周金城，劉江淮，王勝利

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 氣體銷售分公司，安徽 馬鞍山 243000)

1 前 言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司(以下簡稱：馬鋼)20 000 m3/h空分設(shè)備是杭氧設(shè)計(jì)、制造。20 000 m3/h空分設(shè)備采用空氣循環(huán)增壓、膨脹空氣進(jìn)下塔、液氧內(nèi)壓縮、全精餾制氬流程。

20 000 m3/h空分設(shè)備粗氬精餾系統(tǒng)由粗氬I塔、粗氬II塔、循環(huán)粗氬泵構(gòu)成。從上塔提餾段抽取氣態(tài)氬餾分，依次進(jìn)入粗氬I塔、粗氬II塔，作為上升蒸氣參與精餾，進(jìn)行氧氬分離，在粗氬II塔頂部抽取氣態(tài)粗氬。同時(shí)，粗氬II塔塔釜回流液體經(jīng)循環(huán)粗氬泵加壓、輸送至粗氬I塔頂部，作為回流液體，經(jīng)粗氬I塔精餾，導(dǎo)入上塔提餾段。

20 000 m3/h空分設(shè)備自投產(chǎn)，馬鋼根據(jù)20 000 m3/h液氧內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備工藝流程特點(diǎn)，在空分設(shè)備熱開車、冷開車，投運(yùn)粗氬塔時(shí)，對(duì)粗氬塔投運(yùn)方式與循環(huán)粗氬泵、氣態(tài)粗氬、氬餾分流量操作方法進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，使空分設(shè)備啟動(dòng)穩(wěn)定。

2 粗氬塔投運(yùn)方式

2.1 存在問題與原因分析

在20 000 m3/h空分設(shè)備投產(chǎn)初期，粗氬塔投運(yùn)方式采用傳統(tǒng)的分步投運(yùn)方法，即主塔穩(wěn)定后投運(yùn)粗氬塔。

主塔穩(wěn)定后投運(yùn)粗氬塔，是在空分設(shè)備開車中，氧氣、氮?dú)饧兌群细衽c氬餾分氬含量不大于正常運(yùn)行值，氧氣、氮?dú)猱a(chǎn)量接近正常運(yùn)行值，精餾系統(tǒng)冷量滿足時(shí)，投運(yùn)粗氬塔。

20 000 m3/h空分設(shè)備開車，主塔精餾工況已建立，在投運(yùn)粗氬塔過程中，增大粗氬冷凝器熱負(fù)荷，下塔液空、主冷液位降低，上塔提餾段回流比變化大，使氬餾分氬含量大于正常運(yùn)行值，粗氬冷凝器熱負(fù)荷降幅大，粗氬塔工況未能建立。同時(shí)，從上塔提餾段抽取的氬餾分流量與入上塔提餾段液空流量波動(dòng)幅度大，氧氣、氮?dú)饧兌扰c污氮?dú)庋鹾坎▌?dòng)。

在此狀態(tài)，為使主塔工況穩(wěn)定并建立粗氬塔工況，不得不再次調(diào)節(jié)主塔工況，同時(shí)，根據(jù)主塔工況變化，再次逐步投運(yùn)粗氬塔，逐步建立主塔與粗氬塔工況。

20 000 m3/h內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備在主塔穩(wěn)定后投運(yùn)粗氬塔，已穩(wěn)定的主塔工況易于波動(dòng)，粗氬塔投運(yùn)時(shí)間長。分步投運(yùn)粗氬塔方法未能發(fā)揮20 000 m3/h內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備最大性能。

2.2 操作方法改進(jìn)

20 000 m3/h空分設(shè)備采用液氧內(nèi)壓縮工藝流程，低壓空氣、中壓膨脹空氣、高壓空氣均入下塔參與精餾，中壓膨脹空氣等熵膨脹、高壓空氣等焓節(jié)流產(chǎn)生的制冷量充裕，粗氬冷凝器液空液位、粗氬II塔塔釜液體液位升至正常運(yùn)行值時(shí)間短，主塔與粗氬塔可在較短時(shí)間內(nèi)建立物料、冷量平衡。

