摘要：在科技發(fā)展日新月異的今天，鋼鐵工業(yè)的前行與空分氣體的發(fā)展是互相依存、互相促進(jìn)的關(guān)系。鋼鐵工業(yè)的增長(zhǎng)帶動(dòng)了空分氣體的發(fā)展，氣體工業(yè)的發(fā)展又促進(jìn)了鋼鐵工業(yè)邁步前行，兩者的關(guān)系密不可分。文章對(duì)如何在西鋼空分系統(tǒng)中有效提高氬氣提取率進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：西鋼空分系統(tǒng)；氬氣提取率；氬塔系統(tǒng)；鋼鐵工業(yè)；氣體工業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ116 文章編號(hào)：1009-2374（2015）11-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.017

近期，由于西寧特殊鋼股份有限公司新建煉鋼、精品棒材生產(chǎn)線的投入使用以及煉鋼用戶新工藝的增加和部分生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，氬氣產(chǎn)品的消耗量也隨之增加，而對(duì)于我單位KDON——15000m3/h型空分系統(tǒng)中500m3/h的粗氬產(chǎn)量已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)用戶和外銷量的需求。為此根據(jù)能源作業(yè)區(qū)領(lǐng)導(dǎo)的指示安排，空分系統(tǒng)操作人員進(jìn)行了一系列系統(tǒng)參數(shù)及工藝工況的調(diào)整，進(jìn)一步通過改善操作方法來提高氬氣產(chǎn)品的提取率，以保證各用戶的需求量，達(dá)到節(jié)能減排、增產(chǎn)創(chuàng)效的目的。

1 空分系統(tǒng)中的主塔工況是氬精餾系統(tǒng)的根本和基礎(chǔ)

一般來說，空氣中的氬氣含量是恒定不變的。在氣體工業(yè)生產(chǎn)中，要想提高產(chǎn)品氬氣的產(chǎn)量，首先需要增加原料空氣量。因此，空分操作人員根據(jù)空氣壓縮機(jī)流量先將進(jìn)塔空氣量由原來的76000m3/h提高到78000m3/h。

進(jìn)塔空氣量增加后，根據(jù)氬餾份在線純度分析儀AI701，將產(chǎn)品氧氣的產(chǎn)量由15000m3/h提高到15500m3/h，并將氬餾份純度分析儀AI701的百分含量控制在8%～9%Ar以內(nèi)，為初步提高粗氬產(chǎn)量做好前期準(zhǔn)備。

與此同時(shí)，在確保主冷液位相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步挖掘空分系統(tǒng)主塔中上塔的精餾潛力，將膨脹空氣旁通進(jìn)入污氮?dú)夤艿赖臍饬縁I1由2800m3/h減少到2650m3/h。

這樣逐步調(diào)整主塔工況，首先是為了進(jìn)一步挖掘上塔的精餾潛力，從而可以有效提高氧氣和氮?dú)獾漠a(chǎn)量；其次是為氬精餾系統(tǒng)工況調(diào)整和氬氣產(chǎn)品提取打下良好的基礎(chǔ)；再次是充分增加空分系統(tǒng)中的氬組份含量，即有從（76000-2800）*0.932%=682m3/h提高到（78000-2650）*0.932%=702m3/h，702-682=20m3/h，因此，在通常情況下有20m3/h氬組份含量的增加量。

2 粗氬塔的工況及有效調(diào)節(jié)是提高氬氣產(chǎn)量的中間環(huán)節(jié)和有效組成部分

在氬塔系統(tǒng)中，參與精餾的粗氬氣產(chǎn)量直接決定了產(chǎn)品氬氣的提取量，而從上塔中抽取出的氬餾份氣量FIC702又制約著粗氬氣的產(chǎn)量。

首先，操作人員對(duì)粗氬Ⅱ塔C702頂部冷凝器的液空進(jìn)口閥門V701進(jìn)行調(diào)節(jié)，開度由50%調(diào)節(jié)至51.5%，使粗氬Ⅱ塔C702上部的液空液位由300mm提高到315mm。隨著粗氬II塔C702的冷凝器中冷量的增加，其中的回流液也會(huì)明顯增加，與此同時(shí)塔內(nèi)阻力PDI702由6.0kPa升高至6.3kPa，從而使大量進(jìn)入粗氬Ⅱ塔的氬餾份氣體得到充分精餾，在上升氣體與回流液體的洗滌及熱交換過程中，使上升蒸汽中的氧組份被充分清除，部分被粗氬Ⅱ塔頂部回流空氣帶回主冷上塔。

