王亚生　陈和林

摘 要：简述了空分装置氩区上移的故障现象和处理方法。

关键词：空分装置；精馏；氩富集区

1.概述

邯钢气体厂2#35000Nm3/h空分设备，由川空有限责任公司设计制造。在2013年4月3日，空分检修启动后，粗氩Ⅱ塔的含氩量较少，氩气一直不能达产。经过对空分装置工艺参数分析和研究，发现氩馏分分析仪指示偏高，造成提馏段氩区上移，导致馏分中的氩含量减少，精氩产量不能达标。通过校正氩馏分分析仪，重新调整空分塔工艺参数，增加了氩气产量，消除了氩气产量不达标的故障。

2.空分工艺流程简介

空气分离设备中，空气经过脉冲过滤器过滤压缩后，在空气预冷系统中洗涤冷却，然后送入分子筛系统吸附水分、CO2等杂质，经吸附器净化后的空气（水含量在-65℃露点以下，CO2≤1PPm）分成两股：一股空气直接进入空分装置的主换热器，被返流气体冷却后变成接近饱和低温气体，进入主塔精馏，实现氧、氮、氩等气体的分离；另一股相当于膨胀量的空气进入透平膨胀机的增压端增压，增压后经（增压后）冷却器两级冷却后进入主换热器，与返流气体换热，降温至约-108℃左右，从换热器的中部抽出，进入膨胀机的膨胀端膨胀做功，变成低压低温的气体，送入主塔进行精馏。

3.故障现象

2#35000制氧机空分加温后启动，氧气、氮气正常后，氩气一直不能达产。粗氩Ⅱ塔出口含氧量只能降到2～3PPm之间，提取的粗氩量只能维持在600～800NM3/h。为了氧、氩更好分离，增加粗氩塔上部冷凝器蒸发器的热负荷，加大蒸发量和返回主塔的液空量，增加粗氩Ⅱ塔回流液，粗氩Ⅱ塔的工作阻力比正常时大1KPa，控制氩馏分的含氩量维持在11%，但是粗氩Ⅱ塔含氩量始终表现比较少，这可以从出粗氩Ⅰ塔含氧量高（40%O2左右）表现出来，也可以从粗氩Ⅱ塔底部氩循环泵的出口压力（0.69MPa）比较低表现出来。

4.故障分析与处理

根据现象分析，如果氩馏分的含氩量控制在11%左右，粗氩塔的氩积累一般在20个小时。本次启动空分粗氩塔工况稳定后，氩积累时间超过48个小时，还不能达标。从粗氩塔上部冷凝蒸发器的蒸发负荷看，蒸发量维持在48000 NM3/h，比正常时的蒸发量46000 NM3/h较大，粗氩塔上部冷凝蒸发器的液空回流量也增大了开度，粗氩塔下部的回流液也比正常时大，阻力为11.5KPa，正常时为10.0KPa。说明粗氩塔精馏工况正常，问题应该出在主塔上。

在下塔污液氮和液氮节流阀开度基本上和以往一样，下塔的液空纯度控制在35%以下，检查校验液空纯度分析仪，指示正常。说明下塔的工况基本正常。在上塔，氩富集区与上塔压力、氧气纯度有关。液空进料口以下的提馏段，氩富集区随氧气纯度的高低会变化，当氧气纯度高时，会造成氧区上移，氩的富集区也上移，使氩馏分的含氩量减少。上塔的氧纯度比较好，污氮纯度波动，正常时能够维持在0.6%左右，波动时瞬间能够达到2.1%，上塔的氧区上移，造成污氮气纯度不正常的波动。但是在提馏段氩馏分的抽口处氩馏分含氩量指示（12%Ar）比较高，是氧区下移的表现，这两者是矛盾的。检查污氮气纯度分析仪和氩馏分纯度分析仪，发现氩馏分分析仪指示偏高，实际的含氩量仅为5%。即实际工况是氧区上移的表现，这也是造成上述矛盾的主要原因。

校正后的氩馏分分析仪指示5%，提高氩馏分的含氩量，采取减少空气量，增加膨胀量的常规调整方法，使氩的富集区下移。将氩馏分维持在9%～11%Ar，粗氩塔的氩积累在调整后的7个小时达到正常值。粗氩量达到1200 NM3/h以上，粗氩中含氧量也达到1PPm以下。上塔的污氮气纯度指示在0.3%左右，不在波动。

通过调整主塔氩馏分，空气流量降低了约4000 NM3/h，下塔压力也降低了6KPa。下表是故障处理前后的参数对比。

5.小结

在空分装置内，馏分的含氩量与控制氩区分布密切相关。氩区分布与氧气纯度和上塔压力紧密联系。氧气纯度较好时（大于99.9%），上塔的氧区上移，馏分中的含氩量减少。上塔压力低时，易于氧氩分离。但是仅采取增加污氮提取量来降低上塔压力，易造成主冷负荷增加，氧区上移，馏分的含氩量反而降低。一般控制馏分的含氩量在9～11%。如果长期控制在12%时，对于35000Nm3/h制氧机，每小时可以增加氩产量约50Nm3/h。但是这样会增加“氮塞”的发生机率，以及操作难度。

空分装置工艺流程是一个长流程，当出现问题时，应该从全局考虑，不仅从工艺自身的前后关系考虑，还要从不同专业的角度考虑，去解决问题。尤其装置停运检修重新启动后，要对各个工艺参数变化进行分析，参照以往正常的参数进行比较，综合分析问题。

作者简介：

陈和林（1971-），男，1991年毕业于河北冶金工业学校自动化系，高级工程师，学士学位。现从事制氧机工艺、仪表控制系统技术管理工作。

王亚生（1978-），男，1998年毕业于河北冶金工业学校自动化系，工程师，现从事仪表控制系统技术管理工作。