為此，20 000 m3/h內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備粗氬塔投運(yùn)方式改為同步投運(yùn)方法。在空分設(shè)備開車對(duì)氧氣、氮?dú)?、氬餾分氬含量進(jìn)行調(diào)純時(shí)，同時(shí)投運(yùn)粗氬塔，即在空分設(shè)備氧氣純度升至99%，氬餾分氬含量低于12%時(shí)，投運(yùn)粗氬塔。

同步投運(yùn)粗氬塔，在氧氣氮?dú)饧兌群细?、產(chǎn)量接近正常運(yùn)行值時(shí)，粗氬塔I、II塔阻力與氬餾分流量已升至正常運(yùn)行值，使粗氬塔工況建立與主塔工況調(diào)至正常運(yùn)行狀態(tài)同時(shí)完成，粗氬塔投運(yùn)時(shí)間較短。同步投運(yùn)粗氬塔方法較為適用于20 000 m3/h液氧內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備。

3 循環(huán)粗氬泵

3.1 存在問題與原因分析

20 000 m3/h空分設(shè)備停機(jī)，粗氬II塔規(guī)整填料中回流液體回流至塔釜，粗氬II塔塔釜液位高于液位高報(bào)警值。

20 000 m3/h空分設(shè)備冷開車投運(yùn)粗氬塔，循環(huán)粗氬泵操作方法使用空分設(shè)備熱開車粗氬塔操作方法。

在先開啟粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥V701，將下塔液空輸入粗氬冷凝器，增大粗氬冷凝器熱負(fù)荷時(shí)，粗氬II塔回流液體量增大，入上塔提餾段液空量降低，使20 000 m3/h空分設(shè)備粗氬II塔塔釜液位升至高于液位計(jì)量程、主冷液位降至小于正常運(yùn)行值。

為降低粗氬II塔塔釜液位，不使主冷液位降至小于低報(bào)警值，啟動(dòng)循環(huán)粗氬泵，循環(huán)粗氬泵變頻器負(fù)荷調(diào)至95%大于正常運(yùn)行值，將粗氬II塔塔釜液體輸入上塔提餾段，入上塔提餾段回流液體量增幅大，上塔提餾段回流比增大，使20 000 m3/h空分設(shè)備氧氣純度降至98%、氬餾分氬含量升至15%。

為避免主塔工況劣化，較大幅度減小粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥V701開度，降低粗氬冷凝器熱負(fù)荷。同時(shí)，在主冷液位升至正常運(yùn)行值時(shí)，將循環(huán)粗氬泵變頻器負(fù)荷調(diào)至小于正常運(yùn)行值，調(diào)節(jié)主塔精餾工況，粗氬塔工況建立時(shí)間長。

3.2 操作方法改進(jìn)

根據(jù)20 000 m3/h空分設(shè)備停機(jī)，粗氬II塔塔釜液位大于液位高報(bào)警值實(shí)際狀況，在空分設(shè)備冷開車，投運(yùn)粗氬塔時(shí)，改變循環(huán)粗氬泵啟動(dòng)、粗氬冷凝器操作方法。

首先，啟動(dòng)循環(huán)粗氬泵，調(diào)節(jié)循環(huán)粗氬泵變頻器負(fù)荷使之小于正常運(yùn)行值，開啟循環(huán)粗氬泵回流閥，控制粗氬II塔塔釜液體輸入上塔提餾段回流液體量，保持氧氣純度、氬餾分氬含量穩(wěn)定。

而后，在主冷液位升至大于正常運(yùn)行值小于高報(bào)警值、粗氬II塔塔釜液位小于高報(bào)警值時(shí)，逐步開啟粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥V701，控制下塔液空輸入粗氬冷凝器液體流量，使粗氬冷凝器熱負(fù)荷逐步增大。

