提高20000 m3/h制氧機(jī)氬產(chǎn)量攻關(guān)實(shí)踐

唐友軍，蔣衛(wèi)兵，黃春濤，劉江淮，孟繁濤

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱：馬鋼）20000 m3/h空分設(shè)備是杭氧設(shè)計(jì)制造的首套大型內(nèi)壓縮流程空分裝置，采用分子篩吸附凈化、膨脹空氣進(jìn)下塔，下塔為篩板塔，上塔為規(guī)整填料塔精餾、全精餾制氬流程。2004年機(jī)組建成投產(chǎn)以來(lái)，氧、氬產(chǎn)品產(chǎn)量偏低，機(jī)組運(yùn)行能耗高。2015年9月～11月，杭氧對(duì)該套空分設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)改造。改造后，氧氣產(chǎn)量經(jīng)調(diào)試達(dá)到設(shè)計(jì)值，氬產(chǎn)量仍較低，只有550 m3/h（改造后設(shè)計(jì)值750 m3/h）。2017年10月設(shè)備啟運(yùn)后，進(jìn)一步對(duì)主塔進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，氬產(chǎn)量逐步提高到750 m3/h。

1 工藝流程優(yōu)化改造介紹

圖1為20000 m3/h空分設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)改造后的流程簡(jiǎn)圖。

2 設(shè)備運(yùn)行狀況

2016年10月8日，改造后的20000 m3/h制氧機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行調(diào)試生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)調(diào)試，氧氣產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)值，但下塔液空純度偏低，下塔阻力只有15 kPa左右，氬餾分中氮組分含量較多，制氬系統(tǒng)精餾工況不穩(wěn)定。為避免粗氬冷凝器氮塞，只能將氬餾分中氧含量控制得較高，使得粗氬Ⅰ塔出口AIA702含氧20%以上，粗氬Ⅱ塔出口微量氧AIAS704接近5×10-6，氬產(chǎn)量只有550 m3/h左右。機(jī)組運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 20000 m3/h空分裝置高壓節(jié)流液空優(yōu)化改造流程圖

3 原因分析

3.1 下塔液空含氧量過(guò)低

20000 m3/h制氧機(jī)主冷液氮回下塔手動(dòng)控制閥V11開度為33圈（共120圈），液氮節(jié)流閥V3受下塔頂部液氮純度制約，最大只能開到52%，如果繼續(xù)開大，則下塔液氮含氧量和上塔氮?dú)夂趿慷紩?huì)

表1 2016年10月至2017年5月期間運(yùn)行參數(shù)

上升。這是因液氮回流閥V11開度偏小，下塔上部回流比小，下塔頂部氮?dú)夂踉龆啵淠笠旱跻苍龆唷榇_保產(chǎn)品氮合格，必須關(guān)小液氮節(jié)流閥V3，以提高下塔上部回流比，這樣造成去上塔的純液氮量小，液空含氧低，氬餾分含氮增多。

3.2 上塔提餾段回流比大

高壓節(jié)流液空分別經(jīng)截止閥V22進(jìn)下塔和節(jié)流閥V2進(jìn)上塔，而這兩根管線管徑相同，在運(yùn)行過(guò)程中V22處于全開狀態(tài)，進(jìn)入下塔的高壓節(jié)流液空量較多，降低了下塔富氧液空的氧含量。同時(shí)，為保持下塔液空液位在正常值，液空節(jié)流閥V1開度在70%以上，使得上塔提餾段回流比增大，氬餾分含氮增多。

3.3 上塔氮?dú)馊〕隽可?/h3>

由于液氮節(jié)流閥V3開度小（最大為52%），節(jié)流到上塔的純液氮量少，如果將氮?dú)猱a(chǎn)量提到20000 m3/h，則上塔精餾段回流比小，產(chǎn)品氮?dú)夂跎摺Ｋ詾榱吮ＷC產(chǎn)品氮?dú)饧兌群细瘢纤獨(dú)馊〕隽恐挥?8700 m3/h，造成上塔壓力升高到43 kPa，上塔氬富集區(qū)下移，氬餾分含氮增多。

4 工況調(diào)整

4.1 調(diào)整思路

針對(duì)上述原因，決定先提高下塔頂部液氮純度，然后在下塔液氮純度滿足要求的前提下，增大去上塔頂部的純液氮量；在下塔富氧液空滿足粗氬冷凝器所需的前提下，增大去上塔上部的高壓節(jié)流液空量。

4.2 調(diào)整步驟

（1）2017年10月 10日 20000 m3/h制氧機(jī)啟運(yùn)，在粗氬塔投運(yùn)后，10月17日開始逐步將液氮回流閥V11開大,視上塔產(chǎn)品氮?dú)饧兌惹闆r，再逐步開大液氮節(jié)流閥V3，同時(shí)增大產(chǎn)品氮?dú)猱a(chǎn)量，上塔壓力下降，污氮?dú)夂踅档停滤枇ι仙嚎蘸跎摺?shù)變化見(jiàn)表2。

（2）11月12日開始逐步關(guān)小高壓節(jié)流液空進(jìn)下塔截止閥V22，同時(shí)，逐步開大節(jié)流閥V2，減少進(jìn)下塔的液空量，增加進(jìn)上塔上部的液空量，隨著下塔液空量的減少，液空節(jié)流閥V1也逐漸關(guān)小，液空含氧增加，上塔氬餾分中氮組分減少。液空純度變化見(jiàn)表3。

表2 調(diào)整V11、V3主塔參數(shù)變化情況

表3 調(diào)整V22、V2、V1液空純度變化情況

通過(guò)以上調(diào)整，上塔氬富集區(qū)上移，氬餾分中氮組分減少，制氬系統(tǒng)工況穩(wěn)定，氧、氬分離效果提高，粗氬Ⅰ塔、Ⅱ塔出口氧含量降低，氬產(chǎn)量提高到750 m3/h。調(diào)整前后氬系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 調(diào)整前后氬系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比

5 總結(jié)

下塔精餾是上塔精餾的基礎(chǔ)，必須合理匹配液氮回下塔和去上塔的量，在下塔頂部液氮純度合乎要求的情況下，要盡可能地將液氮向上塔轉(zhuǎn)移，并增大高壓節(jié)流液空進(jìn)上塔的量，以提高液空氧含量，減少氬餾分中的氮組分，確保制氬系統(tǒng)穩(wěn)定。同時(shí)，上塔精餾段回流比增大，污氮?dú)庋鹾拷档停瑲宓奶崛÷侍岣撸瑲瀹a(chǎn)量得以提高。