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大型空分设备的制氩系统有两种流程
发布日期:2017-12-08    浏览次数:38
  大型空分设备的制氩系统有两种流程:加氢制氩全精馏制氩
  由于全精馏制氩具有流程简单、操作方便、安全、稳定、氩提取率高等优点,是空分设备用户首选的制氩流程。全精馏制氩就是在粗氩塔中进行氧一氩分离,直接得到氧含量小于l×10-6的粗氩,在精氩中再进行氩一氮分离,得到纯度为99.999%的精氩产品。由于氧、氩常压下沸点仅差3K,如果用筛板精馏来实现氧一氩分离,约需150一180块理论塔板。规整填料每当量理论塔板压降是每理论筛板的1/8左右,这样在粗氩塔允许的压降范围内就可以设置相当于170块理论塔板的规整填料实现氧-氩全精馏分离。为降低粗氩塔的高度,往往设置二级粗氩塔,粗氩塔出口氩中氧含量为2-3%,粗氩塔出口氩中氧含量小于1x10-6,可直接进人精氩塔进行精馏。
  1、氩馏分的提取
  粗氩塔的原料—氩馏分来自于主塔,冷源液空也来自于主塔,且在粗氩塔冷凝器中蒸发返回主塔,所以,粗氩的制取既要关注主塔工况的变化又要兼顾粗氩塔的工况变化,二者互相影响,密切相关。
  氩在上塔有两个富集区,液空进料口上下各一个。氩在上塔的分布是随氧、氮产品的纯度变化而变化。氧产量减少,提馏段的上升蒸汽相对增多回流比减小,液相中的氮、氩组分充分蒸发上去氧纯度提高,富氩区上移,即精馏段富氩区含氩量增高,而提馏段富氩区含氩量下降。氩馏分抽口在提馏段,氩馏分中的氩含量减少,氧含量增加,氮含量减少。如果氮产量减少,主塔内上升气相对回流液来说减少,回流比增大,气相中的氧、氩组分被充分冷凝到液体中,沿塔板下流,氮纯度提高精馏段富氩区含氩量下降,提馏段富氩区的含氩量增高。氩馏分中氩含量增加,氮含量增加,氧含量减少。
  平时,空分设备操作时要根据主塔中氩富集区的分布情况及其受氧、氮产品变化的影响原理,来调节氩馏分中氩、氧、氮的含量,使氩馏分的各组分满足粗氩塔正常运行的要求。
  氩馏分中氩的含量要求在8一10%,氧含量90一91%,氮含量小于0.1%。如氩馏分中氮含量太高,一则会使粗氩纯度降低,因为氮在粗氩塔中不冷凝,而是随粗氩进人精馏塔;再者会造成粗氩冷凝器的温差减小,由于氮组分聚集在粗氩冷凝器中不液化,时间久了,形成氮塞,使粗氩冷凝器停止工作、粗氩塔工况恶化,若处理不及时还会影响到主塔工况。
  氩馏分从主塔抽取后进入粗氩塔进行氧一氩分离,氩馏分从底部进人,顶部得到含氩约99.6%的粗氩。由于氧一氩分离较困难,约有2/3的氩被洗涤下来,同时氩馏分从底部进入,底部液体中含氩很高,它又回到主塔参加精馏。因此,氩馏分中氩只有一部分作为粗氩被提取,所需氩馏分量约为粗氩量的35-40倍。
  2、粗氮冷凝器热负荷的合理调整
  粗氩冷凝器是粗氩塔的关键设备,它的热负荷的大小直接影响氩蒸气液化量的多少,所以直接决定回流比的大小,也就决定着粗氩产量和纯度。
  粗氩冷凝器换热工况的影响因素主要有三个。
  (1)蒸发侧的压力:蒸发侧压力高,液空蒸发温度就高,换热温差减小,氩蒸气液化量减少,回流比减小,粗氩冷凝器热负荷减小;反之,蒸发侧压力低,液空蒸发温度就低,液空和氩蒸气的换热温差扩大,氩蒸气的液化量增多,回流比增大,热负荷加大。
  (2)液空组分的含量:液空含氧量升高,由于氧的沸点比较高,蒸发温度就升高,粗氩冷凝器换热温差减小,氩蒸气液化量减少,回流比减小,热负荷减小。
