35000m^3／h空分设备粗氩塔氮塞的原因及处理

第２期　２００６年４月　深冷技术　ＣＲＹＯＧＥＮＩＣ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２００６　＊故障处理＊　３５０００ｍ３／ｈ空分设备粗氩塔氮塞的原因及处理　何　玉　君　（鞍钢新钢铁公司氧气厂，辽宁省鞍山市　１１４０２１）　摘要：简介了鞍钢引进的３５０００ｍ。／ｈ内压缩流程空分设备的流程和性能参数，详细分析了粗　氩塔发生氮塞的原因，阐述了为消除氮塞而采取的措施。　关键词：大型空分设备；内压缩流程；粗氩塔；氮塞　中图分类号：ＴＱ１１６．４３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—９４２５（２００６）０２—００５２—０３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｂｌｏｃｋ　ｉｎ　ｒａｗ　ａｒｇｏｎ　ｃｏｌｕｍｎ　ｏｆ　３５０００　ｍ３／ｈ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　Ｈｅ　Ｙｕ—ｊｕｎ　（Ｏｘｙｇｅｎ　Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｎｅｗ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆＡｎｓｈａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｎｓｈａｎ　１１４０２１，　Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ａ　３５０００　ｍ。／ｈ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　ｗｉｔｈ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｆｌｏｗ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｆｔｅｒ　ｄｅｔｍｌｅｄ　ｃａｕｓｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｂｌｏｃｋ　ｉｎ　ｌａｗ　ａｒｇｏｎ　ｃｏｌｕｍｎ，ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ；Ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｆｌｏｗ；Ｒａｗ　ａｒｇｏｎ　ｃｏｌｕｍｎ；Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｂｌｏｃｋ　鞍钢新钢铁公司氧气厂引进的第一台采用法液　节，根据氩馏分氧含量变化，通过ＰＩＤ参数调节调　空技术的３５０００ｍ。／ｈ空分设备，由液空（杭州）有　整进塔空气量。氩馏分氧含量高时，进塔空气量减　限公司设计、配套，采用分子筛净化、增压膨胀和　少；氩馏分氧含量低时，进塔空气量增加。在正常　全精馏无氢制氩的内压缩流程，ＤＣＳ系统控制，于　工况下，氩馏分氧含量设定值为９１．８％。若氩馏　２００３年４月投产运行。投产以后，多次出现粗氩　分氧含量低于９１％，粗氩塔就会出现轻微氮塞；　塔氮塞故障，不仅影响氩气生产，对氧气的生产也　氩馏分氧含量低于９０％，粗氩塔就会出现严重氮　造成一定的影响。所以需要对粗氩塔氮塞的原因进　塞。发生氮塞的原因主要有以下几个方面：①产品　行分析，找出解决方法，保证空分设备稳定运行。　氧气量波动大；②分子筛纯化系统切换；③液氮泵　１空分设备流程和性能参数　故障停车；④产品氩产量波动大；⑤粗氩塔液空蒸　３５０００ｍ。