大型空分装置流程设计与研究（二）
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大型空分装置流程设计与研究（二）
大型空分设备是冶金、石油化工、煤化工等行业广泛使用的关键设备，为生产流程提供氧气、氮气和氩气。其工作原理是先将空气压缩、冷却，并使空气液化，利用氧、氮、氩组分沸点的不同，在精馏塔的塔板上使气、液接触，进行质、热交换，最终分离获得符合纯度要求的氧、氮、氩产品。　　精馏系统　　（1）液氧泵系统，高压氧气送出压力高于1.1倍的设计压力时，打开放空阀；低于0.9倍的设计压力时，启动备泵。　　（2）一般规定充气管路设置在11米高度位置进入液体去粗氩塔冷凝器管路。要求下塔去上塔液体全液体液柱静压不足时，不进过冷器或者过冷度小些（防止节流阀前有汽化），这样管路汽化量大，减少充气量（充气量大对于精馏不利，尤其对于制氩系统）。一般充气管路的两相竖直管路分为3种相态：全液相段，开始汽化段但发生气液分离；汽化（或者有充气）开始发生气液夹带，气体能够夹带液体上行。对于液柱静压分为两部分，即以开始发生气液分离为分界点，以下为全液柱静压段，之上为两相混合段（按照平均密度计算）。一般调节阀位置在6米左右，液体大概在2barA左右开始汽化，所以这样设置实际上较为保守。　　（3）上塔分为两段的布置有四种：第一种为在主冷处分开，优点是主冷可以做的很大，可以完全不考虑上面塔布置的稳定性，采用循环液氧泵连接两塔。由于上塔坐落在地，与上塔连接的粗氩塔高度可以增高，这样与冷凝器相连部分高度可以降低，使得富氧液空去冷凝器有足够的压力头上行。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接。　　第二种为自氩馏分抽口处分开，缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地，粗氩塔采用一段塔布置，氩循环泵与上塔循环泵两泵合一（两塔液体汇集后）。粗氩塔由于高度较高，采用设置充气管路以使得液空进入粗氩塔冷凝器。可以节省两台泵。　　第三种为自氩馏分抽口处分开，缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地，采用循环液氧泵连接两塔。粗氩塔采用两段塔布置，由于上塔坐落在地，与上塔连接的粗氩塔高度可以增高，这样与冷凝器相连部分高度可以降低，使得富氧液空去冷凝器有足够的压力头上行。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接。　　第四种为自氩馏分抽口处分开，缺点是主冷不能采用横置等方式。上塔坐落在地，采用循环液氧泵连接两塔。粗氩塔采用两段塔布置，由于上塔坐落在地，与上塔连接的粗氩塔直接坐落于分开段上塔之上，这样塔的稳定性较好，但是与冷凝器相连部分高度不能降低，使得富氧液空去冷凝器可能没有足够的压力头上行，一般也需要充气。粗氩塔两塔之间采用循环泵连接，此处4台循环泵不能合并，因为液体纯度不同，进料口也不同。　　（4）下塔液体去上塔有以下几种关系：第一种为下塔能提供的背压远小于液体上行所需的静压力头（全液相），这样如果充气，量较大（有液体未发生汽化或者发生汽化两种），对精馏不利（相当于膨胀空气进上塔），采用液体泵加压输送。第二种为下塔能提供的背压小于液体上行所需的静压力头（全液相），液体到顶部发生汽化或者未发生汽化，如果充气，量较小，对精馏不利因素有限（相当于膨胀空气进上塔），采用充气。第三种为下塔能提供的背压略小于液体上行所需的静压力头，液体上行过程发生汽化，两相流开始发生气液夹带，不进过冷器，恰好能够满足液柱静压，不需要设置充气。第四种为下塔能提供的背压大于液体上行所需的静压力头（全液相），液体上行过程发生汽化或者未发生，能够满足液柱静压，采用液体进过冷器，以减少汽化，避免两相流扰动而发生管路震动及影响上塔液体分布。　　