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    空氣中含氧量增高對氬系統的影響及處理

       2021-05-25 李江河
    核心提示:摘要:介紹某鋼鐵公司制氧廠7500m3/h空分機組由于氧壓機放空口與入空壓機吸入口相距較近,且處于相對封閉環境,致使進入精餾塔

    摘要:介紹某鋼鐵公司制氧廠7500m3h空分機組由于氧壓機放空口與入空壓機吸入口相距較近,且處于相對封閉環境,致使進入精餾塔空氣氧濃度過高造成氬系統工況波動和采取的處理措施。

    關鍵詞:氬餾分;液空;放空口;氬系統;空氣過濾器

    Effect of increased oxygen content in Air on Argon system and its treatment

     

       Li Jiang he

    Abstract: this paper introduces the 7500m3/ h air separation in an oxygen making plant of an iron and steel company, because the air outlet of the oxygen compressor is close to the suction port of the air compressor, and it is in a relatively closed environment, which leads to the excessive oxygen concentration in the air of the distillation column and the fluctuation of the working condition of the argon system and the treatment measures taken.

    Key words: argon fraction; liquid space; vent; argon system; air filter

     

    某鋼鐵公司制氧廠的KDONAr-7500/7500/180空分設備采用分子篩常溫吸附凈化、增壓透平膨脹機、上塔、粗氬塔及精氬塔均采用規整填料塔、全精餾無氫制氬技術和氧氣、氮氣外壓縮的流程。

    1.氬系統流程簡介

    從上塔抽出的氬餾分約7700m3h,氬含量為7%-10%,氮含量小于0.06%,氬餾分直接從粗氬Ⅱ塔底部導入。粗氬Ⅰ塔底部的粗液氬經循環氬泵加壓到0.81MP后直接進入粗氬Ⅱ塔上部作為回流液。粗氬氣自粗氬Ⅱ塔頂部排出,從粗氬Ⅰ塔底部導入。粗氬塔冷凝器采用過冷后的液空作為冷源,上升氣體在粗氬冷凝器中被冷凝,大部分返回粗氬Ⅰ塔頂部作為回流液,其余約180m3h的工藝氬氣(98%~99%Ar≤2ppmO2被引入粗氬液化器,然后進入精氬塔中繼續精餾除去氮組分。

    2.故障現象

    7500m3h空分機組20179月中旬正式建成投產,2018413日調氬成功。氬系統自投產后工況總體比較穩定,氬產量及純度都達到設計標準,但有時會出現無規律的工況波動。這種波動最先出現變化的是空氣進下塔溫度由正常時的-175℃升至-173.6℃(空氣進塔溫度、流量、壓力及上塔返流氣量均無大的變化),然后是粗氬塔冷凝器的液空溫度由正常時的-194.5℃升至-193.5℃,液空液位也由正常時310㎜升至580㎜左右,氬餾分流量升至8140m3h,氬餾分隨之快速下降無法控制有時最低甚至會降至2.3Ar。這種工況波動發生的間隔從幾分鐘到幾天不等,持續時間長短從十幾分鐘到幾十分鐘,從白天到晚間任意時候都會發生,毫無規律可循。短時間的波動可不必做調整,工況在波動一段時間之后便會恢復穩定;長時間波動會使工藝氬中的氧含量出現上漲最高達4.2ppmO2,粗氬Ⅰ塔的粗氬液位也會上漲所以需要對粗氬Ⅰ塔粗的氬液位進行控制,否則氬工況很難恢復正常。經過儀表工在工況波動時對下塔液空進上塔調節閥V1及液空進粗氬塔冷凝器調節閥V3檢查確認閥門動作正常,空分工也排除了分子篩運行狀態和切換會導致此類工況波動的可能。

    3.故障原因分析

    經過長時間的仔細觀察終于發現,當煉鋼用氧過剩氧壓機放,就會使氬系統出現這種工況波動。這是因為氧壓機的放口與空壓機的自潔式空氣過濾器同處于主廠房的西側,兩者相距只有18m,且都處在7500m3h機組主廠房西墻與制氧廠西圍墻不足3m寬的胡同中。氧壓機的放空口高度約為2.5m,基本與廠區的圍墻高度持平,自潔式空氣過濾器高度約1m。但是氧氣的密度是1.429Kg/m3,空氣的密度是1.293Kg/m3,所以氧氣容易下沉積聚。空壓機40000m3h的加工氣量使自潔式空氣過濾器周圍行成負壓區,當氧壓機放便被空壓機通過空氣過濾器吸入送進精餾中。在氧壓機放散時對自潔式空氣過慮器附近的空氣含氧檢測分析得到了證實,當時空氣含氧在23%~27%,高于氧壓機不放散時空氣含氧4~7個百分點。

    含氧量較高的空氣使得下塔的液空純度升高,上塔的餾分抽口處氧含量增加,氬、氮含量減少,溫度會上升。粗氬冷凝器的冷源液空源自下塔,氧含量的增加使其蒸發量減少液位升高溫度也隨之上升。但是氬餾分比液空的溫升的程度小,使粗氬冷凝氣器的換熱溫差加大,氬餾分抽取量增加。

    4.處理措施

    針對這種情況提出兩個處理方案:

    1. 在空壓機自潔式過濾器和氧壓機放空口之間修筑高于氧氣放空口的隔斷墻,阻止放散氧氣流向空壓機吸入口;

    2. 加高氧壓機放空口高于廠區圍墻高度2m以上,以便于放空氧氣飄散稀釋。

    考慮到生產實際情況,采取了第一個方案。隔斷墻竣工后,在氧壓機放空時測試空壓機吸入過濾器處空氣含氧量維持在21%幾乎沒有變化,空分的精餾工況也非常平穩,沒有大的波動。又經歷近半年的生產過程中長時間驗證效果良好,氧壓機的放空對氬系統幾乎沒有影響,有效的保證了精餾工況的穩定和液氬產品的品質。但是考慮到氧壓機放空口位置偏低,容易在其附近形成富氧環境,存在一定安全隱患,于是在當年10月份的7500m3h空分機組年度大修時,將氧壓機放空口加高到操作面以上5m處,從而徹底隔絕了放散氧氣進入空壓機自潔式過濾器的途徑。

    5.結束語

    空氣組分的變化對空分塔的精餾工況、產品質量和設備安全都有較大的影響,而空壓機吸入過濾器處做為原料空氣的源頭,氣壓相對較低,很容易受到周邊環境因素的影響,這就要求在空分項目在設計和建設時要結合現場實際情況統籌兼顧,全面考慮,避免類似問題出現。



     
     
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