10000m3/h空分粗氬塔周期性氮塞的處理

安裝運轉文章編號:1009942(2004.2.0090410000m3/h空分粗氬塔周期性氮塞的處理莫友坤,葉谷香(武漢鋼鐵集團氧氣有限責任公司,武漢市青山區白玉山武鋼20號門(mén)430083)摘要:將100°/h空分設備周期性氮塞發(fā)生時(shí),粗氬塔和上塔工況分為6個(gè)階段描述,從中提岀″氬餾分含氮過(guò)高引起周期性氮塞,粗氬塔冷凝器過(guò)多的液體延長(cháng)周期持續時(shí)間″的觀(guān)點(diǎn),結合流程設計改進(jìn),指出處理和預防的一般措施。關(guān)鍵詞:空分設備;粗氬塔;氮塞;周期性波動(dòng);原因;預防措施中圖分類(lèi)號:TB65.76文獻標識碼: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粗氬塔發(fā)生氮塞時(shí),空分設備不能正常生產(chǎn),1000切換板式加氫制氬流程空分設備的粗氬塔給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。在《深冷技術(shù)》2003年第3期C3,由于其控制閥門(mén)少,出現氮塞機率最大,處理〃粗氬塔氮塞的分析及處理″一文中對氮塞現象進(jìn)行難度最大,最具代表性。無(wú)特別指出,本文討論建了詳細分類(lèi)。近20年來(lái)武鋼集團氧氣有限責任公司立在空分A臺基礎上,為便于討論,我們先簡(jiǎn)單介多臺1000xh切換板式自清除、全提取流程的空紹一下粗氬塔工藝流程。分設備在狀況正常的情況下,多次碰到上文中提及1粗氬塔流程簡(jiǎn)介(參見(jiàn)圖1)的周期性出現的氮塞”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“周期性氮粗氬原料氣體(氬餾分)取自上塔提餾段下部塞")這種周期性氮塞是如何形成的,發(fā)生時(shí)如何(AR-4含氧8%~91%),進(jìn)入粗氬塔C3底部作為盡快將其工況從氮塞周期中脫離岀來(lái)?如何在啟動(dòng)上升氣,在塔板上與被粗氬塔冷凝器K冷凝下來(lái)的操作、正常生產(chǎn)中避免呢?我們從操作的角度對上回流液進(jìn)行傳質(zhì)傳熱,至粗氬塔頂部精餾濃縮成含述問(wèn)題提出一些觀(guān)點(diǎn)和看法。氧、氮各2.5%的粗氬氣,復熱后進(jìn)入氬凈化系統我公司20世紀0年代投產(chǎn)的代號為A臺的回流液則利用液位差返回上塔。下塔液空一部分通收稿日期:2003-10-23;修作者簡(jiǎn)介:莫友坤(1972—),男,1993年畢業(yè)于華中理工大學(xué)制冷、壓縮機、低溫技術(shù)專(zhuān)業(yè),1993年后在武鋼氧氣公司工作至今,工程師。安裝運轉莫友坤,葉谷香:1000°h空分粗氬塔周期性氮塞的處理過(guò)過(guò)冷器E2回收上塔產(chǎn)品氮的冷量后,經(jīng)液位過(guò)高(正常為24%,此時(shí)達到60%以上)調節純〔LC—7)控制節流閥121進(jìn)入K2作為粗氬塔工作度時(shí),伴隨氧產(chǎn)品純度的提高,氬餾分氧含量逐漸冷源。冷源液空復熱蒸發(fā)后,氣相組分返回上塔提升高至嚦%,大大超過(guò)正常值,K氬側液化溫度升餾段上部與其濃度相當旳塔板;液相組分經(jīng)過(guò)一個(gè)高,K換熱得到增強,在一個(gè)較短的時(shí)間內,K2定量節流裝置返回上塔提餾段下部與其濃度相當的中液空被大量蒸發(fā),-185℃左右的蒸汽返回上塔。塔板上,以保證K液體溫度的恒定和CH等碳氫同時(shí)粗氬塔回流液體增加,共同導致上塔回流比增化合物不濃縮。