（5）过冷器的作用一方面为主换热器的入口冷流体使之冷端温差较小，另一方面回收冷量去上塔，防止抽气体中夹带液体，这样会使板式过冷，不利于换热，以降低不可逆损失。产品液氮一般需要过冷后进贮槽，因为其压力高，或者采取在上塔顶部分离罐抽，一般过冷度大3℃左右。产品液氧可以过冷，也可以不过冷，因为其压力低，汽化度小。　　（6）粗氩塔冷凝器的温差计算时要留有余量，能够满足组分波动，对于粗氩组分要求含氮0.1%时计算温差；对精氩塔顶部冷凝器要求按照含氮10%进行计算温差。即以发生氮塞工况为分界点，一般含氮0.1%以下运行时均不会发生氮塞。　　（7）液体泵的采用双点迷宫密封的密封气：一路进轴热端，同时放空；一路进迷宫密封（位于轴冷端），节流后为一次进气压力，从叶轮背后反抽一股为参比压力（第二路），同时放空气（混合气，密封空气或者氮气与液氧液氮的混合气）的压力为第三路；三个压力形成两个密封压差，压差要求10∽20kpa.液氮泵的密封气压力要求高于7barG(液氮入口压力高)，液氧泵的密封气压力要求5barG。　　（8）液体泵对于流程泵，循环泵以及压力较高的后备离心氧泵，氮泵需要设置变频器；一般后备离心泵，活塞泵不需要设置变频器，活塞泵也可以采用电磁调速。液体泵离心式立式泵有回气管（高进低出），通入主冷（或者上塔）或者液氮量筒内（回氮气进主冷的管道），卧式泵无回气管（低进高出，气体直接沿着进液体管路上行，但是流速要求要低于0.5m/s），直接管道排气。活塞泵有回气管，用于泵体预冷。　　（9）大空分下塔用填料塔主要原因是节省能耗，空压机排压减少10kpa（能耗减小0.93%左右，六万等级的空压机能耗2700kw,节省260kw），下塔设置5kpa阻力,筛板塔15kpa，排压提高10kpa。　　（10）循环液氩泵扬程：65米9bar排压，进入粗氩塔塔顶有汽化，要考虑管道以及液体分布器的流速，流速高时，对于液体二次分布的液面有冲击，影响小孔分布。所以对于有气液混合的液体，一定要有气液分离器，或者闪蒸盒，防止气液夹带，影响液体分布。　　（11）液体泵进出口均需要留2bar的余量。换热时高压产品也应该留有一定余量，一般也是要高2barG.　　（12）流程计算时液体泵的效率对冷量影响较大，一般0.5左右。　　（13）粗氩塔与主塔连接部分要求高度1.5∽2.0米，液体流速0.5m/s，气体流速8m/s；液氮回下塔液封高度3∽5米（依据伯努力方程）。　　（14）抽气体时尽量侧向抽气，不易夹带液体；顶部抽气体容易带液体，主要是液滴受自重影响较大。　　（15）对于氩冷凝器一般需要氦检漏，防止泄露导致产品纯度不达标。同时板式最好做气阻试验，以均匀匹配。　　（16）大型的在粗氩1塔与2塔之间设置氩馏分流量计，小型的不设置，不准确。内压缩要设置气氧放空调氩管路，冷箱外配套调节阀和流量计。当设置污液氮管路时需要设置流量计，用以调节其流量（流量小，难调节）。　　（17）液体节流阀阀后有汽化，一般在液氮去上塔的V2阀后设置分离罐，以使气液分离，由于节流后流速快（有大量气体），防止气液混合，气体涡动，导致液体分布不均；同时起到缓冲作用，液体的流速会被汽化后的气体流速赶快（气体体积膨胀，导致液体无流通空间，假如液体有1%汽化，则占用通道1%×200=2倍，给液体几乎无流道空间，导致液体流速会增大）。办法是加设气液分离罐（气液分离和缓冲作用）或者增大管道直径，经过过冷器后液体一般过冷：液氮：12K;富氧液空：贫液空3K；富氧液空5K（指不设置充气阀时）。　　（18）汽化会发生闪蒸（即组份分离），对于冷凝器内蒸发组分要注意，对于气液分离罐（高压液空，液氧自增压蒸发器），冷凝蒸发器（主冷，粗氩塔冷凝器，精氩塔冷凝器）,膨胀机后带液体等会发生闪蒸。　　（19）液体泵要设置排气阀，安全阀和排液阀；液体管路上只需要设置安全阀和排液阀。充车泵不需要设置排液阀，只需要安全阀和排气阀（启动时先排气）。密封气管路要在末端设置吹除阀，防止杂质进去。　　