10000m3/h空分粗氩塔周期性氮塞的处理

安装运转文章编号:1009942(2004.2.0090410000m3/h空分粗氩塔周期性氮塞的处理莫友坤,叶谷香(武汉钢铁集团氧气有限责任公司,武汉市青山区白玉山武钢20号门430083)摘要:将100°/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,从中提岀″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。关键词:空分设备;粗氩塔;氮塞;周期性波动;原因;预防措施中图分类号:TB65.76文献标识码:AHandling periodic nitrogen blockage of the crude argon columnassociated with 10000m/h air separation plantMo You- kun ye gu-xiangOxygen Production Co., Ltd. of Wuhan Iron and Steel Group 20 Wu Steel, Bai Yu Shan, QingshanDistrict, Wuhan 430083, Hubei, P. R ChianAbstract: The operating conditions are divided into six stages both for the crude argon column and the upper columnassociated with 10000m/h air separation plant when the periodic nitrogen blockage occurs. It points out that the periodicnitrogen blockage results from too high nitrogen content in the argon fraction and excessive liquid in the condenser of thecrude argon column. With the improvement of process design the paper puts forward some common measures to be takefor solving the problem and for preventionKeywords Air separation plant Crude argon column Nitrogen blockage Periodic fluctuation Cause i Precaution粗氩塔发生氮塞时,空分设备不能正常生产,1000切换板式加氢制氩流程空分设备的粗氩塔给企业带来损失。在《深冷技术》2003年第3期C3,由于其控制阀门少,出现氮塞机率最大,处理〃粗氩塔氮塞的分析及处理″一文中对氮塞现象进行难度最大,最具代表性。无特别指出,本文讨论建了详细分类。近20年来武钢集团氧气有限责任公司立在空分A台基础上,为便于讨论,我们先简单介多台1000xh切换板式自清除、全提取流程的空绍一下粗氩塔工艺流程。分设备在状况正常的情况下,多次碰到上文中提及1粗氩塔流程简介(参见图1)的周期性出现的氮塞”(以下简称为“周期性氮粗氩原料气体(氩馏分)取自上塔提馏段下部塞")这种周期性氮塞是如何形成的,发生时如何(AR-4含氧8%~91%),进入粗氩塔C3底部作为尽快将其工況从氮塞周期中脱离岀来?如何在启动上升气,在塔板上与被粗氩塔冷凝器K冷凝下来的操作、正常生产中避免呢?我们从操作的角度对上回流液进行传质传热,至粗氩塔顶部精馏浓缩成含述问题提出一些观点和看法。氧、氮各2.5%的粗氩气,复热后进入氩净化系统我公司20世纪0年代投产的代号为A台的回流液则利用液位差返回上塔。下塔液空一部分通收稿日期:2003-10-23;修作者简介:莫友坤(1972—),男,1993年毕业于华中理工大学制冷、压缩机、低温技术专业,1993年后在武钢氧气公司工作至今,工程师。安装运转莫友坤,叶谷香:1000°h空分粗氩塔周期性氮塞的处理过过冷器E2回收上塔产品氮的冷量后,经液位过高(正常为24%,此时达到60%以上)调节纯〔LC—7)控制节流阀121进入K2作为粗氩塔工作度时,伴随氧产品纯度的提高,氩馏分氧含量逐渐冷源。冷源液空复热蒸发后,气相组分返回上塔提升高至呖%,大大超过正常值,K氩侧液化温度升馏段上部与其浓度相当旳塔板;液相组分经过一个高,K换热得到增强,在一个较短的时间内,K2定量节流装置返回上塔提馏段下部与其浓度相当的中液空被大量蒸发,-185℃左右的蒸汽返回上塔。