／ｈ空分设备流程如图１所示。其技术　气量过大。　２．１产品氧气量波动大　性能参数见表１。　２．１．１　引起粗氩塔氮塞的机理　２粗氩塔氮塞的原因及处理方法　内压缩流程空分设备氧气取出量大时，对氩馏　氩馏分的氧含量可以通过入塔空气量进行调　分氧含量的影响机理与外压缩流程不同。在内压缩　收稿日期：２００５．１０．１３　作者简介：何玉君（１９７０一），男，工程师，１９９３年毕业于西安交通大学流体机械专业，鞍钢新钢铁公司氧气厂一车　间主任。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　何玉君：３５０００ｍ。／ｈ空分设备粗氩塔氮塞的原因及处理　·５３·　图１　３５ＯＯＯｒｎ３／ｈ空分设备流程简图　表１　３５０００ｒｎ３／ｈ空分设备技术性能参数　产品　参数　参数值　３５ｏ（）０　部温度低时高压空气量会加大，导致氩馏分氧含量　降低。原因主要有３个方面：①高压空气量增加，　通过节流阀ＦＶ１５５６进入上塔的液体量增加，上塔　流量／（ｍ　／ｈ）　氧气　冷箱出口压力／ＭＰａ　纯度／％　流量／（ｍ　／ｈ）　冷箱出口压力／ＭＰａ　１．５　≥９９．６　２０Ｏ００　１．５　回流比增大，氩馏分氧含量降低；②高压空气量增　加，进入下塔的液体量增加，下塔回流比增大，液　空纯度降低，也会导致氩馏分氧含量降低；③下塔　液位为自动调节，下塔液体量增加，调节阀　ＬＶ１６０１会开大，下塔进入上塔的液体量增加，上　中压　氮气　纯度／１０　流量／（ｍ　／ｈ）　低压　氮气　氮压机出口压力／ＭＰａ　≤ｌＯ　２０Ｏ００　Ｏ．７　塔回流比增大。氩馏分氧含量降低。而在外压缩流　程中，氧气取出量大，上塔上升蒸汽减少，上塔回　纯度／１０　流量／（ｍ　／ｈ）　５０　５ｏ０　流比增加，氩馏分氧含量降低。　在这套空分设备中，１．６ＭＰａ的氧气经调节阀　ＦＶ１５１０Ａ直接送给用户。为了保证工况稳定。设置　了１个氧气排放阀ＦＶ１５１０Ｂ，这两个阀门均采用流　液氧　冷箱出口压力　纯度／％０２　流量／（ｍ３／ｈ）　可进入贮槽　≥９９．６　５ｏ０　量自动调节。ＦＶ１５１０Ａ流量设定值为３５０００ｍ　／ｈ，　ＦＶ１５１０Ｂ流量设定值为３４１００ｍ　／ｈ，当管网压力高、　氧气送出量低于３４１００ｍ　／ｈ时，ＦＶ１５１０Ｂ自动打　开；氧气送出量高于３４１００ｍ　／ｈ时，ＦＶ１５１０Ｂ会自　动关闭。　液氮　冷箱出口压力　纯度／１０　０２　流量／（ｍ　／ｈ）　可进入贮槽　≤ｌＯ　ｌ２ｏ０　液氩　冷箱出口压力　纯度　可进入贮槽　≤１　ｘ　１０一，Ｎ２≤２ｘ　１０一　氧气量波动大的原因主要有两个：①由于氧气　直接送给用户。不是送入球罐，因而调节能力差．　在钢厂３座转炉同时吹氧时，氧气用量可达４００００　流程中，氧气取出量大，先是导致主换热器中部温　度和冷端正流空气温度降低，使进入下塔的空气含　湿量大，下塔液空纯度稍降低。由于中部温度由高　压空气量通过ＰＩＤ调节自动加减量来完成调节，中　４２０００ｍ　／ｈ，管网压力较低，调节阀ＦＶ１５１０Ａ前　后压差可达０．６～０．７１ＭＰａ；②由于氧气调节阀　ＦＶ１５１０Ａ选型偏大，在正常工况下ＦＶ１５１０Ａ开度只　维普资讯 http://www.cqvip.com