（20）低温精馏塔的塔体接管流速：　　　　　　膨胀机系统　　　　（1）空分系统的冷量，包括膨胀机制冷量、焦汤效应（节流制冷）制冷量以及冷冻机制冷量。其中以膨胀机制冷为主，占到80%以上。　　（2）膨胀机按照以下情况设置：　　（3）膨胀机的位置设置以及带液体关系。位置有两种，分别是略高于进下塔管路，此种情况较为普遍，一般膨胀机位置较高，应用较多。也可以低于进下塔管路，依靠提高出口压力来进入下塔，但是要求气体的流速能够满足夹带液体的关系：ρυ2＞3000，同时管路上翻，防止停车后液体倒流，灌入膨胀机，一般膨胀机位置在地面；中压膨胀机带液体量大时，要求禁止机前带液（即为喷嘴节流后压力下，一般16bar左右，依据喷嘴后温度看空气是否饱和，是否产生液体），否则会打坏叶轮。　　（4）对于全液体膨胀机当自身连锁停车后，节流阀缓慢开启还是开至某一开度。需要根据实际开车情况确定。　　（5）液体膨胀机一台500万元左右，节省增压机能耗1.8%左右，带动发电机发电未计入；膨胀空气的量少18%。　　（6）内压缩流程带液体量与膨胀空气关系　　（7）膨胀机增压机后冷却器的水管路加安全阀，防止高压空气泄露窜入水管路，导致水侧超压。同时在冷却器上设置气路排水阀，在水在壳侧的底部设置排污阀（将循环水的杂质排掉，防止结垢，附着在管子表面，且只能采用化学法清洗），一般选择水走管程，气走壳程，这样水侧易于清洗。　　　装置配套阀门　　（1）氧气阀门要求气动调节阀要求不得带手轮，防止人去操作。人去手动操作的手动阀要求放置在隔爆墙内，采用长杆阀。对于调节阀（送出阀）前后1.5米（5倍管道直径）管道要求用蒙乃尔管道，放空阀前1.5米管道，要求采用蒙乃尔材质。放空阀前后异径管要求采用蒙乃尔材质，起阻火作用。　　（2）安全阀的整定压力：一般要求整定压力为1.05∽1.1倍的容器设计压力，同时设计压力大于等于整定压力。流程设计中安全阀的作用主要为保护设备安全。一般情况下，一个系统当中的管道，阀门，法兰以及动设备的设计压力均高于静设备的设计压力（要以系统之中装置的设计压力低的为准），所以实质上是保护静设备的安全，一般安全阀的整定压力取小于等于设备的设计压力，例如液体泵，管路，高压主换热器，送出阀等设备。　　（3）对于蝶阀的应用：10barG以下采用中线阀（例如低压氮气，污氮气，压力氮气等）；10∽40barG采用单偏心或者和两偏心阀（例如膨胀机增压端进出口手动阀）；40barG以上一般采用三偏心阀门（例如高压氮气产品送出阀门，高压氧气口径大于300的送出阀）。三偏心均为硬密封；两偏心大多为软密封，部分厂家为硬密封；中线阀软密封和硬密封都有。主要是软密封泄露小，能做到Ⅵ级密封，但是寿命短，硬密封三偏心能做到Ⅴ，Ⅵ级密封，寿命长。高压手动蝶阀一般进口POYAM，膨胀机前紧急切断蝶阀为KSB，TYCO。　　（4）截止阀手动阀容易做到零泄漏。蝶阀要求提泄漏等级，不容易做到，尤其大口径。　　（5）氧气管路及阀门　　（6）阀门种类：电磁阀：用于快开快关，要求动作快的场合，通过切断密封气来动作阀门，联锁关断或者联锁开。手动阀：主要起关断作用，一般零泄漏。气动调节阀：调节或者紧急切断作用，一般密封性不好，带手轮的可以手动关断。　　密封等级：冷箱外气体管路调节阀Ⅵ级密封（气体易泄漏）；高压产品气体调节及放空Ⅴ级密封；水管路Ⅳ级（水不易泄漏）；冷箱内低温调节阀Ⅳ级（下塔液体进上塔及冷凝器，内部管路，高压液空节流阀，高压液氧液氮回流阀），对外连接低温阀门Ⅵ级密封（防泄露，管路不外漏，如产品送出，低温气体排放），低温切断作用阀Ⅵ级密封；手动阀要求零泄漏；冷箱内非关断作用的要求Ⅱ级密封（液氮回下塔）。　　　　　　后备系统　　　　（1）液体管路两阀之间均需要设置排放阀（设置在低处，吹出和排液作用）和安全阀（保护管道安全），加温气要求在高处进。　　（2）平底贮槽一般设置双安全阀+双爆破片，设置汽化器防止贮槽内负压，同时设置超压气动放空阀和正常调压手动放空阀。