  (3)液空液位高度:液空液位高度的存在可使蒸发侧底部产生一定压力,能克服液空在翅片通道中的流动阻力。液空液位增高,液空循环倍率增加,粗氩冷凝器热负荷随之提高。但液位过高,由于底部压力的增加,蒸发温度也升高,粗氩冷凝器的平均换热温差减小,使粗氩冷凝器的热负荷下降。所以粗氩冷凝器的液空液位要适宜。
  粗氩冷凝器热负荷的大小取决于蒸发侧压力、液空组分以及液空液位的高度;而粗氩冷凝器的热负荷大小又决定着氩馏分的取出量,热负荷大,液化量增加,粗氩塔内气体量减少,压力降低,随之抽取过来的氩馏分量就增加;反之则小。因此,调整一个合适的粗氩冷凝器热负荷,关系到粗氩的产量和纯度。
  3、制氩系统的优化操作
  粗氩塔的投运会增加空分设备的冷损。粗氩塔的投运一般应具备以下四个前提条件:
  ①主塔工况稳定
  ②氧、氮产品的产量及纯度高,氧纯度至少要达到99%
  ③冷量要充足,也就是主冷液氧液位在上限且稳定
  ④加大膨胀机制冷量
  以上四个条件具备后,逐渐增大液空的取出量,即增大粗氩冷凝器热负荷到最佳值。随着粗氩冷凝器热负荷的增加,氩馏分的取出量增大,直到常规流量。检查氩馏分的氩含量是否在8一10%之间。如不在其范围内,调整氧、氮产品和液氮调节阀,使之达到规定值。保证粗氩塔工况的正常,最重要的是要保证氩馏分的抽取量和馏分组成的稳定,抽取量决定于粗氩冷凝器的热负荷和粗氩塔压力,馏分的组成受主塔工况的制约。
  合格的粗氩从粗氩塔中被抽出,进人精氩塔参加精氩塔精馏。精馏所需的上升气一部分来自于精氩塔底蒸发器蒸发的氩气,液氩的蒸发用来自下塔的气氮做热源;精馏所需的回流液是上升气在冷凝器中被冷凝的液体,冷源采用节流后的液氮。
  精氩塔的操作工况主要取决于冷凝器与蒸发器工作能否很好配合,使回流液量和上升蒸气量有一个适宜的回流比,以生产出纯度较高的粗氩。如冷凝器冷量过多,液化量增加,回流液就增加,回流比增大,回流液中的氮组分就不能被充分蒸发出来,导致流到塔底的纯氩中氮含量过高,液氩纯度降低。如蒸发器中的气氮量过少,上升气量不足,回流比增大,也会造成上述现象。由于氮和氩的液化温度相差较大 (10K),冷凝器压力过低,就会使液氮温度过低,氩还可能冻结成固体而堵塞冷凝器管。在操作中,要控制好压力和阀门开度。
  4、制氩系统常见故障的处理及预防
  制氩系统常见的故障是粗氩冷凝器氮塞和精氩冷凝器氩冻结。
  4.1、粗氩冷凝器氮塞
  氩馏分氮含量高,就会使氮聚集在粗氩冷凝器不能液化而形成氮塞。这种情况出现时,粗氩冷凝器的换热温差缩小,氩蒸气液化量明显减少,粗氩塔阻力降低,粗氩冷凝器液空不能蒸发而导致液位上涨。
  发生氮塞时应采取以下措施:
  ① 关小粗氩塔液空注入阀,以降低粗氩塔液空液位
  ② 减少产品氧取出量,提高氩馏分氧含量,有利于粗氩冷凝器排氮和提高氩蒸气温度,加快液空蒸发,使液空液位尽快恢复正常
  ③ 打开粗氩塔放空阀排氮,一方面可防止氮的集聚,另一方面可加强粗氩冷凝器换热,使液空液位降到正常水平。若以上方法无效,只能临时停止粗氩塔运行,待主塔工况稳定后,重新投运粗氩塔。
  预防措施:
  为避免粗氩冷凝器发生氮塞,在操作中要做好以下三点:
  ①保证氩馏分的氩含量为8一10%.氧含量 90一91%,氮含量小于0.1%
  ②避免主冷液位大幅波动
  ③上塔压力不能提高过快
  总之,主塔的运行工况要稳定,不能进行大幅度调整,以确保氩馏分各组分含量在正常范围内。
  4.2、精氩冷凝器氩冻结
  精氩冷凝器压力过低时,液氮温度低,就会使氩冻结成固体而堵塞在冷凝器管中。这种故障若不严重,就需尽量提高冷凝器氮侧压力,以提高氮温度将氩溶化。若此方法不能解决问题,就只能停运精氩塔,进行局部加温,以排除故障。
  预防措施:
  精氩冷凝器氮侧压力不能太低,若有降低应及时提高。