通過(guò)阻力計PD}-4(1kPa)監視粗加,主冷液氧液位上升,液氧純度下降,上升蒸汽氬塔工況。含氧量下降,氬餾分抽口處氬餾分含氮量大大超過(guò)正常,引發(fā)氮塞。2.2產(chǎn)品合格后生產(chǎn)過(guò)程中的周期性氮塞情形2)氧氣純度過(guò)低,液空或液氧液位及其他精餾塔工況大幅度波動(dòng),送上塔膨脹空氣量過(guò)大或提上塔汽擔上培壓力過(guò)高過(guò)快等,都會(huì )造成氬餾分含氮量過(guò)高,引起粗氬塔氮塞。之后現象和開(kāi)車(chē)后期的氮塞完全相同,不必贅述。返團上塔蘸空兩種氮塞現象區別只是進(jìn)入周期的切入點(diǎn)不同,這將在下文中提及。3一個(gè)完整的周期性氮塞現象為便于討論,我們從氬餾分含氮量高開(kāi)始,將個(gè)完整的周期近似地拆分為6個(gè)具有不同原因和返上場(chǎng)國流摧表現的時(shí)段進(jìn)行描述。圖1空分A臺粗氫塔流程簡(jiǎn)圖(1)氬餾分含氮量高。這是上文提及的氮塞周2周期性氨塞的發(fā)生期的切入點(diǎn)。K2換熱溫差減小,液位上漲;不凝當周期性氮塞發(fā)生時(shí),各主要工況參數會(huì )發(fā)生氨開(kāi)始在K2凝聚,塔內氣體液化速度放慢,C3氣流速度降低,阻力下降,壓力上升。近似周期性的變化,工況波動(dòng)范圍大大超過(guò)正常波(2)不凝氮在K2大量凝聚,占據換熱面積,動(dòng)范圍。參見(jiàn)表1。周期性氮塞的發(fā)生有兩種典型K2換熱停止,K2液空液位最高;上升蒸汽不能液情形?；?僅靠粗氬取岀閥外排不及,C3壓力繼續上升,表1周期性氮塞工況和正常工況下參數波動(dòng)范圍對比氣流速度降低至不能托住塔上液體,C3開(kāi)始漏液,周期性氮塞時(shí)正常時(shí)阻力下降。測量點(diǎn)波動(dòng)范圍制范圍3)漏液使上塔回流液急劇增加,主冷液位上氬餾分含氧AR-4)%03漲,上塔上升蒸汽含氮量繼續增高,氬抽口含氮量粗氬塔阻力(PD4)/kPa粗氬流量(FRQ13)/(m3/h)更高。C3塔板上液體漏光,阻力下降為最低(近K2液空液位(LC7于空塔阻力),K被不凝氮塞滿(mǎn),沒(méi)有回流液,粗主冷液氧液位(LC2)/%35~70(情形1)75~85氬塔停止精餾工作,僅僅在排K處的低溫氮,此50-80(情形2)時(shí)粗氬塔只相當于排氣通道氬餾分含氮(AR4)/%N20.1~20氧產(chǎn)品含氧(AR-1)/%O270-99.5≥9).6(4)隨著(zhù)C3的回流液和K2液體的減少,上塔工況趨于正常,氬餾分含氮量開(kāi)始下降,粗氬塔2.1發(fā)生在開(kāi)車(chē)后期的周期性氮塞(情形1)仍在排氮。以A臺空分為例:在開(kāi)車(chē)積液階段后期,只要(5)大量的K2不凝氮排放后接近正常,K2開(kāi)產(chǎn)品氮氣取岀過(guò)大、121閥開(kāi)度過(guò)大、粗氬取出量過(guò)始換熱。C3開(kāi)始工作,阻力上升,K2液位下降。小,這三種情況的仼一種發(fā)生,均可以造成K液位但此時(shí)K2的換熱是在大換熱面積(高液位)大莫友坤,葉谷香:000m°/h空分粗氬塔周期性氮塞的處理安裝運轉溫差(正常是含氧、氮各2.5%的粗氬參與換熱,5)上述方法無(wú)效,只能臨時(shí)停車(chē),待K2液此時(shí)是含氧80%以上氬餾分)情況下進(jìn)行的,換位回零時(shí)重新開(kāi)車(chē)。熱比正常時(shí)劇烈得多,產(chǎn)生的回流液也多于正常,4.2周期性氮塞的預防措施K2液位急劇下降。這是上文提及的開(kāi)車(chē)過(guò)程中發(fā)(1)正常生產(chǎn)時(shí)保證氬餾分含氮量在0.1%生氮塞的切入點(diǎn)(1000×106)以下。