浅谈75 000 Nm3/h制氧机组氩系统操作要点

吴 冰

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063210)

随着工业气体行业的迅速发展，钢铁冶炼等生产过程对氩需求量及纯度要求日益提高。同时，作为空分生产的副产品，液氩在工业气体市场中价格和利润较高。因此，钢铁企业配套的制氧机组对氩系统操作要求更为自动化、智能化、精细化。同时，为了满足精炼全程低吹氩气的需求和液氩外销创收，优化空分机组氩系统操作、提高空分装置运行的稳定性、提高空分的氩提取率非常必要。

1 75 000 Nm3/h制氧机组粗氩塔的启动要点

在空分装置冷开车初期，不宜过早的投入粗氩塔，原因主要由以下方面：

1. 主塔正常氧浓度梯度尚未建立时，过早投入粗氩塔使氩馏分氮含量高，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。

2. 冷开车初期主冷液位没积攒起来，整个装置冷量不够，过早的投入粗氩塔会增加空分设备的冷损，此时可以应利用粗氩塔粗氩泵将塔釜液体回流至粗氩塔，同时根据上塔的精馏工况的变化逐步增加送往上塔的液体回流量，在不影响空分主冷氧产品浓度的前提下提供冷量加速主冷积液。

3. 主塔工况不稳定，过早投入粗氩塔可能会引起上塔各塔段回流比的变化较大，造成主塔工况波动进而破坏氧、氮纯度。

因此选择在上塔氧浓度趋于正常、主冷液氧液位在上限且稳定即冷量充足、主塔工况稳定的情况下开始投入粗氩塔。此时粗氩冷凝器的液位设定为105%投自动，逐渐增大液空的取出量来增大粗氩冷凝器热负荷到最佳值，需要注意的是液空取出量不能过大，否则会影响上塔氩馏分抽口处的浓度组成。随着粗氩冷凝器热负荷的增加，氩馏分的取出量增大。开始投用时要保证氩馏分的氧含量在93%以上。如低于此值，调整液氮调节阀，使之达到规定值。保证粗氩塔工况的正常，最重要的是要保证氩馏分的抽取量和馏分组成的稳定，抽取量决定于粗氩冷凝器的热负荷和粗氩塔压力，馏分的组成受主塔工况的制约。

在粗氩塔投入过程中需要监控冷凝器及粗氩塔液位的平稳变化、蒸发压力及粗氩塔中阻力变化，并要确保氩馏分抽出量的变化对上塔各塔段回流比不会引起较大的波动，确保氩塔投放过程中上塔工况的稳定。同时要保证下塔的液空纯度稳定，防止粗氩冷凝器负荷反复波动。在此期间，如果各塔精馏工况正常，粗氩排气阀的开度应根据氩馏分及粗氩中氧含量做相应调整，在不出现“氮塞”情况、不影响冷凝器正常工作的前提下应尽量关小，以加速粗氩塔中氩浓度的分布过程。

2 75 000 Nm3/h制氧机组精氩塔的启动要点

含氧<1×10-6的粗氩从粗氩塔中被抽出，进入精氩塔参加精氩塔精馏。精馏所需的上升气一部分来自于精氩塔底蒸发器蒸发的氩气，液氩的蒸发用来自下塔的液空做热源，精馏所需的回流液是上升气在冷凝器中被冷凝的液体，冷源采用下塔的液空。精氩塔的操作工况主要取决于冷凝器与蒸发器工作能否很好配合，使回流液量和上升蒸气量有一个适宜的回流比，以生产出纯度较高的氩。如果冷凝器冷量过多，液化量增加，回流液就增加，回流比增大，回流液中的氮组分就不能被充分蒸发出来，导致流到塔底的纯氩中氮含量过高，液氩纯度降低。如蒸发器中的气氩量过少，上升气量不足，回流比增大，也会造成上述现象。精氩塔的操作一定要注意精氩塔的压力变化，压力成负压要开大粗氩送出阀防止吸入外界湿空气，若压力突然升高，可能是氮含量高，此时要注意粗氩流量变化，倘若粗氩流量减少要开大粗氩放空阀保证粗氩流量，防止氮气积聚在粗氩冷凝器中引起氮塞。

3 75 000 Nm3/h制氧机组氩产量提高的操作要点

75 000 Nm3/h制氧机组在常规变负荷的基础上，还设计了快速变负荷的能力，在空气量基本不变的基础上，氧气产量可以在±20 000 Nm3/h之间进行快速的调节，同时不影响空分机组的提氩。

不同工况下氩气和液氩的产量如表1所示。

表1 75 000 Nm3/h制氧机组在不同工况的氩产量

由表1可以看出本套机组设计工况下氩产量为2416 Nm3/h，最大产量能够达到2613 Nm3/h。在空气量不变的情况下，适当提高粗氩塔冷凝器热负荷，以增加氩馏分量，同时提高粗氩产量。在做此调整时需同时对空分主塔进行适当调整：在保证氧、氮产品要求的前提下，保持氩馏分的稳定，同时尽可能提高污氮纯度，减少氩损失，提高氩提取率。

本套75 000 Nm3/h制氧机组将液氩贮槽的放空氩气返回到氩换热器中，利用下塔压力液氮将氩液化回收，并送回到精氩塔底部入液氩储罐，变相提高了粗氩产量。

4 结 论

本套75 000 Nm3/h制氧机组的氩系统操作相对复杂，并且氩系统和主塔的关联性强，因此对氩系统的操作要在下塔、上塔工况稳定的基础上，缓慢多次调整，并遵循在上一次调整稳定的情况下再进行下一步调节，总之制氩系统的操作一定要科学、合理、缓慢地进行, 切不可背离组分平衡和装置精馏能力的最大限度, 否则将使操作失败，进而可能会影响到氧、氮产品的纯度。