孫濤

(邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司氣體廠,河北邯鄲 056107)

空分內(nèi)壓縮流程提取粗制氪氙氣體的研究

孫濤

(邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司氣體廠,河北邯鄲 056107)

大型空分內(nèi)壓縮流程氪氙粗制氣體提取對主塔以及粗氬塔的影響,投運(yùn)過程中遇到的問題,以及問題的分析解決,最終實(shí)現(xiàn)在保證空分穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件下,提取合格的氪氙粗制產(chǎn)品

氪氙 主塔 粗氬塔 換熱 流量 壓力

邯鋼7#制氧機(jī)為內(nèi)壓縮流程、全精餾、全提取的35000Nm3/h空分設(shè)備,能根據(jù)生產(chǎn)的需要,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變負(fù)荷操作。產(chǎn)品包含氧氣、氮?dú)?、氬氣和粗氖氦氪氙氣體。該工藝流程復(fù)雜,操作技術(shù)要求高。由于提取氖氦氪氙氣體產(chǎn)品時(shí),影響空分裝置的穩(wěn)定性,只是在調(diào)試階段試投運(yùn)過,期間造成主塔及粗氬塔運(yùn)行極其不穩(wěn)定,后來很長時(shí)間一直未投運(yùn)。

首先,簡單介紹下內(nèi)壓縮流程全提取工藝：

空氣經(jīng)過空壓機(jī)壓縮,氮水預(yù)冷系統(tǒng)冷卻,分子篩凈化后,分兩路。一路直接進(jìn)入主板式E01與返流氣體換熱。一路經(jīng)過增壓機(jī)壓縮。增壓機(jī)分兩段壓縮,一段壓縮后,一部分經(jīng)過二段壓縮至5．4MPa,與返流高壓液氧換熱,經(jīng)過高壓節(jié)流閥FV1521降壓后進(jìn)入粗氬塔K12和下塔K01。另一部分經(jīng)過增壓膨脹機(jī)ET01膨脹冷卻后進(jìn)入下塔。工藝流程簡圖(圖1)。

冷卻后空氣接近液化溫度(-173℃)送入下塔,經(jīng)過精餾,在頂部達(dá)到純液氮、中壓氮?dú)?。底部達(dá)到富氧液空。純液氮在過冷器E03中過冷后,一部分送入純氮塔K03中過冷后作回流液。富氧液空一部分經(jīng)過LV1601送入低壓塔K02作為回流液。另一部分經(jīng)過LV1711送入粗氬塔冷凝器E10,作為冷源。從低壓塔K02中部抽取部分餾分送入粗氬塔K10,除掉氧組分,頂部產(chǎn)生粗液氬?；亓饕河身敳縀10富氧液空汽化產(chǎn)生。粗液氬送入精氬塔,除掉氮組分,產(chǎn)生液氬送入液氬貯槽。在粗氬塔輔塔K12,進(jìn)一步洗滌氪氙,氪氙富集在K12底部。從低部取出氪氙原料氣送入液氧過濾器,吸附碳?xì)浠衔?送入氪氙積聚塔K90進(jìn)一步精餾,在K90底部達(dá)到貧Ke+Xe。

第二：氪氙系統(tǒng)投運(yùn)過程中存在的問題：(1)粗氬塔K10熱負(fù)荷加大,蒸發(fā)量(FIC1712)加大,同樣流量的情況下,閥門開度變小5%,K12頂部壓力(PIC1712)升高,造成粗氬塔工作不穩(wěn)定,經(jīng)常發(fā)生“氮塞”事故。(2)上塔不穩(wěn)定,氮純度從0．5PPm經(jīng)常上漲到2PPm,餾分含氮量偏多,氧純度隨著餾分變化波動(dòng)。(3)下塔去上塔液空LV1601控制流量FI1599從正常49000 Nm3/h↑54000 Nm3/h。(4)下塔污液氮明顯不足,調(diào)節(jié)閥FV1557經(jīng)常從正常開度60%↑100%。(5)下塔去上塔液氮流量也減少約5000Nm3/h。

