淺談75 000 Nm3/h制氧機組氬系統操作要點

吳 冰

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063210)

隨著工業氣體行業的迅速發展，鋼鐵冶煉等生產過程對氬需求量及純度要求日益提高。同時，作為空分生產的副產品，液氬在工業氣體市場中價格和利潤較高。因此，鋼鐵企業配套的制氧機組對氬系統操作要求更為自動化、智能化、精細化。同時，為了滿足精煉全程低吹氬氣的需求和液氬外銷創收，優化空分機組氬系統操作、提高空分裝置運行的穩定性、提高空分的氬提取率非常必要。

1 75 000 Nm3/h制氧機組粗氬塔的啟動要點

在空分裝置冷開車初期，不宜過早的投入粗氬塔，原因主要由以下方面：

1. 主塔正常氧濃度梯度尚未建立時，過早投入粗氬塔使氬餾分氮含量高，粗氬塔冷凝器換熱工況無法建立，且過多的氮進入粗氬塔，將會影響粗氬塔的氬濃度分布，延長粗氬塔中正常氬濃度梯度建立時間。

2. 冷開車初期主冷液位沒積攢起來，整個裝置冷量不夠，過早的投入粗氬塔會增加空分設備的冷損，此時可以應利用粗氬塔粗氬泵將塔釜液體回流至粗氬塔，同時根據上塔的精餾工況的變化逐步增加送往上塔的液體回流量，在不影響空分主冷氧產品濃度的前提下提供冷量加速主冷積液。

3. 主塔工況不穩定，過早投入粗氬塔可能會引起上塔各塔段回流比的變化較大，造成主塔工況波動進而破壞氧、氮純度。

因此選擇在上塔氧濃度趨于正常、主冷液氧液位在上限且穩定即冷量充足、主塔工況穩定的情況下開始投入粗氬塔。此時粗氬冷凝器的液位設定為105%投自動，逐漸增大液空的取出量來增大粗氬冷凝器熱負荷到最佳值，需要注意的是液空取出量不能過大，否則會影響上塔氬餾分抽口處的濃度組成。隨著粗氬冷凝器熱負荷的增加，氬餾分的取出量增大。開始投用時要保證氬餾分的氧含量在93%以上。如低于此值，調整液氮調節閥，使之達到規定值。保證粗氬塔工況的正常，最重要的是要保證氬餾分的抽取量和餾分組成的穩定，抽取量決定于粗氬冷凝器的熱負荷和粗氬塔壓力，餾分的組成受主塔工況的制約。

在粗氬塔投入過程中需要監控冷凝器及粗氬塔液位的平穩變化、蒸發壓力及粗氬塔中阻力變化，并要確保氬餾分抽出量的變化對上塔各塔段回流比不會引起較大的波動，確保氬塔投放過程中上塔工況的穩定。同時要保證下塔的液空純度穩定，防止粗氬冷凝器負荷反復波動。在此期間，如果各塔精餾工況正常，粗氬排氣閥的開度應根據氬餾分及粗氬中氧含量做相應調整，在不出現“氮塞”情況、不影響冷凝器正常工作的前提下應盡量關小，以加速粗氬塔中氬濃度的分布過程。

2 75 000 Nm3/h制氧機組精氬塔的啟動要點

含氧<1×10-6的粗氬從粗氬塔中被抽出，進入精氬塔參加精氬塔精餾。精餾所需的上升氣一部分來自于精氬塔底蒸發器蒸發的氬氣，液氬的蒸發用來自下塔的液空做熱源，精餾所需的回流液是上升氣在冷凝器中被冷凝的液體，冷源采用下塔的液空。精氬塔的操作工況主要取決于冷凝器與蒸發器工作能否很好配合，使回流液量和上升蒸氣量有一個適宜的回流比，以生產出純度較高的氬。如果冷凝器冷量過多，液化量增加，回流液就增加，回流比增大，回流液中的氮組分就不能被充分蒸發出來，導致流到塔底的純氬中氮含量過高，液氬純度降低。如蒸發器中的氣氬量過少，上升氣量不足，回流比增大，也會造成上述現象。精氬塔的操作一定要注意精氬塔的壓力變化，壓力成負壓要開大粗氬送出閥防止吸入外界濕空氣，若壓力突然升高，可能是氮含量高，此時要注意粗氬流量變化，倘若粗氬流量減少要開大粗氬放空閥保證粗氬流量，防止氮氣積聚在粗氬冷凝器中引起氮塞。

3 75 000 Nm3/h制氧機組氬產量提高的操作要點

75 000 Nm3/h制氧機組在常規變負荷的基礎上，還設計了快速變負荷的能力，在空氣量基本不變的基礎上，氧氣產量可以在±20 000 Nm3/h之間進行快速的調節，同時不影響空分機組的提氬。

不同工況下氬氣和液氬的產量如表1所示。

表1 75 000 Nm3/h制氧機組在不同工況的氬產量

由表1可以看出本套機組設計工況下氬產量為2416 Nm3/h，最大產量能夠達到2613 Nm3/h。在空氣量不變的情況下，適當提高粗氬塔冷凝器熱負荷，以增加氬餾分量，同時提高粗氬產量。在做此調整時需同時對空分主塔進行適當調整：在保證氧、氮產品要求的前提下，保持氬餾分的穩定，同時盡可能提高污氮純度，減少氬損失，提高氬提取率。

本套75 000 Nm3/h制氧機組將液氬貯槽的放空氬氣返回到氬換熱器中，利用下塔壓力液氮將氬液化回收，并送回到精氬塔底部入液氬儲罐，變相提高了粗氬產量。

4 結 論

本套75 000 Nm3/h制氧機組的氬系統操作相對復雜，并且氬系統和主塔的關聯性強，因此對氬系統的操作要在下塔、上塔工況穩定的基礎上，緩慢多次調整，并遵循在上一次調整穩定的情況下再進行下一步調節，總之制氬系統的操作一定要科學、合理、緩慢地進行, 切不可背離組分平衡和裝置精餾能力的最大限度, 否則將使操作失敗，進而可能會影響到氧、氮產品的純度。