真空贮槽设置双安全阀，电磁阀超压切断汽化，手动放空（或者气动），压力联锁进DCS。　　（3）水浴式汽化器产品气体出去要设置一段不锈钢，防止冷脆。蒸汽阀门要注明温度限制在250℃以下，高于时许用压力降低。　　结束语　　挽弓当挽强，用箭当用长。企业要想发展壮大，管理和思想上必须要大力弘扬正方向、正比例、正能量。促进企业良性发展，做良心且有壮志的企业；同时必须从思想、管理、创新上与国际接轨，积极大力学习世界优秀企业的管理、思想及创新，这种思想一定要脱胎于封建内斗思想，加以整肃；这种管理一定要促使升级发展，利公长远；这种创新一定要有目标效果，更新换代。只有这样企业方能实现长久发展，荣昌不息。　　空气设备广泛应用于化肥、石化、煤化工、冶金、和国防等国民经济的基础工业领域，特别在大型现代煤化工、新型冶金工业和刚刚启动的绿色煤电等工业领域和大型石化项目中，空分设备为不可缺少的关键配套设备。随着工业全球化的进程不断推进，我国企业所面临的竞争由国内走向世界，先进的空分流程设计对于一套空分装置的而言至关重要，研究并探讨世界先进的空分工艺设计对保证完成空分设备其运行功能有重大意义。　
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如何在西钢空分系统中有效提高氩气提取率
摘要：在科技发展日新月异的今天，钢铁工业的前行与空分气体的发展是互相依存、互相促进的关系。钢铁工业的增长带动了空分气体的发展，气体工业的发展又促进了钢铁工业迈步前行，两者的关系密不可分。文章对如何在西钢空分系统中有效提高氩气提取率进行了探讨。关键词：西钢空分系统；氩气提取率；氩塔系统；钢铁工业；气体工业 文献标识码：A中图分类号：TQ116 文章编号：（2-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.近期，由于西宁特殊钢股份有限公司新建炼钢、精品棒材生产线的投入使用以及炼钢用户新工艺的增加和部分生产工艺的改进，氩气产品的消耗量也随之增加，而对于我单位KDON——15000m3/h型空分系统中500m3/h的粗氩产量已经不能满足生产用户和外销量的需求。为此根据能源作业区领导的指示安排，空分系统操作人员进行了一系列系统参数及工艺工况的调整，进一步通过改善操作方法来提高氩气产品的提取率，以保证各用户的需求量，达到节能减排、增产创效的目的。1 空分系统中的主塔工况是氩精馏系统的根本和基础一般来说，空气中的氩气含量是恒定不变的。在气体工业生产中，要想提高产品氩气的产量，首先需要增加原料空气量。因此，空分操作人员根据空气压缩机流量先将进塔空气量由原来的76000m3/h提高到78000m3/h。进塔空气量增加后，根据氩馏份在线纯度分析仪AI701，将产品氧气的产量由15000m3/h提高到15500m3/h，并将氩馏份纯度分析仪AI701的百分含量控制在8%～9%Ar以内，为初步提高粗氩产量做好前期准备。与此同时，在确保主冷液位相对稳定的基础上，为了进一步挖掘空分系统主塔中上塔的精馏潜力，将膨胀空气旁通进入污氮气管道的气量FI1由2800m3/h减少到2650m3/h。这样逐步调整主塔工况，首先是为了进一步挖掘上塔的精馏潜力，从而可以有效提高氧气和氮气的产量；其次是为氩精馏系统工况调整和氩气产品提取打下良好的基础；再次是充分增加空分系统中的氩组份含量，即有从（）*0.932%=682m3/h提高到（）*0.932%=702m3/h，702-682=20m3/h，因此，在通常情况下有20m3/h氩组份含量的增加量。2 粗氩塔的工况及有效调节是提高氩气产量的中间环节和有效组成部分在氩塔系统中，参与精馏的粗氩气产量直接决定了产品氩气的提取量，而从上塔中抽取出的氩馏份气量FIC702又制约着粗氩气的产量。首先，操作人员对粗氩Ⅱ塔C702顶部冷凝器的液空进口阀门V701进行调节，开度由50%调节至51.5%，使粗氩Ⅱ塔C702上部的液空液位由300mm提高到315mm。