塔板上,以保证K液体温度的恒定和CH等碳氢同时粗氩塔回流液体增加,共同导致上塔回流比增化合物不浓缩。通过阻力计PD}-4(1kPa)监视粗加,主冷液氧液位上升,液氧纯度下降,上升蒸汽氩塔工况。含氧量下降,氩馏分抽口处氩馏分含氮量大大超过正常,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汽担上培压力过高过快等,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。返團上塔蘸空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,将个完整的周期近似地拆分为6个具有不同原因和返上场国流摧表现的时段进行描述。图1空分A台粗氢塔流程简图(1)氩馏分含氮量高。这是上文提及的氮塞周2周期性氨塞的发生期的切入点。K2换热温差减小,液位上涨;不凝当周期性氮塞发生时,各主要工况参数会发生氨开始在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。近似周期性的变化,工况波动范围大大超过正常波(2)不凝氮在K2大量凝聚,占据换热面积,动范围。参见表1。周期性氮塞的发生有两种典型K2换热停止,K2液空液位最高;上升蒸汽不能液情形。化,仅靠粗氩取岀阀外排不及,C3压力继续上升,表1周期性氮塞工况和正常工况下参数波动范围对比气流速度降低至不能托住塔上液体,C3开始漏液,周期性氮塞时正常时阻力下降。测量点波动范围制范围3)漏液使上塔回流液急剧增加,主冷液位上氩馏分含氧AR-4)%03涨,上塔上升蒸汽含氮量继续增高,氩抽口含氮量粗氩塔阻力(PD4)/kPa粗氩流量(FRQ13)/(m3/h)更高。C3塔板上液体漏光,阻力下降为最低(近K2液空液位(LC7于空塔阻力),K被不凝氮塞满,没有回流液,粗主冷液氧液位(LC2)/%35~70(情形1)75~85氩塔停止精馏工作,仅仅在排K处的低温氮,此50-80(情形2)时粗氩塔只相当于排气通道氩馏分含氮(AR4)/%N20.1~20氧产品含氧(AR-1)/%O270-99.5≥9).6(4)随着C3的回流液和K2液体的减少,上塔工况趋于正常,氩馏分含氮量开始下降,粗氩塔2.1发生在开车后期的周期性氮塞(情形1)仍在排氮。以A台空分为例:在开车积液阶段后期,只要(5)大量的K2不凝氮排放后接近正常,K2开产品氮气取岀过大、121阀开度过大、粗氩取出量过始换热。C3开始工作,阻力上升,K2液位下降。小,这三种情况的仼一种发生,均可以造成K液位但此时K2的换热是在大换热面积(高液位)大莫友坤,叶谷香:000m°/h空分粗氩塔周期性氮塞的处理安装运转温差(正常是含氧、氮各2.5%的粗氩参与换热,5)上述方法无效,只能临时停车,待K2液此时是含氧80%以上氩馏分)情况下进行的,换位回零时重新开车。热比正常时剧烈得多,产生的回流液也多于正常,4.2周期性氮塞的预防措施K2液位急剧下降。这是上文提及的开车过程中发(1)正常生产时保证氩馏分含氮量在0.1%生氮塞的切入点(1000×106)以下。(6)随着K2中液空被大量蒸发,-185℃左右(2)避免液氧液位大幅度波动的蒸汽返回上塔,同时粗氩塔回流液增加,共同导3)开车后期投粗氩塔开始阶段,氩馏分取出致上塔回流比增加,主冷液位、氩馏分含氮量止跌量不能过小,以保证排氮量;对121阀操作幅度要回升,上塔提馏段在过多的回流液的沖击下,工况小,不要在短时间内将K2液位调至正常值,防止达到正常值但并不停留,氩馏分含氮量继续升高,在K中积蓄过多的液体;投粗氩塔要逐渐增加其返回第1步情形,形成周期。冷凝蒸发器负荷。和正常范围氩馏分含氮量增高相比,发生周期4)防止上塔压力提高过快。操作中要特别注性氮塞时粗氩塔有两个显著的标志:C3阻力下降意:上塔压力要根据氩馏分含氧量变动情况分步骤过多;K2液位超高。提高正常生产中如果不注意控制氩馏含氮量,氮在5工艺流程改进的作用K2中凝聚,C3漏液,发生氮塞,粗氩塔首先会排从我公司20世纪80年代初(C/D台)和90氮;开车阶段粗氨塔本身有二个排氮过程在这两年代初(E/F台)进口的设备运行情况来看,开车种情形下,当排氮过程结束后,紧接着是个较剧烈的换热过程。如果K2液位过高,换热越剧烈,对和正常运行中很少发生氮塞,即使发生了,也能在短时间内解决。从图2中我们可以看岀粗氩塔控制粗氩塔的影响越大手段显著增加。