浅谈氩的调试

2015-11-28方传锁张海峰荣盛集团中金石化有限公司浙江宁波315000

化工管理 2015年36期

方传锁张海峰（荣盛集团中金石化有限公司，浙江宁波 315000）

1 背景

随着国内空分行业的不断发展壮大，以杭氧、开空、川空为代表的空分设备生产制造商以相对低廉的价格优势正逐步占据国内外空分市场。但与国际知名的空分制造商林德、法液空、普莱克斯等相比，国内空分企业成套设计、制造、安装的空分装置在精准度、可靠性以及自动化程度上仍然存在着较大的差距。这样一种差距就需要人为的调节来弥补。空分装置中最难调的当数氩系统，氩的分离不但有利于氧氮纯度和产量的提高，而且其作为空分装置的副产品可以为企业增加效益，因此，氩系统的稳定运行变得越来越重要。

2 工艺流程简述

如图所示：氩系统由两个粗氩塔和一个精氩塔组成。粗氩一塔的气源为含氩8%-12%的粗氩气，来自于精馏塔上塔提馏段的富氩区；粗氩二塔冷凝器的冷源来自精馏塔下塔过冷后的液空；精氩塔精氩冷凝器的冷源来自于精馏塔下塔过冷后的液氮、精氩塔精氩蒸发器的热源来自于精馏塔下塔顶部的氮气。

粗氩气进入粗氩一塔后，作为上升气与粗氩二塔底部打回来的粗液氩在填料层表面相互接触，大量氧气被冷凝成液体后返回精馏塔上塔，出粗氩一塔的氩气含量在90%以上，然后进入粗氩二塔进一步除氧。进入粗氩二塔的氩气被粗氩冷凝器冷凝成液体后作为粗氩二塔的下流液，粗氩冷凝器的液空则被蒸发成液空蒸汽连同底部的部分液空一起返回精馏塔上塔。出粗氩二塔含氧小于2PPm的粗氩气进入精氩塔进行除氮。进入精氩塔的氩气被精氩冷凝器中的液氮冷凝成液体后作为精氩塔的下流液，流入精氩塔塔底的液氩再经过精馏塔下塔顶部氮气的蒸发后，产出含氧小于2PPm、含氮小于3PPm精液氩。

3 氩系统开车的基础

精馏系统的稳定运行是开氩的基础。这里所说的精馏系统的稳定是指在空压机、增压机、膨胀机达到某一种负荷时，氧、氮精馏塔形成了一种接近于在此负荷下的设计精馏工况。从塔系统指标上反映出来的就是在一定的进气量下，氧、氮的纯度及产出比符合设计指标并且能够维持长周期的稳定运行。其次，板式换热器温差正常，精馏塔上、下塔阻力稳定，主冷液位稳中略涨，液空、污液氮、液氮以及精馏塔各测点温度正常且波动在0.5℃以下（塔系统温度的波动越小越好）。达到此种工况，可认为精馏系统已处于一种稳定的运行状态，具备开氩的条件。

4 氩系统的开车操作

当精馏塔的运行状态稳定后，可缓慢打开LV02 给粗氩二塔冷凝器加负荷，同时打开粗氩气放空阀HV01，粗氩二塔底部最初积起的液体需全部排掉进行洗塔（此过程可操作两至三次）。当粗氩二塔下部液位积至1000mm 时，开始预冷氩泵，氩泵启动后全开LV01使液氩走循环，待FI01出现稳定流量后，可缓慢打开PV01将粗液氩打回粗氩一塔。一段时间后当AI01小于5%时，可投用AI02，等其小于2PPm，可向精氩塔导气同时缓慢打开LV03给精氩冷凝器加负荷。精氩塔进气后注意控制精氩冷凝器和精氩塔的压力，待精氩塔下部积累一定的液体后同样进行全排洗塔，重新积液至1000mm 左右时，投用AI03 根据其显示值调节HV02的开度，控制其小于3PPm。