随着粗氩II塔C702的冷凝器中冷量的增加，其中的回流液也会明显增加，与此同时塔内阻力PDI702由6.0kPa升高至6.3kPa，从而使大量进入粗氩Ⅱ塔的氩馏份气体得到充分精馏，在上升气体与回流液体的洗涤及热交换过程中，使上升蒸汽中的氧组份被充分清除，部分被粗氩Ⅱ塔顶部回流空气带回主冷上塔。其次，操作人员调整粗氩I塔C701中的回流比。当粗氩Ⅱ塔C702中的回流液明显增加时，则会有大量的粗氩液体在粗氩Ⅱ塔C702底部积累，使底部粗氩量液位逐渐升高，因此液氩泵出口的压力PICA705也会随之升高。根据其出口压力PICA705的升高，可逐步调节液氩进粗氩I塔C701的调节阀门V713，以此来增加粗氩I塔C701中的回流液体，使其塔内阻力PID701逐渐升高，由原来的3.1kPa升高到3.3kPa，进一步使粗氩气体中的含氧量分析仪AIA702的分析值有所降低。与此同时，随着粗氩I塔、Ⅱ塔内部阻力的逐渐升高以及两粗氩塔中冷量的增加，使得出粗氩I塔的氩馏份流量FIC702由原来的18000m3/h提高到18400m3/h，为提高粗氩气产量打下了良好的基础。因此，操作人员可根据氧含量分析仪AIA702，在保证AIA702分析仪的氧含量百分值不高于3%的情况下，通过逐步调节将粗氩气产量FIC701由500m3/h提高至550m3/h，这样一来可计算得出粗氩量的提取率：由原来ρ粗=500/（）*0.932*100%=73.3%提高到ρ粗=550/（）*0.932*100%=78.4%使粗氩的提取率Δρ粗=78.4%-73.3%=5.1%所以，粗氩量的提取率就有了明显的提高，为实现此次有效调节完成了第二步。3 精氩塔系统是生产液氩的主要设备，精氩塔的工况直接影响液氩产品的数量和质量根据对精氩塔C703的内部压力PICS704和顶部冷凝器液氮温度TIA702的调节控制，来减少精氩塔顶部氩气的余气排放量。在精氩塔C703中，由来自下塔的压力氮气对精氩塔底部液氩进行复热，使其中的氮组份经蒸发后通过C703顶部的压力调节阀V751排出塔外。与此同时，随着氮组份的不断蒸发，部分氩组份也混合在上升汽中随之蒸发甚至排出塔外，也就造成了部分氩气产品的损失。此时，操作人员通过调整精氩塔C703顶部冷凝器的液氮调节阀V706的开度大小以及C703底部蒸发器中来自下塔的压力氮气量，进一步调整精氩塔C703的压力PICS704在适度范围内，从而来控制精氩塔C703顶部的废气排放量FI751的大小。经全面调节后，当粗氩气产量FIC701为550m3/h时，在粗氩纯度AI701在99%Ar左右的情况下，计算得出粗氩产量中的含氮气量为：550m3/h*（100%-99%）=5.5m3/h则在通常情况下，将精氩塔C703顶部废气排放量FI751应该控制在6～7m3/h即可。与此同时，在正常生产运行调节中，精氩塔内部压力PICS704和余气排放量FI751的调整也要参照精氩塔C703底部的微量氮分析仪AI707的分析值不高于10ppm。在日常氩气产品纯度调节中，操作人员还发现，对精氩塔底部液体蒸发器换热面积的有效把握也是控制AI707分析值大小的重要因素之一。通常情况下，为了达到最佳换热状态，一般将底部液位的高度保持在蒸发器高度的80%左右，即1600mm*80%=1280mm，因此将其中液氩液位控制在1250mm左右为宜。4 结语通过对我单位KDON——15000m3/h型空分系统中的主塔、氩塔系统工况及各参数的一系列有效调节，经改善操作方法充分提高了氩气产品的提取率，在保障设备正常生产运行及生产工艺的情况下，有效提高了氩气产品的生产量，在完成了各生产单位需求量及外销量的保供任务的同时，达到了节能减排、增产创效的目的，为全公司能源介质的节能减排工作做出了很大的贡献。参考文献[1] Helmut Springmann，顾荣而.氩气回收的几种方法[J].低温与特气，1986，（4）.[2] 石林，曾小平，柯亮.利用干法半干法烟气脱硫灰热分解钾长石的实验研究[J].环境工程学报，2008，（4）.[3] 胡天喜，于建国.CaCl_2-NaCl混合助剂分解钾长石提取钾的实验研究[J].过程工程学报，2010，（4）.作者简介：李永洲（1985-），男，青海西宁人，西宁特钢集团助理工程师，研究方向：钢铁冶炼中各类能源介质的生产与保供。（责任编辑：周 琼）