以下是三种流程对比(参见图2我们认为,消除周期性氮塞就是要紧紧抓住〃氩馏分含氮量过高是起因”和“K2过高的液位会表2延长周期持续时间”这两条不放,针对周期性氮塞所处不同阶段,采取如下措施:①降低氩馏分平均含氮量;②将K中积蓄的过多的液体消耗掉。从而尽快将空分设备运行工况从周期性震荡中脱离出来。4粗氩塔周期性氮塞的处理和预防4.1周期性氮塞的处理措施当A台空分粗氩塔进入周期性氮塞后,我们通常采取如下处理方法(1)减小产品氮气取出量,关小121阀,直接降低K2液位(2)减少氧产品取出量,提高整个周期中氩馏图2空分设备C/D、E/F台粗氩塔流程图分平均含氧量,有利于K2排氮和消耗掉K2中积51CD台空分设备的改进蓄的过多液体C/D台空分设备粗氩塔K2侧面增加了一个冷3)在周期第6阶段氩馏分含氮量止跌回升时回流液控制阀153。.投粗氩塔时,可根据C402刻,快速减少氧气量和膨胀空气量,以保持氩馏分缓慢开启此阀,控制K氬侧换热及回流液,避免中含氧量,延缓其下降趋势。换热短时内急剧增加对上塔的精馏产生不利影响,(4)在发生氮塞时要加强排氮,一方面可防止C/D台投粗氩塔时基本上未发生氮塞现象。当发生不凝性氮积聚,另一方面可强制冷凝蒸发器换热,氮塞时,可以关小此阀,有效配合其他控制阀门使液空液位降到正常水平。尽快消除周期性氮塞。安装运转莫友坤,叶谷香:1000°h空分粗氩塔周期性氮塞的处理表2A、C/D、E/F台空分设备粗氩塔流程对比回流上塔液体量大小。当PD)ISA54110下降时,表相关测点控制阀门A台CD台E/F台明氩馏分含氮量高,关小此阀可以减少回上塔的回下塔液空入K2121LCV5411流液,提高氩馏分含氧量,减小上塔工况波动。K2液空蒸发后返回上塔无控制无控制FCV54113)膨胀空气直接进污氮通道控制器(图中未K2液空返回上塔无控制2374137K2液空液LIC-7 LIC-401 LICA54111画出)可将部分膨胀空气旁通进入污氮通道,增阀153大上塔精馏段回流比,降低氩馏分含氮量。K2氩侧回流液控制无控制L-4024131(4)QC5410可依据氩馏分含氧量自动调节粗氩气纯度分析点ARA-5 QRS-402 QE54112空分产品氧气量,保证氩馏分抽口含氧量,预防氮粗氩塔阻力PDI-4 PDI-401 PDISA54110塞发生O154110,和空分产上塔来氩馏分分析AR-4Q-401品氧气量联锁由此我们看到空分流程设计进化发展的作用,粗氩塔底部液体返上塔无控制无控制1s410Csn值得各位同行借鉴。参考文献5.2E/F台空分设备的改进[1]严寿鹏.粗氫塔〃氮塞”的分析及处理[J].深冷技E/F台空分设备,又增加了四个控制装置。术,2003,(3)(1)K2液空侧调节液空蒸发量的控制器[2]汤学忠.顾福民.新编制氧工问答[M]北京:冶金FCV54111通过它来控制K2液空侧压力和流量达工业出版社,2001:145~161到控制K2换热。[3]刘建洲,刘伟平.太钢730d空分设备氩系统的快复2)粗氩塔底部液位控制器HCV54110可控制车操作[J].深冷技术,2002,(4):25-27(上接第22页)的氧含量会升高,而且是增产量越多,无氧粗氩中如果有一个无氢制氩设备的粗氩塔Ⅱ,它在正的氧含量也升高得越多。如果改变回流比、操作压常操作时,底部氧含量1%,回流比为30,操作压力、粗氩塔Ⅱ塔底或塔顶氧含量等数据来计算,也力25kPa〔粗氩塔Ⅱ操作压力大约在20~3OkPa之能得岀这一结论。间,取其平均值),若要保持顶部氧含量1×10°,4小结则计算岀此粗氩塔Ⅱ的理论塔板数为127块;如果(1)粗氩塔Ⅱ的最小回流比约为9.26。如果要保持顶部氧含量2×106,则计算出粗氩塔Ⅱ的想要得到1×10-“或2×10的无氧粗氩,则粗氩理论塔板数为117块。现将有氢制氩设备生产的粗塔Ⅱ的回流比必须达到一定的要求,通常要求在21以上,甚至更大,不能随意降低。氩塔Ⅱ多引出无氧粗氩,则可用逐层法计算出无氧(2)将有氢制氩设备中所生产的粗氩送入无氢粗氩中氧含量与无氧粗氩的增产量之间的关系,见制氩设备中,虽然可以增加无氬制氩设备的氩产表5(粗氩塔底氧含量仍为1%,操作压力不变量,但粗氩塔Ⅱ顶部无氧粗氩中的氧含量、即氩产表5无氧粗氩中氧含量与增产量的关系品中的氧含量会升高。增加无氧粗氩产量的相对值010%20%30%40%50%参考文献无氧粗氩中氧含量(127块理论板)/10-61.01.52.23.14.36[1]严寿鹏.空分技术问题解答[J]深冷技术,2002,无氧粗氩中氧含量(117块2.02.94.05.57.610.4理论板)/10-°[2]孙全海,全精馏制氩塔最小回流比和最少理论塔板数由表5可看出,无氧粗氩增产后,无氧粗氩中的计算[J].深冷技术,2000,(6):10~11