10000m3／h空分粗氩塔周期性氮塞的处理

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1、10000m3／h空分粗氩塔周期性氮塞的处理作者：莫友坤，叶谷香发布人：xilu222发布时间：2004-5-2711:15:58浏览次数：554收藏【关键词】空分设备,粗氩塔,氮塞,周期性波动,原因,预防措施【摘要】将10000m3／h空分设备周期性氮塞发生时，粗氩塔和上塔工况分为6个阶段描述，从中提出“氩馏分含氮过高引起周期性氮塞，粗氩塔冷凝器过多的液体延长周期持续时间”的观点，结合流程设计改进，指出处理和预防的一般措施。浏览字体设置：-14pt　+10pt12pt14pt16pt 中图分类号：TB65．7

2、6文献标识码：A   粗氩塔发生氮塞时，空分设备不能正常生产，给企业带来损失。在《深冷技术》2003年第3期“粗氩塔氮塞的分析及处理”一文中对氮塞现象进行了详细分类。近20年来武钢集团氧气有限责任公司多台10000m3／h切换板式自清除、全提取流程的空分设备在状况正常的情况下，多次碰到上文中提及的“周期性出现的氮塞”(以下简称为“周期性氮塞”)。这种周期性氮塞是如何形成的，发生时如何尽快将其工况从氮塞周期中脱离出来?如何在启动操作、正常生产中避免呢?我们从操作的角度对上述问题提出一些观点和看法。   我公司20

3、世纪70年代投产的代号为A台的10000m3／h切换板式加氢制氩流程空分设备的粗氩塔C3，由于其控制阀门少，出现氮塞机率最大，处理难度最大，最具代表性。无特别指出，本文讨论建立在空分A台基础上，为便于讨论，我们先简单介绍一下粗氩塔工艺流程。1粗氩塔流程简介(参见图1)   粗氩原料气体(氩馏分)取自上塔提馏段下部(AR-4含氧88％~91％)，进入粗氩塔C3底部作为上升气，在塔板上与被粗氩塔冷凝器携冷凝下来的回流液进行传质传热，至粗氩塔顶部精馏浓缩成含氧、氮各2．5％的粗氩气，复热后进入氩净化系统，回流液则利用

4、液位差返回上塔。下塔液空一部分通过过冷器E2回收上塔产品氮的冷量后，经液位(LIC-7)控制节流阀121进入K2作为粗氩塔工作冷源。冷源液空复热蒸发后，气相组分返回上塔提馏段上部与其浓度相当的塔板；液相组分经过一个定量节流装置返回上塔提馏段下部与其浓度相当的塔板上，以保证K2液体温度的恒定和C2H2等碳氢化合物不浓缩。通过阻力计PDI-4(17kPa)监视粗氩塔工况。2周期性氮塞的发生   当周期性氮塞发生时，各主要工况参数会发生近似周期性的变化，工况波动范围大大超过正常波动范围。参见表1。周期性氮塞的发生有两

5、种典型情形。表1周期性氮塞工况和正常工况下参数波动范围对比测量点周期性氮塞时波动范围正常时控制范围氩馏分含氧(AR-4)／％O2粗氩塔阻力(PDI-4)／kPa粗氩流量(FRQ-13)／(m3／h)60~950~21200~27088~9215~17200~250髓液空液位(LIC-7)／％主冷液氧液位(LIC-2)／％氩馏分含氮(AR-4)／％N2氧产品含氧(AR-1)／％0225~8035~70(情形1)50~80(情形2)0.1~2070~99．518~3075~85　≤0．1≥99．62．1发生在开车后

6、期的周期性氮塞(情形1)   以A台空分为例：在开车积液阶段后期，只要产品氮气取出过大、121阀开度过大、粗氩取出量过小，这三种情况的任一种发生，均可以造成携液位过高(正常为24％，此时达到60％以上)。调节纯度时，伴随氧产品纯度的提高，氩馏分氧含量逐渐升高至95％，大大超过正常值，携氩侧液化温度升高，K2换热得到增强，在一个较短的时间内，K2中液空被大量蒸发，—185℃左右的蒸汽返回上塔。同时粗氩塔回流液体增加，共同导致上塔回流比增加，主冷液氧液位上升，液氧纯度下降，上升蒸汽含氧量下降，氩馏分抽口处氩馏分含氮

7、量大大超过正常，引发氮塞。2．2产品合格后生产过程中的周期性氮塞(情形2)   氧气纯度过低，液空或液氧液位及其他精馏塔工况大幅度波动，送上塔膨胀空气量过大或提上塔压力过高过快等，都会造成氩馏分含氮量过高，引起粗氩塔氮塞。之后现象和开车后期的氮塞完全相同，不必赘述。   两种氮塞现象区别只是进入周期的切入点不同，这将在下文中提及。3一个完整的周期性氮塞现象   为便于讨论，我们从氩馏分含氮量高开始，将一个完整的周期近似地拆分为6个具有不同原因和表现的时段进行描述。   (1)氩馏分含氮量高。这是上文提及的氮塞周

8、期的切人点。K2换热温差减小，液位上涨；不凝氮开始在K2凝聚，塔内气体液化速度放慢，C3气流速度降低，阻力下降，压力上升。   (2)不凝氮在K2大量凝聚，占据换热面积，K2换热停止，K2液空液位最高；上升蒸汽不能液化，仅靠粗氩取出阀外排不及，C3压力继续上升，气流速度降低至不能托住塔上液体，C3开始漏液，阻力下降。   (3)漏液使上塔回流液急剧增加，主冷液位上涨，上塔上升蒸汽含氮量