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2015年11期
中国高新技术企业的其它文章导读：浅谈空分设备制氩系统操作的理论依据新疆维美化工有限责任公司王玺浅谈空分设备制氩系，摘要:结合自身工作经验分析空分设备制氩系统操作的理论依据,根据理论提出制氩过程相，关键词:空分设备，空分设备的制氩系统有两种流程:加氢制氩和全精馏制氩，由于全精馏制氩具有流程简单、操作方便、安全、稳定、氩提取率高等优点,是空分设备用，由于氧、氩常压下沸点仅差3K,如果用筛板精馏来实现氧-氩分离,约需150～180浅谈空分设备制氩系统操作的理论依据
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王玺 浅谈空分设备制氩系统操作的理论依据
摘要: 结合自身工作经验分析空分设备制氩系统操作的理论依据, 根据理论提出制氩过程相对优化的操作方法。 关键词:空分设备；稀有气体；粗氩塔；氮塞
空分设备的制氩系统有两种流程: 加氢制氩和全精馏制氩。由于全精馏制氩具有流程简单、操作方便、安全、稳定、氩提取率高等优点, 是空分设备用户首选的制氩流程。全精馏制氩就是在粗氩塔中进行氧-氩分离, 直接得到氧含量小于1x10-6的粗氩, 在精氩塔中再进行氩-氮分离, 得到纯度为99.999 %的精氩产品。由于氧、氩常压下沸点仅差3K, 如果用筛板精馏来实现氧-氩分离,约需150～180 块理论塔板。规整填料每当量理论塔板的压降是每理论筛板的1/8 左右, 这样在粗氩塔允许的压降范围内就可以设置相当于170 块理论塔板的规整填料实现氧―氩全精馏分离。为降低粗氩塔的高度, 往往设置二级粗氩塔, 粗氩Ⅰ塔出口氩中氧含量为2 %～3 % , 粗氩Ⅱ塔出口氩中氧含量小于1x10-6 , 可直接进入精氩塔进行精馏。 一、氩馏分的提取 粗氩塔的原料――氩馏分来自于主塔, 冷源液空也来自于主塔, 且在粗氩塔冷凝器中蒸发返回主塔, 所以粗氩的制取既要关注主塔工况的变化又要兼顾粗氩塔的工况变化，二者互相影响密切相关。氩在上塔有两个富集区, 液空进料口上下各一个。氩在上塔的分布是随氧、氮产品的纯度变化而变化。氧产量减少，提馏段的上升蒸汽相对增多，回流比减 1 浅谈空分设备制氩系统操作的理论依据
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王玺 小，液相中的氮、氩组分充分蒸发上去，氧纯度提高, 富氩区上移, 即精馏段富氩区含氩量增高，而提馏段富氩区含氩量下降。氩馏分抽口在提馏段，氩馏分中的氩含量减少, 氧含量增加, 氮含量减少。如果氮产量减少，主塔内上升气相对回流液来说减少, 回流比增大, 气相中的氧、氩组分被充分冷凝到液体中, 沿塔板下流, 氮纯度提高,精馏段富氩区含氩量下降, 提馏段富氩区的含氩量增高。氩馏分中氩含量增加, 氮含量增加, 氧含量减少。空分设备操作时要根据主塔中氩富集区的分布情况及其受氧、氮产品变化的影响原理, 来调节氩馏分中氩、氧、氮的含量, 使氩馏分的各组分满足粗氩塔正常运行的要求。氩馏分中氩的含量要求在8 %～10 % , 氧含量90 %～91 % , 氮含量小于0.1 %。如氩馏分中氮含量太高, 一则会使粗氩纯度降低, 因为氮在粗氩塔中不冷凝, 而是随粗氩进入精氩塔; 再者会造成粗氩冷凝器的温差减小,由于氮组分聚集在粗氩冷凝器中不液化，时间久了，形成氮塞, 使粗氩冷凝器停止工作、粗氩塔工况恶化，若处理不及时还会影响到主塔工况。