空分氩系统氮塞的探讨和分析 孙新礼

空分氩系统氮塞的探讨和分析孙新礼
摘要：安徽晋煤中能化工股份有限公司二期空分于2011年顺利开车成功，该套
空分由开封空分设备厂设计制造，其型号为KDON（Ar）-18500/51500（500），
该装置采用了先进的全低压分子筛吸附，增压透平膨胀机、液氧内压缩流程，规
整填料式精馏塔、全精馏制氩等行业先进的流程和设备。

岗位的主要目的和任务
是为二期HT-L粉煤加压气化装置提供合格的产品氧气、氮气，由于制氩流程对主塔氧气纯度和氮气纯度影响较大，给操作和调节提出更高的挑战，通过多年的分
析和总结，对氩系统“氮塞”现象及处理有一定掌握，同大家探讨学习。

关键词：氮塞；氧纯度；氩区下移；回流比
一、工艺流程
从上塔中部抽出含氩量为8～12%（体积）、含氮量小于0.06%（体积）的氩
馏份气体送入粗氩塔参与精馏。

氩馏份直接从粗氩塔Ⅱ的底部导入，粗氩塔Ⅱ上
部采用粗氩塔Ⅰ底部排出的粗液氩作回流液，作为回流液的粗液氩经液氩泵加压
后直接进入粗氩塔Ⅱ上部。

粗氩自粗氩塔Ⅱ顶部排出，经粗氩塔Ⅰ底部导入，粗
氩冷凝器采用过冷后的富氧液空作冷源，上升气体在粗氩冷凝器中液化，得到粗
液氩和粗氩气（其组成为98%～99%Ar，≤2PpmO2）。

粗氩气从精氩塔中部送入，在精氩塔内继续参与精馏；粗液氩作为粗氩塔回流液。

粗氩塔冷凝器中蒸发后的
液空蒸汽和部分液空又返回上塔中部参与精馏。

二、氮塞原因
在正常工况下，粗氩塔的氩馏分氧含量设定值为91.1%，若氩馏分氧含量低
于90.5%，粗氩塔就会出现轻微氮塞，氩馏分氧含量低于90%，粗氩塔就会出现
严重氮塞。

因为过多的氮跟随氩馏分一起进入到粗氩塔顶部冷凝器，导致其饱和
温度下降。

由于氮的沸点远远高于液空，液空气化无法提供氮冷凝所需要的温度，精氩塔的处理能力有限，因此过多含氮较高的氩便慢慢聚集到粗氩塔，占据冷凝
器换热面积，减少冷凝器换热温差，使冷凝器停止工作，至此氮塞形成。

氮塞形
成后氩塔停止工作，原来主塔提供到氩塔的冷量不能被利用，只能向主塔转移，
这时的主要操作就是用一切手动最大限度降低氮塞对主塔造成的影响。

三、氮塞出现时的现象
1.精氩塔压力升高；精氩塔处理能力有限，不能将含氮较高的氩气及时排出去。

发生精氩塔压力骤然增加的情况下，开大精氩塔顶部放空阀，这样可以处理
精氩塔轻微氮塞。

2.液氩中氮含量增加；
3.粗氩塔阻力波动较大；粗氩塔冷凝器停止工作，冷凝回流液减少，阻力会
出现波动。

4.粗氩塔顶部液位上升；换热温差减小，液空蒸发量减少或者不蒸发，
LV0702阀门手动后必然导致顶部冷凝器液空液位上升。

5.氩泵回流阀LV0701慢慢开大；氮塞后粗氩塔回流液减少，阀门液面调节的
时候会慢慢开大。

6.液空侧温度下降；
7.液空侧压力下降；
8、主塔下塔液空液面升高，为了减少氮塞对主塔造成的影响，液空节流阀会调手动，减少液空进上塔的量。

四、氮塞的处理
什么是氮塞？冷凝蒸发器负荷下降甚至停止工作，氩塔阻力波动下降，直至0，氩系统停止工作，这种现象叫做氮塞。

保持主塔工况稳定是避免氮塞的关键。

（1）* 轻微氮塞* 严重氮塞的处理：一旦出现粗氩阻力急剧波动，并在短时
间内变成0，表明氩塔工况垮掉了，这时应全开工艺氩放空阀HV0760、精氩塔放
空阀V0763，全关氩泵后送出阀，全开氩泵后回流阀，全关LV0702阀，尽量使氩塔内液体留在氩塔内，以免进一步破坏氧纯度适当关小氧气产量，等主塔工况逐
步恢复正常后再重新投入氩塔。

