋼鐵工業的增長帶動了空分氣體的發展，氣體工業的發展又促進了鋼鐵工業邁步前行，兩者的關系密不可分。文章對如何在西鋼空分系統中有效提高氬氣提取率進行了探討。

關鍵詞：西鋼空分系統；氬氣提取率；氬塔系統；鋼鐵工業；氣體工業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ116 文章編號：1009-2374（2015）11-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.017

近期，由于西寧特殊鋼股份有限公司新建煉鋼、精品棒材生產線的投入使用以及煉鋼用戶新工藝的增加和部分生產工藝的改進，氬氣產品的消耗量也隨之增加，而對于我單位KDON——15000m3/h型空分系統中500m3/h的粗氬產量已經不能滿足生產用戶和外銷量的需求。為此根據能源作業區領導的指示安排，空分系統操作人員進行了一系列系統參數及工藝工況的調整，進一步通過改善操作方法來提高氬氣產品的提取率，以保證各用戶的需求量，達到節能減排、增產創效的目的。

1 空分系統中的主塔工況是氬精餾系統的根本和基礎

一般來說，空氣中的氬氣含量是恒定不變的。在氣體工業生產中，要想提高產品氬氣的產量，首先需要增加原料空氣量。因此，空分操作人員根據空氣壓縮機流量先將進塔空氣量由原來的76000m3/h提高到78000m3/h。

進塔空氣量增加后，根據氬餾份在線純度分析儀AI701，將產品氧氣的產量由15000m3/h提高到15500m3/h，并將氬餾份純度分析儀AI701的百分含量控制在8%～9%Ar以內，為初步提高粗氬產量做好前期準備。

與此同時，在確保主冷液位相對穩定的基礎上，為了進一步挖掘空分系統主塔中上塔的精餾潛力，將膨脹空氣旁通進入污氮氣管道的氣量FI1由2800m3/h減少到2650m3/h。

這樣逐步調整主塔工況，首先是為了進一步挖掘上塔的精餾潛力，從而可以有效提高氧氣和氮氣的產量；其次是為氬精餾系統工況調整和氬氣產品提取打下良好的基礎；再次是充分增加空分系統中的氬組份含量，即有從（76000-2800）*0.932%=682m3/h提高到（78000-2650）*0.932%=702m3/h，702-682=20m3/h，因此，在通常情況下有20m3/h氬組份含量的增加量。

2 粗氬塔的工況及有效調節是提高氬氣產量的中間環節和有效組成部分

在氬塔系統中，參與精餾的粗氬氣產量直接決定了產品氬氣的提取量，而從上塔中抽取出的氬餾份氣量FIC702又制約著粗氬氣的產量。

首先，操作人員對粗氬Ⅱ塔C702頂部冷凝器的液空進口閥門V701進行調節，開度由50%調節至51.5%，使粗氬Ⅱ塔C702上部的液空液位由300mm提高到315mm。隨著粗氬II塔C702的冷凝器中冷量的增加，其中的回流液也會明顯增加，與此同時塔內阻力PDI702由6.0kPa升高至6.3kPa，從而使大量進入粗氬Ⅱ塔的氬餾份氣體得到充分精餾，在上升氣體與回流液體的洗滌及熱交換過程中，使上升蒸汽中的氧組份被充分清除，部分被粗氬Ⅱ塔頂部回流空氣帶回主冷上塔。

其次，操作人員調整粗氬I塔C701中的回流比。當粗氬Ⅱ塔C702中的回流液明顯增加時，則會有大量的粗氬液體在粗氬Ⅱ塔C702底部積累，使底部粗氬量液位逐漸升高，因此液氬泵出口的壓力PICA705也會隨之升高。根據其出口壓力PICA705的升高，可逐步調節液氬進粗氬I塔C701的調節閥門V713，以此來增加粗氬I塔C701中的回流液體，使其塔內阻力PID701逐漸升高，由原來的3.1kPa升高到3.3kPa，進一步使粗氬氣體中的含氧量分析儀AIA702的分析值有所降低。

與此同時，隨著粗氬I塔、Ⅱ塔內部阻力的逐漸升高以及兩粗氬塔中冷量的增加，使得出粗氬I塔的氬餾份流量FIC702由原來的18000m3/h提高到18400m3/h，為提高粗氬氣產量打下了良好的基礎。

因此，操作人員可根據氧含量分析儀AIA702，在保證AIA702分析儀的氧含量百分值不高于3%的情況下，通過逐步調節將粗氬氣產量FIC701由500m3/h提高至550m3/h，這樣一來可計算得出粗氬量的提取率：

由原來ρ粗=500/（76000-2800）*0.932*100%=73.3%

提高到ρ粗=550/（78000-2650）*0.932*100%=78.4%

使粗氬的提取率Δρ粗=78.4%-73.3%=5.1%

所以，粗氬量的提取率就有了明顯的提高，為實現此次有效調節完成了第二步。

3 精氬塔系統是生產液氬的主要設備，精氬塔的工況直接影響液氬產品的數量和質量

根據對精氬塔C703的內部壓力PICS704和頂部冷凝器液氮溫度TIA702的調節控制，來減少精氬塔頂部氬氣的余氣排放量。在精氬塔C703中，由來自下塔的壓力氮氣對精氬塔底部液氬進行復熱，使其中的氮組份經蒸發后通過C703頂部的壓力調節閥V751排出塔外。與此同時，隨著氮組份的不斷蒸發，部分氬組份也混合在上升汽中隨之蒸發甚至排出塔外，也就造成了部分氬氣產品的損失。

此時，操作人員通過調整精氬塔C703頂部冷凝器的液氮調節閥V706的開度大小以及C703底部蒸發器中來自下塔的壓力氮氣量，進一步調整精氬塔C703的壓力PICS704在適度范圍內，從而來控制精氬塔C703頂部的廢氣排放量FI751的大小。

經全面調節后，當粗氬氣產量FIC701為550m3/h時，在粗氬純度AI701在99%Ar左右的情況下，計算得出粗氬產量中的含氮氣量為：550m3/h*（100%-99%）=5.5m3/h

則在通常情況下，將精氬塔C703頂部廢氣排放量FI751應該控制在6～7m3/h即可。與此同時，在正常生產運行調節中，精氬塔內部壓力PICS704和余氣排放量FI751的調整也要參照精氬塔C703底部的微量氮分析儀AI707的分析值不高于10ppm。

在日常氬氣產品純度調節中，操作人員還發現，對精氬塔底部液體蒸發器換熱面積的有效把握也是控制AI707分析值大小的重要因素之一。通常情況下，為了達到最佳換熱狀態，一般將底部液位的高度保持在蒸發器高度的80%左右，即1600mm*80%=1280mm，因此將其中液氬液位控制在1250mm左右為宜。

4 結語

通過對我單位KDON——15000m3/h型空分系統中的主塔、氬塔系統工況及各參數的一系列有效調節，經改善操作方法充分提高了氬氣產品的提取率，在保障設備正常生產運行及生產工藝的情況下，有效提高了氬氣產品的生產量，在完成了各生產單位需求量及外銷量的保供任務的同時，達到了節能減排、增產創效的目的，為全公司能源介質的節能減排工作做出了很大的貢獻。

參考文獻

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作者簡介：李永洲（1985-），男，青海西寧人，西寧特鋼集團助理工程師，研究方向：鋼鐵冶煉中各類能源介質的生產與保供。

（責任編輯：周 瓊）