氩馏分从主塔抽取后进入粗氩塔进行氧-氩分离, 氩馏分从底部进入, 顶部得到含氩约98 %～99 %的粗氩。由于氧-氩分离较困难，大部分氩被洗涤下来, 同时氩馏分从底部进入，底部液体中含氩很高, 它又回到主塔参加精馏。因此, 氩馏分中氩只有一部分作为粗氩被提取, 所需氩馏分量约为粗氩量的35～40 倍。 二、粗氩冷凝器的热负荷 粗氩冷凝器是粗氩塔的关键设备, 它的热负荷的大小直接影响氩蒸气液化量的多少, 所以直接决定回流比的大小, 也就决定着粗氩产量和纯度。粗氩冷凝器换热工况的影响因素主要有三个：
2 浅谈空分设备制氩系统操作的理论依据
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王玺 1、蒸发侧的压力：蒸发侧压力高, 液空蒸发温度就高, 换热温差减小， 氩蒸气液化量减少，回流比减小，粗氩冷凝器热负荷减小；反之蒸发侧压力低，液空蒸发温度就低，液空和氩蒸气的换热温差扩大，氩蒸气的液化量增多，回流比增大，热负荷加大。 2、液空氧组分的含量：液空含氧量升高，由于氧的沸点比较高, 蒸发温度就升高, 粗氩冷凝器换热温差减小, 氩蒸气液化量减少, 回流比减小，热负荷减小。 3、液空液位高度：液空液位高度的存在可使蒸发侧底部产生一定压力，能克服液空在翅片通道中的流动阻力。液空液位增高, 液空循环倍率增加，粗氩冷凝器热负荷随之提高。但液位过高, 由于底部压力的增加, 蒸发温度也升高，粗氩冷凝器的平均换热温差减小，使粗氩冷凝器的热负荷下降。所以粗氩冷凝器的液空液位要适宜。粗氩冷凝器热负荷的大小取决于蒸发侧压力、液空组分以及液空液位的高度；而粗氩冷凝器的热负荷大小又决定着氩馏分的取出量, 热负荷大, 液化量增加, 粗氩塔内气体量减少，压力降低，随之抽取过来的氩馏分量就增加；反之则小。因此，调整一个合适的粗氩冷凝器热负荷，关系到粗氩的产量和纯度。 三、制氩系统的操作 粗氩塔的投运会增加空分设备的冷损。粗氩塔的投运一般应具备以下四个前提条件: 1、主塔工况稳定；2、氧、氮产品的产量及纯度高，氧纯度至少要达到99 %；3、冷量要充足, 也就是主冷液氧液位在上限且稳定； 4、加大膨胀机制冷量。以上四个条件具备后，逐渐增大液空的取出量，即增大粗氩冷凝器热负荷到最佳值。随着粗氩冷凝器热负荷的增 3 浅谈空分设备制氩系统操作的理论依据
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王玺 加, 氩馏分的取出量增大, 直到常规流量。检查氩馏分的氩含量是否在8 %～10 %之间。如不在其范围内, 调整氧、氮产品和液氮调节阀, 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。合格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气氮做热源；精馏所需的回流液是上升气在冷凝器中被冷凝的液体, 冷源采用节流后的液氮。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粗氩。如冷凝器冷量过多，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。如蒸发器中的气氮量过少, 上升气量不足, 回流比增大, 也会造成上述现象。由于氮和氩的液化温度相差较大(10K)，冷凝器压力过低，就会使液氮节流降压后温度过低，氩还可能冻结成固体而堵塞冷凝器管。在操作中, 要控制好压力和阀门开度。
以上是本人结合操作经验对空分设备制氩系统原理及操作的一些浅见，仅供参考，欢迎批评指正。
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二零零八年四月
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