第三,問題的研究與分析：

(1)消除下塔液空液位變化帶來影響。當(dāng)投運(yùn)氪氙時(shí)抽取約4300 Nm3/h中壓空氣,經(jīng)過E90、E95換熱后,變成液空,返回到粗氬塔E10,這樣去粗氬塔的液空在粗氬塔蒸發(fā)負(fù)荷不變的情況下,會減少從下塔底部經(jīng)過LV1711抽取的液空,導(dǎo)致下塔液空就會上漲。下塔液空液位是通過LV1601自動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)液位升高會自動(dòng)增加閥門開度,這個(gè)變化可以從該支路上流量FI1559檢測到,投運(yùn)氪氙后,FI1559的流量明顯增加,約4000Nm3/h。由于該支路液空不是從底部抽取,是從在空氣進(jìn)料口上部約2M部位,這樣就會改變該段回流比。同時(shí)該支路是經(jīng)過E03過冷換熱器,改變了過冷器的換熱溫差。為了消除這一變化,當(dāng)投運(yùn)氪氙時(shí),將液空去E10支路上的旁通閥(FV1555)維持一定開度,大約11%,保持液空去E10支路上的液空流量不變。進(jìn)而保證LV1601支路上的液空量不變,消除FI1559變化的影響。

圖1

(2)消除下塔液氮流量變化帶來影響。下塔液氮流量設(shè)計(jì)上與投運(yùn)氪氙的中壓空氣流量有聯(lián)系。具體關(guān)系為：

FIC1558．SV＝FIC1294×P01－FIC1731．SV×P02－FIC5023．SV

FIC1558．SV——液氮流量設(shè)定值

FIC1294 ——精餾空氣量

FIC1731．SV ——去精氬塔做熱源中壓氮?dú)饬髁?/p>

FIC5023．SV ——下塔去氪氙系統(tǒng)的中壓空氣

P01、P02——系數(shù)

下塔液氮量在投運(yùn)氪氙系統(tǒng)時(shí),變化較大,大約4000Nm3/h,這是影響氮?dú)饧兌炔▌?dòng)的主要原因,為了消除氮純度變化,通過實(shí)驗(yàn),FIC5023變化量的0．3倍作為液氮改變量較為合適。為此修改液氮流量設(shè)定值公式為：

FIC1558．SV＝FIC1294×P01－FIC1731．SV×P02－FIC5023．SV×0．3

經(jīng)過以上兩方面的操作調(diào)整,下塔的工況基本穩(wěn)定。

第四,氪氙系統(tǒng)的投運(yùn)：

首先,緩慢開啟FV1724A,從粗氬塔E10底部引出富含氪氙富氧液空,同時(shí)關(guān)閉FV1724C,保持從E10底部抽出的富氧液空FI1724量維持在2700Nm3/h．當(dāng)E90和E95全浸后,液位控制在102%。K90的頂部壓力投入自動(dòng),經(jīng)過PV5016調(diào)節(jié),壓力設(shè)計(jì)是38KPa,閥門經(jīng)常處于全開無法調(diào)節(jié),經(jīng)過試驗(yàn)壓力設(shè)定在67KPa,調(diào)節(jié)比較穩(wěn)定。從下塔緩慢抽取中壓空氣,逐漸開啟FV5023,當(dāng)FIC5023流量達(dá)到2800 Nm3/h, E95液位(LI5020),穩(wěn)定后,逐漸打開FV5024,直到FIC5024到1500Nm3/h,E90液位(LI5022)穩(wěn)定后,將FIC5024投入自動(dòng)。隨著K90工作,打開FV5025,從K90頂部引入液空作為回流液,該支路液空約800Nm3/h。氪氙在氪氙塔K90逐漸濃縮,最終達(dá)到氪含量約3000PPm,氙含量約230PPm的貧氪氙液。

運(yùn)用物料平衡的原理,分析精餾塔各段回流比,消除了投運(yùn)氖氦氪氙系統(tǒng)對整個(gè)空分裝置的影響,實(shí)現(xiàn)了空分裝置氪氙粗制產(chǎn)品的提取,提高了氪氙運(yùn)行過程中主塔及粗氬塔運(yùn)行穩(wěn)定性。

[1]李華治.《制氧技術(shù)》．冶金工業(yè)出版社.

[2]楊世銘.《傳熱學(xué)》．高等教育出版社.