(6)隨著(zhù)K2中液空被大量蒸發(fā),-185℃左右(2)避免液氧液位大幅度波動(dòng)的蒸汽返回上塔,同時(shí)粗氬塔回流液增加,共同導3)開(kāi)車(chē)后期投粗氬塔開(kāi)始階段,氬餾分取出致上塔回流比增加,主冷液位、氬餾分含氮量止跌量不能過(guò)小,以保證排氮量;對121閥操作幅度要回升,上塔提餾段在過(guò)多的回流液的沖擊下,工況小,不要在短時(shí)間內將K2液位調至正常值,防止達到正常值但并不停留,氬餾分含氮量繼續升高,在K中積蓄過(guò)多的液體;投粗氬塔要逐漸增加其返回第1步情形,形成周期。冷凝蒸發(fā)器負荷。和正常范圍氬餾分含氮量增高相比,發(fā)生周期4)防止上塔壓力提高過(guò)快。操作中要特別注性氮塞時(shí)粗氬塔有兩個(gè)顯著(zhù)的標志:C3阻力下降意:上塔壓力要根據氬餾分含氧量變動(dòng)情況分步驟過(guò)多;K2液位超高。提高正常生產(chǎn)中如果不注意控制氬餾含氮量,氮在5工藝流程改進(jìn)的作用K2中凝聚,C3漏液,發(fā)生氮塞,粗氬塔首先會(huì )排從我公司20世紀80年代初(C/D臺)和90氮;開(kāi)車(chē)階段粗氨塔本身有二個(gè)排氮過(guò)程在這兩年代初(E/F臺)進(jìn)口的設備運行情況來(lái)看,開(kāi)車(chē)種情形下,當排氮過(guò)程結束后,緊接著(zhù)是個(gè)較劇烈的換熱過(guò)程。如果K2液位過(guò)高,換熱越劇烈,對和正常運行中很少發(fā)生氮塞,即使發(fā)生了,也能在短時(shí)間內解決。從圖2中我們可以看岀粗氬塔控制粗氬塔的影響越大手段顯著(zhù)增加。以下是三種流程對比(參見(jiàn)圖2我們認為,消除周期性氮塞就是要緊緊抓住〃氬餾分含氮量過(guò)高是起因”和“K2過(guò)高的液位會(huì )表2延長(cháng)周期持續時(shí)間”這兩條不放,針對周期性氮塞所處不同階段,采取如下措施:①降低氬餾分平均含氮量;②將K中積蓄的過(guò)多的液體消耗掉。從而盡快將空分設備運行工況從周期性震蕩中脫離出來(lái)。4粗氬塔周期性氮塞的處理和預防4.1周期性氮塞的處理措施當A臺空分粗氬塔進(jìn)入周期性氮塞后,我們通常采取如下處理方法(1)減小產(chǎn)品氮氣取出量,關(guān)小121閥,直接降低K2液位(2)減少氧產(chǎn)品取出量,提高整個(gè)周期中氬餾圖2空分設備C/D、E/F臺粗氬塔流程圖分平均含氧量,有利于K2排氮和消耗掉K2中積51CD臺空分設備的改進(jìn)蓄的過(guò)多液體C/D臺空分設備粗氬塔K2側面增加了一個(gè)冷3)在周期第6階段氬餾分含氮量止跌回升時(shí)回流液控制閥153。.投粗氬塔時(shí),可根據C402刻,快速減少氧氣量和膨脹空氣量,以保持氬餾分緩慢開(kāi)啟此閥,控制K氬側換熱及回流液,避免中含氧量,延緩其下降趨勢。換熱短時(shí)內急劇增加對上塔的精餾產(chǎn)生不利影響,(4)在發(fā)生氮塞時(shí)要加強排氮,一方面可防止C/D臺投粗氬塔時(shí)基本上未發(fā)生氮塞現象。當發(fā)生不凝性氮積聚,另一方面可強制冷凝蒸發(fā)器換熱,氮塞時(shí),可以關(guān)小此閥,有效配合其他控制閥門(mén)使液空液位降到正常水平。盡快消除周期性氮塞。安裝運轉莫友坤,葉谷香:1000°h空分粗氬塔周期性氮塞的處理表2A、C/D、E/F臺空分設備粗氬塔流程對比回流上塔液體量大小。當PD)ISA54110下降時(shí),表相關(guān)測點(diǎn)控制閥門(mén)A臺CD臺E/F臺明氬餾分含氮量高,關(guān)小此閥可以減少回上塔的回下塔液空入K2121LCV5411流液,提高氬餾分含氧量,減小上塔工況波動(dòng)。