最后，保持氧氣純度、氬餾分氬含量穩(wěn)定，逐步增大循環(huán)粗氬泵變頻器負(fù)荷、減小循環(huán)粗氬泵回流閥開度，提高粗氬II塔塔釜液體輸入上塔提餾段回流液體量，將粗氬II塔塔釜液位降至正常運(yùn)行值。同時(shí)，增大粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥V701開度，降低入上塔提餾段液空流量，將主冷液位調(diào)至正常運(yùn)行值。

空分設(shè)備冷開車，投運(yùn)粗氬塔，通過先啟動(dòng)循環(huán)粗氬泵、后開啟粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥的操作方法，氧氣純度、氬餾分氬含量變化幅度小，粗氬塔工況建立時(shí)間短。

4 氣態(tài)粗氬流量

4.1 存在問題與原因分析

空分設(shè)備熱開車、冷開車，投運(yùn)粗氬塔。在粗氬塔工況建立，對(duì)粗氬塔調(diào)純，降低粗氬塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量時(shí)，減少粗氬II塔頂部氣態(tài)粗氬流量，增加粗氬I塔、粗氬II塔回流比，縮短粗氬塔調(diào)純時(shí)間。

20 000 m3/h空分設(shè)備粗氬塔調(diào)純，將粗氬II塔頂部氣態(tài)粗氬流量減至正常運(yùn)行值的30%。在粗氬I塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量降至1%，小于正常運(yùn)行值的2%時(shí)，因粗氬II塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量減至3.5×10-6，未達(dá)到正常運(yùn)行值2×10-6，粗氬II塔頂部氣態(tài)粗氬流量未調(diào)節(jié)，氧氣純度在較短時(shí)間內(nèi)降至99%未合格，氬餾分氬含量升至15%，主塔、粗氬塔精餾工況穩(wěn)定，粗氬塔未發(fā)生氮塞。

因空分設(shè)備停機(jī)時(shí)，雜質(zhì)氣體殘留在粗氬氧含量分析儀樣氣管道中，在粗氬塔調(diào)純時(shí)，氣態(tài)粗氬置換粗氬氧含量分析儀樣氣管道時(shí)間長。粗氬塔調(diào)純前期，粗氬氧含量分析儀顯示值大于真實(shí)值。

在粗氬I塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量降至1%,氣態(tài)粗氬流量為正常運(yùn)行值的30%時(shí)，粗氬塔回流比大，粗氬塔上升蒸氣中氬組分液化量高、回流液體氬組份蒸發(fā)量低，粗氬I塔回流液體中氧含量低、氬含量高、氮含量低，使入上塔提餾段回流液體中氧含量低、氬含量高、氮含量低，主冷液氧中氬含量高，氧氣純度降低，氬餾分中氬含量升高、氮含量未增大。

4.2 操作方法改進(jìn)

空分設(shè)備熱開車、冷開車，在粗氬塔調(diào)純階段，根據(jù)粗氬I塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量，調(diào)節(jié)粗氬II塔頂部氣態(tài)粗氬流量。

在粗氬I塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量降至正常運(yùn)行值的2%時(shí)，逐步增大粗氬II塔頂部氣態(tài)粗氬流量至正常運(yùn)行值。同時(shí)，調(diào)節(jié)粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥、液空蒸氣控制閥開度，將粗氬冷凝器熱負(fù)荷調(diào)至正常運(yùn)行值，以保持粗氬I塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量穩(wěn)定，使粗氬II塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量減至正常運(yùn)行值2×10-6。

20 000 m3/h空分設(shè)備開車，粗氬塔投運(yùn)調(diào)純，根據(jù)粗氬I塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量變化調(diào)節(jié)氣態(tài)粗氬流量，氧氣純度、氬餾分氬含量穩(wěn)定，避免氧氣因純度降低放散。