因此，从氩的生产工艺可以看出，氩系统不光从氧氮精馏塔抽气，同时还会产出一定的气体或是液体返回精馏塔，对整个精馏工况造成一定的影响，所以在开氩的过程中，操作一定要缓慢，切记大幅度操作，每一次加负荷后都要密切关注主塔一些指标的变化，并及时做相应的调整。

5 异常现象的分析与处理

5.1 氩馏分的波动

氩馏分是指氩系统从氧氮精馏塔提馏段富氩区抽出的粗氩气中的含氩量，一般需控制在8%-12%之间，氩馏分低，氩的提取率就低从而导致产量较低；氩馏分高，氩中氮含量就高，氮不易分离，会导致精氩中氮超标，甚至会造成“氮塞”现象的发生。因此，氩馏分的稳定关乎着氩系统的稳定。若要氩馏分维持在正常范围内，就必须要保证氩系统气源成分的稳定，即氩区不能上下移动。

氩区的移动有很多种因素造成，比如进塔空气量的波动；氧氮产品的纯度；氧氮的取出量等。但最主要的还是上塔回流比的变化对其影响最直接也最明显，因此调节好上塔的回流比十分重要。调节上塔回流比时，在氧氮纯度均合格的前提下，可参照靠近氩抽口处温度表的显示值再进行微调，将几个节流阀的阀位找准，将靠近氩抽口处的温度表的波动值控制在0.5℃以内（温度波动越小越好），此时的氩区就会相对稳定，从而氩馏分就可以控制在正常的范围内。

在氧氮纯度和外送量基本不变的情况下，一般会导致氩馏分大幅波动的原因主要有两个，一个就是纯化器升压时进塔空气量的减少会导致氩馏分的升高；另一个就是粗氩塔下部液位的波动会带着氩馏分的波动。

针对第一个原因，可以考虑在升压时，提前增加一定的进塔空气量，这样就可以弥补升压时进塔空气的减少量，从而避免氩馏分的升高；针对第二个原因，由于粗氩回主塔的位置与氩气抽口很近，并且粗氩含氩量在90%以上，因此，当有大量的粗氩打回主塔时就会导致氩馏分的升高，相反若打回主塔的液氩比正常量少则会导致氩馏分的降低。所以对粗氩塔液位的控制必须要有提前量，应根据液位的变化趋势来提前控制LV01的开度，同时应注意小阀位操作。此外，也可以结合氩馏分控制阀（有些装置没有）对氩馏分的大小进行控制。

5.2 氮塞

氮塞是指氩馏分中含氮量较高，氮在粗氩冷凝器中慢慢集聚，当集聚到一定程度时，导致粗氩冷凝器失去换热功能，从而使氩系统停止工作的现象。氩系统出现氮塞后，氩系统各项指标如温度、阻力、流量、液位等均会出现非常大的波动，同时由于氩系统与精馏塔相连，氮塞后氩系统的波动又会导致精馏系统主冷液位、液空液位、氧氮纯度和外送量等的波动，氧氮外送量的波动又会影响空压机、增压机的出口压力，如果不能很好的处置，就会发生系统跳车的风险。因此若能提前发现并作相应的处理，不但可以稳住主塔同时也可以保住氩塔。

提前判断工况有没有往氮塞的方向发展，我认为还是应该以塔系统温度的变化为指标。这里我一般重点关注的是TI02。当这个温度出现了下降的趋势时，就说明氮塞即将形成。因为当TI02开始降低时，说明粗氩冷凝器中已集聚了少量的氮分子，占据了一定的换热空间，粗氩冷凝器的温差会逐步减小至零，氮塞由此形成。

若在氮塞形成的初始及时的发现了氮塞，可通过打开HV01排放一定量的粗氩气来消除；当氮塞现象严重时，则要及时减少氧气外送量，增加氮气外送量，同时空压机提负荷加大进塔空气量，膨胀机提负荷加大制冷量，如有必要，可进一步将氩系统退出运行，以确保氧氮精馏塔的正常运行，避免对后续装置产生影响。