K2液空蒸發(fā)后返回上塔無(wú)控制無(wú)控制FCV54113)膨脹空氣直接進(jìn)污氮通道控制器(圖中未K2液空返回上塔無(wú)控制2374137K2液空液LIC-7 LIC-401 LICA54111畫(huà)出)可將部分膨脹空氣旁通進(jìn)入污氮通道,增閥153大上塔精餾段回流比,降低氬餾分含氮量。K2氬側回流液控制無(wú)控制L-4024131(4)QC5410可依據氬餾分含氧量自動(dòng)調節粗氬氣純度分析點(diǎn)ARA-5 QRS-402 QE54112空分產(chǎn)品氧氣量,保證氬餾分抽口含氧量,預防氮粗氬塔阻力PDI-4 PDI-401 PDISA54110塞發(fā)生O154110,和空分產(chǎn)上塔來(lái)氬餾分分析AR-4Q-401品氧氣量聯(lián)鎖由此我們看到空分流程設計進(jìn)化發(fā)展的作用,粗氬塔底部液體返上塔無(wú)控制無(wú)控制1s410Csn值得各位同行借鑒。參考文獻5.2E/F臺空分設備的改進(jìn)[1]嚴壽鵬.粗氫塔〃氮塞”的分析及處理[J].深冷技E/F臺空分設備,又增加了四個(gè)控制裝置。術(shù),2003,(3)(1)K2液空側調節液空蒸發(fā)量的控制器[2]湯學(xué)忠.顧福民.新編制氧工問(wèn)答[M]北京:冶金FCV54111通過(guò)它來(lái)控制K2液空側壓力和流量達工業(yè)出版社,2001:145~161到控制K2換熱。[3]劉建洲,劉偉平.太鋼730d空分設備氬系統的快復2)粗氬塔底部液位控制器HCV54110可控制車(chē)操作[J].深冷技術(shù),2002,(4):25-27(上接第22頁(yè))的氧含量會(huì )升高,而且是增產(chǎn)量越多,無(wú)氧粗氬中如果有一個(gè)無(wú)氫制氬設備的粗氬塔Ⅱ,它在正的氧含量也升高得越多。如果改變回流比、操作壓常操作時(shí),底部氧含量1%,回流比為30,操作壓力、粗氬塔Ⅱ塔底或塔頂氧含量等數據來(lái)計算,也力25kPa〔粗氬塔Ⅱ操作壓力大約在20~3OkPa之能得岀這一結論。間,取其平均值),若要保持頂部氧含量1×10°,4小結則計算岀此粗氬塔Ⅱ的理論塔板數為127塊;如果(1)粗氬塔Ⅱ的最小回流比約為9.26。如果要保持頂部氧含量2×106,則計算出粗氬塔Ⅱ的想要得到1×10-“或2×10的無(wú)氧粗氬,則粗氬理論塔板數為117塊?，F將有氫制氬設備生產(chǎn)的粗塔Ⅱ的回流比必須達到一定的要求,通常要求在21以上,甚至更大,不能隨意降低。氬塔Ⅱ多引出無(wú)氧粗氬,則可用逐層法計算出無(wú)氧(2)將有氫制氬設備中所生產(chǎn)的粗氬送入無(wú)氫粗氬中氧含量與無(wú)氧粗氬的增產(chǎn)量之間的關(guān)系,見(jiàn)制氬設備中,雖然可以增加無(wú)氬制氬設備的氬產(chǎn)表5(粗氬塔底氧含量仍為1%,操作壓力不變量,但粗氬塔Ⅱ頂部無(wú)氧粗氬中的氧含量、即氬產(chǎn)表5無(wú)氧粗氬中氧含量與增產(chǎn)量的關(guān)系品中的氧含量會(huì )升高。增加無(wú)氧粗氬產(chǎn)量的相對值010%20%30%40%50%參考文獻無(wú)氧粗氬中氧含量(127塊理論板)/10-61.01.52.23.14.36[1]嚴壽鵬.空分技術(shù)問(wèn)題解答[J]深冷技術(shù),2002,無(wú)氧粗氬中氧含量(117塊2.02.94.05.57.610.4理論板)/10-°[2]孫全海,全精餾制氬塔最小回流比和最少理論塔板數由表5可看出,無(wú)氧粗氬增產(chǎn)后,無(wú)氧粗氬中的計算[J].深冷技術(shù),2000,(6):10~11