（2）操作中如何减少发生氮塞的可能性
A主塔的操作
1)要尽量保持主塔的稳定性，不要发生大的波动，主塔稳定是氩塔稳定运行
的前提，只有主塔稳定精馏状况给力，才会给氩塔提供正常运行的条件。

特别是
均压时会有大约10%的空气量去均压，这是要有预兆性的增加空压机负荷或者是
减少产品气量的取出量，不要等主塔已经有了反应才去调整，要防患于未然。

2)产品气量的取出量不要发生较大的波动，因为氩馏分抽口的位置是一定的，产品气量取出不稳定时会是氩馏分的富集区发生波动，当富集区下移时就有发生
氮塞的可能了。

因此一定要保证氧气和氮气的取出量平稳。

3)在下塔氮纯度合格的情况下，应该尽量开大液氮节流阀，提馏段的氩富集
区是液空下流液和上升蒸汽量不断换热精馏形成的，长时间液空中含氮过高也会
造成富集区中氮含量高。

同时这样操作也利于提高氧纯度。

4)在主塔减负荷的情况下应该适当减少膨胀机负荷，使膨胀机制冷量与现在
的空分装置负荷相当，不要使主塔工况过多地偏向液体工况。

液体工况不利于主
塔精馏，也会增加主塔氩富集区的氮含量，增加氮塞风险。

适当减少膨胀空气进上塔的量，膨胀空气进上塔受限于上塔最小回流比，过
多的膨胀空气量进上塔会使当时工况的回流比小于最小回流比，造成精馏状况不好，使氮进入到氩富集区，增加氮塞风险。

B氩塔的操作
1)调节氩塔的负荷和主塔相对称。

当主塔减负荷运行时氩塔也应该适当减负
荷运行，氩塔负荷过大时会造成主塔氩富集减少氩馏分中的含氮量增加，造成氩
塔氮塞的可能性增加。

主塔负荷大氩塔负荷小会造成主塔氧纯度不好，富集的氩
提取不出去会影响到氧纯度，影响产量，增加能耗。

2)同时在粗氩塔负荷一定，出氩塔氩中氧含量合格的情况下，保证精氩塔的
的负荷，精馏出来的工艺氩尽量提取出去。

五、氩系统工况操作体会
1)由于氧－氩的沸点较为接近，氧－氮的沸点差值相对较大。

从分馏的难易
程度上来说，调氩的困难程度远大于调氧。

上下塔阻力建立后1～2个小时氧纯
度可达标，而氩塔阻力建立后正常操作约需24～36小时氩中氧纯度才能达标。

2)氩系统工况难建易垮，系统复杂，调试周期长，稍有不慎工况就可能在短
时间出现氮塞而垮掉。

如能按13条正确操作，保证氩塔中积存的氩组分的总量，再次建立粗氩塔阻力至氩中氧纯度正常约需要10～15小时。

3)操作者应对流程熟悉，并在调试过程中具有一定的前瞻性。

氩系统的每次
细微调整均需要较长时间才能在工况上反映出来，忌讳经常、大幅度调整工况，
因此保持清晰的思路，平和的心态非常重要。

4)氩提取率的高低受多种因素的影响。

因氩系统的操作弹性小，实际操作中
不可能将操作弹性绷的过紧，工况的波动对提取率非常不利。

化工、有色冶炼等
用氧平稳的装置提取率比断续用氧的炼钢等要高；炼钢行业多台空分联网要比单台空分供氧的氩提取率高；大空分比小空分的氩提取率高；高水平的精心操作比低水平的操作提取率要高；装置配套水平高的氩提取率高（如膨胀机的效率；自动阀门、分析仪表的精度等）。

总结
总之避免氩塔氮塞的宗旨就是减少氩馏分中氮的含量，只有氩馏分中氮的含量降低了才会避免氮塞，并不是说氩馏分低了就不会氮塞氩馏分高了就一定会氮塞，塞不塞主要看氩馏分中的含氮量和粗氩冷凝器换热面积是不是被沸点较高的介质占领。

不论是主塔的操作还是氩塔以及膨胀机的调整都是保证氩富集区的位置不变或是氩馏分中氮含量不要超标。