5 氬餾分流量

5.1 存在問題與原因分析

20 000 m3/h空分設(shè)備熱開車、冷開車，投運(yùn)粗氬塔。在粗氬塔工況已建立，粗氬塔調(diào)純時(shí)，調(diào)節(jié)粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥、液空蒸氣控制閥開度大于正常運(yùn)行值，增大粗氬冷凝器熱負(fù)荷，提高粗氬I塔、粗氬II塔回流比，降低粗氬塔頂部氣態(tài)粗氬中氧含量，縮短粗氬塔調(diào)純時(shí)間。

20 000 m3/h空分設(shè)備粗氬塔調(diào)純，在粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥開度增至76%，液空蒸氣控制閥開度升至83%時(shí)，入粗氬I塔氣態(tài)氬餾分流量增至29 300 m3/h大于正常運(yùn)行值27 100 m3/h，粗氬I塔、粗氬II塔阻力均大于設(shè)計(jì)值。在將氬餾分氬含量增至7.7%，降低氣態(tài)粗氬中氧含量時(shí)，氬餾分流量降至19 800 m3/h，粗氬I塔、粗氬II塔阻力同步降至小于低報(bào)警值，粗氬冷凝器液空液位升高、液空蒸氣流量降低，粗氬塔發(fā)生氮塞。

增大粗氬冷凝器熱負(fù)荷，使入粗氬塔進(jìn)行精餾的氬餾分流量增加，上塔提餾段上升蒸氣流量減少，上塔提餾段氬富集區(qū)下移，上塔提餾段氬餾分抽口處上升蒸氣中氮組分含量增加。

在入粗氬塔氣態(tài)氬餾分流量增至29 300 m3/h大于正常運(yùn)行值27 100 m3/h，氬餾分氬含量增至7.7%時(shí)，氣態(tài)氬餾分中氮含量高，粗氬冷凝器冷凝側(cè)氮?dú)夥e聚量高，粗氬冷凝器蒸發(fā)側(cè)與冷凝側(cè)溫差小，粗氬冷凝器熱負(fù)荷減小，粗氬塔發(fā)生氮塞。

5.2 操作方法改進(jìn)

空分設(shè)備熱開車、冷開車，在粗氬塔調(diào)純階段，根據(jù)粗氬I塔、粗氬II塔阻力，調(diào)節(jié)入粗氬塔氣態(tài)氬餾分流量。

首先，調(diào)節(jié)粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥，將粗氬冷凝器液空液位調(diào)至正常運(yùn)行值，使粗氬I塔、粗氬II塔阻力、氬餾分流量均同步升至大于低報(bào)警值、小于正常運(yùn)行值。

而后，保持粗氬冷凝器液空液位穩(wěn)定，逐步增大液空蒸氣控制閥開度，調(diào)節(jié)粗氬冷凝器液空蒸氣流量至正常運(yùn)行值，將粗氬I塔、粗氬II塔阻力升至正常運(yùn)行值，氬餾分流量增至不大于正常運(yùn)行值27 100 m3/h。

最后，保持粗氬I塔、粗氬II塔阻力穩(wěn)定，將氬餾分氬含量增至正常運(yùn)行值，降低氣態(tài)粗氬中氧含量。在20 000 m3/h空分設(shè)備粗氬塔調(diào)純時(shí)，先調(diào)節(jié)粗氬

冷凝器液空液位、后增大粗氬冷凝器液空蒸氣流量，控制粗氬冷凝器熱負(fù)荷，將氬餾分流量逐步升至正常運(yùn)行值，使粗氬塔調(diào)純工況穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

馬鋼根據(jù)20 000 m3/h液氧內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備工藝流程特點(diǎn)，通過對(duì)20 000 m3/h空分設(shè)備粗氬塔投運(yùn)方式與循環(huán)粗氬泵、氣態(tài)粗氬與氬餾分流量操作方法存在問題進(jìn)行具體原因分析，針對(duì)性改進(jìn)粗氬塔操作方法，保證空分設(shè)備啟動(dòng)穩(wěn)定。