５４·　深冷技术　ＣＲＹｏＧＥＮｌＣ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　２．３液氮泵故障停车　２．３．１　引起粗氩塔氮塞的机理　第２期　有ｌ５％～２０％，压差大时，ＦＶ１５ＩＯＡ开度只有　１１％～１２％，偏离最佳调节范围，无法实现稳定调　节，导致氧气流量波动比较大。此时，ＦＶ１５１０Ｂ也　液氮泵故障联锁停车后，下塔的液氮量会增加　。　随流量波动自动调节。ＦＶ１５１０Ａ和ＦＶ１５１０Ｂ这两个　阀门调节互相干扰，流量无法实现稳定调节，氧气　送出量较大，导致氩馏分氧含量降低，氩馏分氮含　量增加，引起粗氩塔氮塞。　２．１．２处理措施　２００００ｍ３／ｈ，下塔回流比增加，液空纯度降低。这　些液氮一部分通过污液氮调节阀ＦＶ１５５７进入上塔，　．　部分通过液空调节阀ＬＶ１６０１进入上塔，这时上　塔回流比增加ｌ６．７％，氩馏分氧含量大幅降低，　氩馏分氮含量急剧增加，大量的氮进入粗氩塔，导　经过一段时间的摸索，总结出手动操作方法。　在ＦＶ１５１０Ａ前后压差小于０．２ＭＰａ时，ＦＶ１５１０Ｂ采　取手动控制，阀门全关，由ＦＶ１５１０Ａ自动进行调　节。一方面，ＦＶ１５１０Ａ在这种情况下调节情况比较　好；另一方面，避免ＦＶＩ５１０Ｂ自动调节对ＦＶ１５１０Ａ　造成干扰，同时减少了氧需求量大时氧气放散造成　的浪费。在ＦＶＩ５１０Ａ前后压差大于０．２ＭＰａ时，　ＦＶ１５１０Ｂ手动控制阀门全关，ＦＶ１５１０Ａ手动控制，　每次手动开、关０．１％～０．２％进行调节。采取这样　操作后，氧气送出量比较稳定，对主塔工况的影响　明显减小。在该３５０００ｍ３／ｈ空分设备投产后，　３．ＯＭＰａ高压氧气经调压阀组送出与这条管线并网，　大大改善了管网调节能力，氧气管网的波动情况明　显好转。　２．２分子筛纯化系统切换　２．２．１　引起粗氩塔氮塞的机理　分子筛纯化系统切换时，进入主塔的空气量会　发生波动，从而影响氩馏分氧含量。在分子筛吸附　器升压过程中，进入主塔的空气量会减少约　４０００ｍ３／ｈ，由于空压机导叶采用流量自动调节，空　压机导叶会开大，使进入主塔的空气量达到正常。　在两组分子筛吸附器升压结束时，进入主塔的空气　量高于正常值较多，空压机导叶关得比较快，由于　流量测量滞后，导叶关得开度小于正常值，使进入　主塔的空气量减少，从而造成氩馏分氧含量降低，　氩馏分氮含量增加，引起粗氩塔氮塞。　２．２．２处理措施　由于氩馏分氧含量变化主要是由分子筛吸附器　升压使进入主塔的空气量减少和空压机导叶调节引　起的，一方面把分子筛吸附器升压时间延长至　９ｍｉｎ，减少升压造成的影响；另一方面调整空压机　导叶流量调节的ＰＩＤ参数，使空压机导叶开关速度　变小，从而使进入主塔的空气量波动较小，减少对　主塔工况的影响。　致粗氩塔氮塞。　２．３．２处理措施　为了减少这部分液氮对上塔的影响，一方面将　下塔液空调节阀ＬＶ１６０１、污液氮调节阀ＦＶ１５５７转　为手动控制，保持阀门开度不变，将液氮调节阀　ＦＶ１５５８转为手动控制，并适当开大，手动全开液　氮送贮槽调节阀，手动全开液氮排放阀，同时全开　粗氩塔排放阀ＨＶ１７２０；另一方面，立即启动备用　液氮泵将液氮送入管网，然后逐步把上述阀门恢复　到正常状态。　２．４产品氩气量波动大　为了节省蒸汽，回收液氩冷量，原先液氩经外　送液氩泵压缩再经主换热器复热后被送至管网。但　由于氩气需求量不稳定，氩送出量时多时少，有时　要停运液氩泵，氩气量波动较大。在氩气量增加较　大时，主换热器中部温度降低，高压空气量增加，　进入主塔的液体量也增加，上、下塔回流比增加，　下塔液空纯度降低，导致氩馏分氧含量降低，造成　粗氩塔氮塞。　由于氩气量不稳定，现改为液氩走水浴式汽化　器复热。　２．５粗氩塔液空蒸气量过大　检查发现，粗氩塔冷凝器液空蒸气流量的压力　修正值不对，致使实际流量比显示流量高。当时液　空蒸气实际流量达到５１０００ｍ３／ｈ，比设计值　４４ｏｏｏ￣／ｈ高出１５．９％，该空分设备变负荷上限为　１０５％，说明当时粗氩塔负荷比最大负荷高出　１０．９％，粗氩塔严重超负荷运行。当氩馏分氧含量　低于９０％，进入粗氩塔的氮量就会较多，造成粗　氩塔氮塞。　修改液空蒸气流量压力修正值，将其调整到　４２０００ｍ３／ｈ，粗氩塔恢复到正常工况。　采取了上述措施后，粗氩塔运行的稳定性明显　提高，保证了氩气的生产。　’