论文 | 空气中含氧量增高对氩系统的影响及处理
作者：李江河 摘要：介绍某钢铁公司制氧厂7500m³／h空分机组由于氧压机放空口与入空压机吸入口相距较近，且处于相对封闭环境，致使进入精馏塔空气氧浓度过高造成氩系统工况波动和采取的处理措施。
关键词：氩馏分；液空；放空口；氩系统；空气过滤器
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
某钢铁公司制氧厂的KDONAr-7500／7500／180空分设备采用分子筛常温吸附净化、增压透平膨胀机、上塔、粗氩塔及精氩塔均采用规整填料塔、全精馏无氢制氩技术和氧气、氮气外压缩的流程。
1.氩系统流程简介
从上塔抽出的氩馏分约7700m³／h，氩含量为7％－１0％，氮含量小于0.06％，氩馏分直接从粗氩Ⅱ塔底部导入。粗氩Ⅰ塔底部的粗液氩经循环氩泵加压到0.81MP后直接进入粗氩Ⅱ塔上部作为回流液。粗氩气自粗氩Ⅱ塔顶部排出，从粗氩Ⅰ塔底部导入。粗氩塔冷凝器采用过冷后的液空作为冷源，上升气体在粗氩冷凝器中被冷凝，大部分返回粗氩Ⅰ塔顶部作为回流液，其余约180m³／h的工艺氩气（98%～99%Ar≤2ppmO2）被引入粗氩液化器，然后进入精氩塔中继续精馏除去氮组分。
2.故障现象
7500m³／h空分机组是2017年9月中旬正式建成投产，2018年4月13日调氩成功。氩系统自投产后工况总体比较稳定，氩产量及纯度都达到设计标准，但有时会出现无规律的工况波动。这种波动最先出现变化的是空气进下塔温度由正常时的-175℃升至-173.6℃（空气进塔温度、流量、压力及上塔返流气量均无大的变化），然后是粗氩塔冷凝器的液空温度由正常时的-194.5℃升至-193.5℃，液空液位也由正常时310㎜升至580㎜左右，氩馏分流量升至8140m³／h，氩馏分随之快速下降无法控制有时最低甚至会降至2.3％Ar。这种工况波动发生的间隔从几分钟到几天不等，持续时间长短从十几分钟到几十分钟，从白天到晚间任意时候都会发生，毫无规律可循。短时间的波动可不必做调整，工况在波动一段时间之后便会恢复稳定；长时间波动会使工艺氩中的氧含量出现上涨最高达4.2ppmO2，粗氩Ⅰ塔的粗氩液位也会上涨所以需要对粗氩Ⅰ塔粗的氩液位进行控制，否则氩工况很难恢复正常。经过仪表工在工况波动时对下塔液空进上塔调节阀V1及液空进粗氩塔冷凝器调节阀V3检查确认阀门动作正常，空分工也排除了分子筛运行状态和切换会导致此类工况波动的可能。
3.故障原因分析
经过长时间的仔细观察终于发现，当炼钢用氧过剩氧压机放空时，就会使氩系统出现这种工况波动。这是因为氧压机的放空口与空压机的自洁式空气过滤器同处于主厂房的西侧，两者相距只有18m，且都处在7500m³／h机组主厂房西墙与制氧厂区西围墙不足3m宽的胡同中。氧压机的放空口高度约为2.5m，基本与厂区的围墙高度持平，自洁式空气过滤器高度约1m。但是氧气的密度是1.429Kg/m³，空气的密度是1.293Kg/m³，所以氧气容易下沉积聚。空压机40000m³／h的加工气量使自洁式空气过滤器周围行成负压区，当氧压机放空时高纯度氧气便被空压机通过空气过滤器吸入送进精馏塔中。在氧压机放散时对自洁式空气过虑器附近的空气含氧检测分析得到了证实，当时空气含氧在23%～27%，高于氧压机不放散时空气含氧量4～7个百分点。
含氧量较高的空气使得下塔的液空纯度升高，上塔的馏分抽口处氧含量增加，氩、氮含量减少，温度会上升。粗氩冷凝器的冷源液空源自下塔，氧含量的增加使其蒸发量减少液位升高温度也随之上升。但是氩馏分比液空的温升的程度小，使粗氩冷凝气器的换热温差加大，氩馏分抽取量增加。
4.处理措施
针对这种情况提出两个处理方案：
1. 在空压机自洁式过滤器和氧压机放空口之间修筑高于氧气放空口的隔断墙，阻止放散氧气流向空压机吸入口；
2. 加高氧压机放空口高于厂区围墙高度2m以上，以便于放空氧气飘散稀释。
考虑到生产实际情况，采取了第一个方案。隔断墙竣工后，在氧压机放空时测试空压机吸入过滤器处空气含氧量维持在21%几乎没有变化，空分的精馏工况也非常平稳，没有大的波动。又经历近半年的生产过程中长时间验证效果良好，氧压机的放空对氩系统几乎没有影响，有效的保证了精馏工况的稳定和液氩产品的品质。但是考虑到氧压机放空口位置偏低，容易在其附近形成富氧环境，存在一定安全隐患，于是在当年10月份的7500m³／h空分机组年度大修时，将氧压机放空口加高到操作面以上5m处，从而彻底隔绝了放散氧气进入空压机自洁式过滤器的途径。
5.结束语
空气组分的变化对空分塔的精馏工况、产品质量和设备安全都有较大的影响，而空压机吸入过滤器处做为原料空气的源头，气压相对较低，很容易受到周边环境因素的影响，这就要求在空分项目在设计和建设时要结合现场实际情况统筹兼顾，全面考虑，避免类似问题出现。
版权声明：除声明原创内容外所载内容来源互联网，微信公众号等公开渠道，我们对文中观点保持中立，仅供参考，交流之目的。转载的稿件版权归原作者和机构所有，如有侵权，请联系我们删除。