唐友軍，蔣衛(wèi)兵，黃春濤，劉江淮，孟繁濤

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱：馬鋼）20000 m3/h空分設(shè)備是杭氧設(shè)計制造的首套大型內(nèi)壓縮流程空分裝置，采用分子篩吸附凈化、膨脹空氣進下塔，下塔為篩板塔，上塔為規(guī)整填料塔精餾、全精餾制氬流程。2004年機組建成投產(chǎn)以來，氧、氬產(chǎn)品產(chǎn)量偏低，機組運行能耗高。2015年9月～11月，杭氧對該套空分設(shè)備進行了優(yōu)化設(shè)計改造。改造后，氧氣產(chǎn)量經(jīng)調(diào)試達到設(shè)計值，氬產(chǎn)量仍較低，只有550 m3/h（改造后設(shè)計值750 m3/h）。2017年10月設(shè)備啟運后，進一步對主塔進行了優(yōu)化調(diào)整，氬產(chǎn)量逐步提高到750 m3/h。

1 工藝流程優(yōu)化改造介紹

圖1為20000 m3/h空分設(shè)備優(yōu)化設(shè)計改造后的流程簡圖。

2 設(shè)備運行狀況

2016年10月8日，改造后的20000 m3/h制氧機啟動進行調(diào)試生產(chǎn)。經(jīng)過調(diào)試，氧氣產(chǎn)量達到設(shè)計值，但下塔液空純度偏低，下塔阻力只有15 kPa左右，氬餾分中氮組分含量較多，制氬系統(tǒng)精餾工況不穩(wěn)定。為避免粗氬冷凝器氮塞，只能將氬餾分中氧含量控制得較高，使得粗氬Ⅰ塔出口AIA702含氧20%以上，粗氬Ⅱ塔出口微量氧AIAS704接近5×10-6，氬產(chǎn)量只有550 m3/h左右。機組運行參數(shù)見表1。

圖1 20000 m3/h空分裝置高壓節(jié)流液空優(yōu)化改造流程圖

3 原因分析

3.1 下塔液空含氧量過低

20000 m3/h制氧機主冷液氮回下塔手動控制閥V11開度為33圈（共120圈），液氮節(jié)流閥V3受下塔頂部液氮純度制約，最大只能開到52%，如果繼續(xù)開大，則下塔液氮含氧量和上塔氮氣含氧量都會

表1 2016年10月至2017年5月期間運行參數(shù)

上升。這是因液氮回流閥V11開度偏小，下塔上部回流比小，下塔頂部氮氣含氧增多，冷凝后液氮含氧也增多。為確保產(chǎn)品氮合格，必須關(guān)小液氮節(jié)流閥V3，以提高下塔上部回流比，這樣造成去上塔的純液氮量小，液空含氧低，氬餾分含氮增多。

3.2 上塔提餾段回流比大

高壓節(jié)流液空分別經(jīng)截止閥V22進下塔和節(jié)流閥V2進上塔，而這兩根管線管徑相同，在運行過程中V22處于全開狀態(tài)，進入下塔的高壓節(jié)流液空量較多，降低了下塔富氧液空的氧含量。同時，為保持下塔液空液位在正常值，液空節(jié)流閥V1開度在70%以上，使得上塔提餾段回流比增大，氬餾分含氮增多。

3.3 上塔氮氣取出量少

由于液氮節(jié)流閥V3開度?。ㄗ畲鬄?2%），節(jié)流到上塔的純液氮量少，如果將氮氣產(chǎn)量提到20000 m3/h，則上塔精餾段回流比小，產(chǎn)品氮氣含氧升高。所以為了保證產(chǎn)品氮氣純度合格，上塔氮氣取出量只有18700 m3/h，造成上塔壓力升高到43 kPa，上塔氬富集區(qū)下移，氬餾分含氮增多。

4 工況調(diào)整

4.1 調(diào)整思路

針對上述原因，決定先提高下塔頂部液氮純度，然后在下塔液氮純度滿足要求的前提下，增大去上塔頂部的純液氮量；在下塔富氧液空滿足粗氬冷凝器所需的前提下，增大去上塔上部的高壓節(jié)流液空量。

4.2 調(diào)整步驟

（1）2017年10月 10日 20000 m3/h制氧機啟運，在粗氬塔投運后，10月17日開始逐步將液氮回流閥V11開大,視上塔產(chǎn)品氮氣純度情況，再逐步開大液氮節(jié)流閥V3，同時增大產(chǎn)品氮氣產(chǎn)量，上塔壓力下降，污氮氣含氧降低，下塔阻力上升，液空含氧升高。參數(shù)變化見表2。

（2）11月12日開始逐步關(guān)小高壓節(jié)流液空進下塔截止閥V22，同時，逐步開大節(jié)流閥V2，減少進下塔的液空量，增加進上塔上部的液空量，隨著下塔液空量的減少，液空節(jié)流閥V1也逐漸關(guān)小，液空含氧增加，上塔氬餾分中氮組分減少。液空純度變化見表3。

表2 調(diào)整V11、V3主塔參數(shù)變化情況

表3 調(diào)整V22、V2、V1液空純度變化情況

通過以上調(diào)整，上塔氬富集區(qū)上移，氬餾分中氮組分減少，制氬系統(tǒng)工況穩(wěn)定，氧、氬分離效果提高，粗氬Ⅰ塔、Ⅱ塔出口氧含量降低，氬產(chǎn)量提高到750 m3/h。調(diào)整前后氬系統(tǒng)參數(shù)對比見表4。

表4 調(diào)整前后氬系統(tǒng)參數(shù)對比

5 總結(jié)

下塔精餾是上塔精餾的基礎(chǔ)，必須合理匹配液氮回下塔和去上塔的量，在下塔頂部液氮純度合乎要求的情況下，要盡可能地將液氮向上塔轉(zhuǎn)移，并增大高壓節(jié)流液空進上塔的量，以提高液空氧含量，減少氬餾分中的氮組分，確保制氬系統(tǒng)穩(wěn)定。同時，上塔精餾段回流比增大，污氮氣氧含量降低，氬的提取率提高，氬產(chǎn)量得以提高。