浅谈空分设备制氩系统操作的理论依据

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1、浅谈空分设备制氨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氮系统操作的理论依据，根据理论提出制制过程相对优化的操作方法。关键词:空分设备；稀有气体；粗氮塔；氮塞空分设备的制氮系统有两种流程：加氢制氮和全精憾制氮。由于全精憾制氨具有流程简单、操作方便、安全、稳定、氮提取率高等优点，是空分设备用户首选的制氮流程。全精馄制氮就是在粗氮塔中进行氧-氮分离,直接得到氧含量小于1X10'6的粗氮，在精氮塔中再进行氮-氮分离，得到纯度为99.999%的精氮产品。由于氧、氮常压下沸点仅差3K,如果用筛板精馆来实现氧■氨分离，约需150-180块理论塔板。规整填料每当量理论塔板的压

2、降是每理论筛板的1/8左右，这样在粗氮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一氮全精憾分离。为降低粗氟塔的高度，往往设置二级粗氟塔，粗氟I塔出口氟中氧含量为2%〜3%,粗氮II塔出口氮中氧含量小于1x10=可直接进入精氮塔进行精馆。一、氮憎分的提取粗氮塔的原料一一氨憾分來自于主塔，冷源液空也来自于主塔，且在粗氮塔冷凝器中蒸发返回主塔，所以粗氮的制取既要关注主塔工况的变化又要兼顾粗氮塔的工况变化，二者互相影响密切相关。氮在上塔有两个富集区，液空进料口上下各一个。氮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，提馆段的上升蒸汽相对增多，回流比

3、减小，液相屮的氮、氮组分充分蒸发上去，氧纯度提高，富氮区上移，即精馆段富氮区含氮量增高，而提馆段富氮区含氮量下降。氮憾分抽口在提憾段，氮惚分中的氮含量减少，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、氮组分被充分冷凝到液体中，沿塔板下流，氮纯度提高,精僻段富氮区含氮量下降，提馆段富氮区的含氮量增高。氮馆分中氮含量增加，氮含量增加,氧含量减少。空分设备操作时要根据主塔中氮富集区的分布情况及其受氧、氮产品变化的影响原理，来调节氮憾分中氮、氧、氮的含量，使氮憾分的各组分满足粗氟塔正常运行的要求。氟徭分中毎的含量要求在8%〜10%,

4、氧含量90%~91%,氮含量小于0」％。如氮僻分中氮含量太高,一则会使粗氮纯度降低，因为氮在粗氮塔屮不冷凝，而是随粗氮进入精氮塔；再者会造成粗氮冷凝器的温弟减小，由于氮组分聚集在粗氮冷凝器中不液化，吋间久了，形成氮塞，使粗氮冷凝器停止工作、粗氮塔工况恶化，若处理不及时还会影响到主塔工况。氮馄分从主塔抽取后进入粗氟塔进行氧■氮分离，氮懾分从底部进入，顶部得到含氮约98%〜99%的粗fio由于氧■氮分离较困难，大部分氮被洗涤下来，同时氨憾分从底部进入，底部液体中含氮很高，它又回到主塔参加精馆。因此，氮憾分中氮只有一部分作为粗氮被提取，所需氮惚分量约为粗氮量的35—40倍。二、粗氮

5、冷凝器的热负荷粗氮冷凝器是粗氮塔的关键设备，它的热负荷的大小直接影响氮蒸气液化量的多少，所以直接决定回流比的大小，也就决定着粗氮产量和纯度。粗氮冷凝器换热工况的影响因素主要有三个：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，氮蒸气液化量减少，回流比减小，粗氮冷凝器热负荷减小；反之蒸发侧压力低，液空蒸发温度就低，液空和氮蒸气的换热温差扩大，氮蒸气的液化量增多，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，粗氮冷凝器换热温差减小，氮蒸气液化量减少，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

6、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，粗氮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，粗氮冷凝器的平均换热温差减小，使粗氮冷凝器的热负荷下降。所以粗氮冷凝器的液空液位要适宜。粗氮冷凝器热负荷的人小取决于蒸发侧压力、液空组分以及液空液位的高度；而粗氮冷凝器的热负荷大小又决定着氮憾分的取出量，热负荷大，液化量增加，粗氮塔内气体量减少，压力降低，随之抽取过来的氮僻分量就增加；反之则小。因此，调整一个合适的粗氮冷凝器热负荷，关系到粗氮的产量和纯度。三、制氮系统的操作粗氮塔的投运会增加空分设备的冷损。粗氮塔

7、的投运一般应具备以下网个前提条件：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，即增大粗氮冷凝器热负荷到最佳值。随着粗氮冷凝器热负荷的增加，氮馆分的取出量增大，直到常规流量。检查氮憾分的氨含量是否在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。保证粗氮塔工况的正常，最重要的是要保证氮帼分的抽取量和憾分组成的稳定，抽取量决定丁粗歳冷凝器的