空分设备精馏塔液空管线技术改造

周金城

（马鞍山钢铁股份有限公司气体销售分公司，安徽马鞍山 243011）

制氧

空分设备精馏塔液空管线技术改造

周金城

（马鞍山钢铁股份有限公司气体销售分公司，安徽马鞍山 243011）

马钢20000 m3/h空分设备在运行中，因未能投运贫氪氙塔，下塔液空液位高，设备运行工况影响较大，通过精馏塔液空管线技术改造，保证设备稳定运行。介绍20000 m3/h空分设备精馏塔液空管线存在问题，分析了原因，阐述技术改造具体措施及取得效果。

空分设备；液空管线；液位；流量；管径

1 引言

马鞍山钢铁股份有限公司（以下简称马钢）20000 m3/h空分设备由杭氧设计、制造。20000 m3/h空分设备采用空气循环增压，膨胀空气进下塔、液氧内压缩、全精馏制氩、氪氙与氖氦粗制流程。

由20000 m3/h空分设备下塔塔釜中抽取液空分3股：一股液空通过过冷器，经液空节流阀V1节流后，进入上塔提馏段作为原料液参与精馏，提取氧气与氩馏份。一股液空通过过冷器，经液空节流阀V701，进入粗氩冷凝器作为冷源。另一股液空通过节流阀V1603进入贫氪氙塔，作为原料液参与精馏，提取贫氪氙液。20000 m3/h空分设备精馏塔液空管线工艺流程简图见图1。

20000 m3/h空分设备自投产后，设备运行时存在下塔液空液位高现象。为保证设备稳定经济运行，2010年11月至12月，马钢在杭氧设计人员指导下，对马钢20000 m3/h空分设备精馏塔液空管线进行技术改造。现将设备改造前运行中存在问题、原因分析、精馏塔液空管线改造措施作一介绍。

图1 20000 m3/h空分设备精馏塔液空管线工艺流程简图

2 存在问题

2.1 主塔工况

20000 m3/h空分设备运行时，将液空节流阀V1全开，下塔液空液位仍升至高报警值，同时下塔阻力偏高。为降低下塔液空液位，适当关小液氮回流阀V11，提高下塔压力，将下塔塔釜液空送入上塔提馏段，但效果不佳，液空滞留于下塔，下塔易发生液悬。

因进入上塔提馏段液空流量低，从上塔底部抽取液氧流量低，从上塔中部抽取氩馏份中氩含量低，液氧产品与氩气产品产量均未达标。

因下塔液空液位与下塔阻力均偏高，为避免下塔发生液悬，纯液氮节流阀V3阀门开度较大，下塔回流比减小，氮气纯度降低。

2.2 粗氩塔工况

为降低下塔液空液位，粗氩冷凝器液空进液阀V701阀门开度较大，将下塔塔釜液空通过粗氩冷凝器工作送入上塔。随着粗氩冷凝器液空进液阀V701阀门开大，粗氩II塔塔釜液位升高，将循环粗氩泵变频器负荷调至100%，粗氩II塔塔釜液位仍升至高报警值。20000 m3/h空分设备改造前运行参数见表1。

表1 20000 m3/h空分设备改造前运行参数

3 原因分析

3.1 根据 20000 m3/h空分设备流程理论设计，20000 m3/h空分设备正常运行时，贫氪氙塔需处于运行状态。下塔塔釜部分液空进入贫氪氙塔，作为原料液参与贫氪氙塔精馏，从贫氪氙塔釜抽取贫氪氙液进入贫氪氙液贮槽，最后进入氪氙精制系统，从贫氪氙塔顶抽取液空蒸气进入上塔提馏段参与精馏，以此达到空分设备物料与冷量平衡。

但是马钢20000 m3/h空分设备贫氪氙塔未投运，下塔塔釜液空只能通过液空节流阀V1、V701进入上塔提馏段与粗氩冷凝器。

3.2 液空节流阀 V1阀前液空管线管径为Ø90 mm，液空节流阀V1阀后液空管线管径为Ø110 mm。液空节流阀V701所在液空管线管径为Ø203 mm，液空节流阀V1603所在液空管线管径为Ø70 mm。