其次，操作人員調(diào)整粗氬I塔C701中的回流比。當(dāng)粗氬Ⅱ塔C702中的回流液明顯增加時(shí)，則會(huì)有大量的粗氬液體在粗氬Ⅱ塔C702底部積累，使底部粗氬量液位逐漸升高，因此液氬泵出口的壓力PICA705也會(huì)隨之升高。根據(jù)其出口壓力PICA705的升高，可逐步調(diào)節(jié)液氬進(jìn)粗氬I塔C701的調(diào)節(jié)閥門V713，以此來增加粗氬I塔C701中的回流液體，使其塔內(nèi)阻力PID701逐漸升高，由原來的3.1kPa升高到3.3kPa，進(jìn)一步使粗氬氣體中的含氧量分析儀AIA702的分析值有所降低。

與此同時(shí)，隨著粗氬I塔、Ⅱ塔內(nèi)部阻力的逐漸升高以及兩粗氬塔中冷量的增加，使得出粗氬I塔的氬餾份流量FIC702由原來的18000m3/h提高到18400m3/h，為提高粗氬氣產(chǎn)量打下了良好的基礎(chǔ)。

因此，操作人員可根據(jù)氧含量分析儀AIA702，在保證AIA702分析儀的氧含量百分值不高于3%的情況下，通過逐步調(diào)節(jié)將粗氬氣產(chǎn)量FIC701由500m3/h提高至550m3/h，這樣一來可計(jì)算得出粗氬量的提取率：

由原來ρ粗=500/（76000-2800）*0.932*100%=73.3%

提高到ρ粗=550/（78000-2650）*0.932*100%=78.4%

使粗氬的提取率Δρ粗=78.4%-73.3%=5.1%

所以，粗氬量的提取率就有了明顯的提高，為實(shí)現(xiàn)此次有效調(diào)節(jié)完成了第二步。

3 精氬塔系統(tǒng)是生產(chǎn)液氬的主要設(shè)備，精氬塔的工況直接影響液氬產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量

根據(jù)對(duì)精氬塔C703的內(nèi)部壓力PICS704和頂部冷凝器液氮溫度TIA702的調(diào)節(jié)控制，來減少精氬塔頂部氬氣的余氣排放量。在精氬塔C703中，由來自下塔的壓力氮?dú)鈱?duì)精氬塔底部液氬進(jìn)行復(fù)熱，使其中的氮組份經(jīng)蒸發(fā)后通過C703頂部的壓力調(diào)節(jié)閥V751排出塔外。與此同時(shí)，隨著氮組份的不斷蒸發(fā)，部分氬組份也混合在上升汽中隨之蒸發(fā)甚至排出塔外，也就造成了部分氬氣產(chǎn)品的損失。

此時(shí)，操作人員通過調(diào)整精氬塔C703頂部冷凝器的液氮調(diào)節(jié)閥V706的開度大小以及C703底部蒸發(fā)器中來自下塔的壓力氮?dú)饬?，進(jìn)一步調(diào)整精氬塔C703的壓力PICS704在適度范圍內(nèi)，從而來控制精氬塔C703頂部的廢氣排放量FI751的大小。

經(jīng)全面調(diào)節(jié)后，當(dāng)粗氬氣產(chǎn)量FIC701為550m3/h時(shí)，在粗氬純度AI701在99%Ar左右的情況下，計(jì)算得出粗氬產(chǎn)量中的含氮?dú)饬繛椋?50m3/h*（100%-99%）=5.5m3/h

則在通常情況下，將精氬塔C703頂部廢氣排放量FI751應(yīng)該控制在6～7m3/h即可。與此同時(shí)，在正常生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)節(jié)中，精氬塔內(nèi)部壓力PICS704和余氣排放量FI751的調(diào)整也要參照精氬塔C703底部的微量氮分析儀AI707的分析值不高于10ppm。

在日常氬氣產(chǎn)品純度調(diào)節(jié)中，操作人員還發(fā)現(xiàn)，對(duì)精氬塔底部液體蒸發(fā)器換熱面積的有效把握也是控制AI707分析值大小的重要因素之一。通常情況下，為了達(dá)到最佳換熱狀態(tài)，一般將底部液位的高度保持在蒸發(fā)器高度的80%左右，即1600mm*80%=1280mm，因此將其中液氬液位控制在1250mm左右為宜。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)我單位KDON——15000m3/h型空分系統(tǒng)中的主塔、氬塔系統(tǒng)工況及各參數(shù)的一系列有效調(diào)節(jié)，經(jīng)改善操作方法充分提高了氬氣產(chǎn)品的提取率，在保障設(shè)備正常生產(chǎn)運(yùn)行及生產(chǎn)工藝的情況下，有效提高了氬氣產(chǎn)品的生產(chǎn)量，在完成了各生產(chǎn)單位需求量及外銷量的保供任務(wù)的同時(shí)，達(dá)到了節(jié)能減排、增產(chǎn)創(chuàng)效的目的，為全公司能源介質(zhì)的節(jié)能減排工作做出了很大的貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：李永洲（1985-），男，青海西寧人，西寧特鋼集團(tuán)助理工程師，研究方向：鋼鐵冶煉中各類能源介質(zhì)的生產(chǎn)與保供。

（責(zé)任編輯：周 瓊）