因液空节流阀V1阀前所处的液空管线管径小，全开液空节流阀V1，经液空节流阀V1所在液空管线的液空流量低，下塔塔釜液空难以转移进上塔提馏段。

液空节流阀V701所在液空管线管径大，经液空节流阀V701所在液空管线的液空流量大，开大液空节流阀V701，造成粗氩冷凝器热负荷高，从上塔提馏段抽取氩馏份流量高报警，粗氩塔氮组份积聚量过高，在氩馏份含氩量大于8%时，粗氩塔易发生“氮塞”，粗氩产量未能达标。

同时，粗氩冷凝器热负荷高，造成粗氩Ⅱ塔回流液过大，粗氩Ⅱ塔液位高，将循环粗氩泵变频器负荷调至100%时，粗氩Ⅱ塔液位仍升至高报警值，影响粗氩塔稳定运行。

3.3 为降低粗氩Ⅱ塔液位，同时避免粗氩塔发生“氮塞”，操作人员调节液空节流阀V701阀门开度，不使粗氩冷凝器热负荷过高，造成下塔液空经液空节流阀V1、V701所在液空管线的液空流量之和低于理论设计中经液空节流阀V1、V701、V1603所在液空管线的液空流量之和。

因贫氪氙塔未投运，流程理论设计中经液空节流阀V1603所在液空管线的液空滞留于下塔，无法进入上塔提馏段，造成下塔液空液位高，影响空分设备运行工况。

4 改造措施

根据实际运行情况，对精馏塔液空管线采取技术改造，降低下塔液空液位，具体改造措施如下：

切断液空节流阀V1603阀后与贫氪氙塔连接的液空管道，经液空节流阀V1603节流后的液空不进入贫氪氙塔参与精馏，取消贫氪氙塔精馏功能，仅将贫氪氙塔作为粗氩冷凝器液空蒸气进入上塔提馏段通道。

将液空节流阀V1603阀后的Ø70 mm液空管道与液空节流阀V1阀后的管径为Ø110 mm液空管道连接，使液空节流阀V1与液空节流阀V1603并联，经液空节流阀V1603节流后的液空进入液空节流阀V1阀后的Ø110 mm液空管线，从而有效增加液空管线输入上塔提馏段液空流量，降低下塔液空液位。改造后精馏塔液空管线工艺流程简图见图2。

5 改造效果

图2 改造后精馏塔液空管线工艺流程简图

2010年11月至12月，在杭氧设计人员现场具体指导下，对马钢20000 m3/h空分设备精馏塔液空管线进行改造，效果明显。精馏塔液空管线改造后，液空节流阀V1根据下塔液空液位调节，液空节流阀V1603根据下塔阻力调节，设备运行工况稳定，而且缩短20000 m3/h空分设备热开车与冷开车时间。20000 m3/h空分设备改造后运行参数见表2。

6 结束语

根据马钢20000 m3/h空分设备工艺流程特点，针对20000 m3/h空分设备精馏塔液空管线存在问题及产生原因，通过对20000 m3/h空分设备进行技术改造，解决设备运行中存在问题，提高了设备运行的稳定性与经济性，有力保障公司生产用气需求。

表2 20000 m3/h空分设备改造后运行参数

[1]毛绍融，周智勇.现代空分设备技术与操作原理[M].杭州：杭州出版社，2005.

[2]汤学忠，顾福民.新编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2003.

Technical Transformation of Liquid-Air Tubes in the Rectification Tower of Air Separator

ZHOU Jincheng
(The Gases Sale Co.of Masteel,Maanshan,Anhui 243011,China)

The operation of the 20000 m3/h air separation plant of Masteel was much affected by high liquid level of liquid-air in the lower tower due to lack of operation of lean Kr/Xe tower.Stable operation was ensured through technical transformation of liquid-air tubes of the rectification tower.Problems in the liquid-air tubes of the rectification tower of Masteel’s 20000 m3/h air separation plant are introduced,causes of the problems are analyzed and concrete measures in the technical transformation and their effects are also presented.

air separation plant;liquid-air tubes;liquid level;flowrate;diameter of pipe

TB657.7

B

1006-6764(2014)03-0033-03

2013－11－12

周金城（1971－），男，1994年毕业于马钢职工大学制氧专业，制氧高级技师，现从事制氧生产技术工作。