宝鸡超高纯气体[大腾]氩系统的优化操作与技改
公司名称：大腾科技（武汉）有限公司
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公司简介：大腾科技位于武汉光谷自贸片区，公司致力于精细化制造业配套服务，随着近年来国防工业、科学研究、自动化技术、精密检测，特别是微电子技术的发展，国内特种气体的需求不断攀升，公司产品专注于高纯、超纯特种气体相关的高端细分行业，包含稀有气体、电子气体、电光源气体、超高纯气体、标准气体、激光气体、医用气体、食品工业用气体等，同时为高精度气体管道设计安装、技术咨询、检漏维护等。产品广泛应用与军事工业、航空航天、芯片制造、半导体工业、生物医药等等，为用户提供精细化的应用方案。
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前言从粗氩开始投运到精氩合格，如何缩短投运时间，减少物料损失，冷量损失是操作的要点。河南豫光金铅股份公司制氧厂先后建成四套空分，分别是4000空分，6000空分，10000空分，15000空分。对建成时间比较早的4000和6000空分操作不断进行优化，并根据操作过程中积累的经验，对10000空分进行一些技改，后来又根据10000空分技改后存在的缺陷对15000空分又进行一些技改，使粗氩开始投运到精氩合格时间大幅缩短，物料损失，冷量损失大幅减少，以下是各个空分操作优化过程和技改过程的总结。一 4000，6000空分氩系统没有优化前的操作从2001年到2005年公司先后建成了4000和6000两套空分。因为当时刚刚接触到制氧，人员操作水平处于初级阶段，缺乏操作经验。所以投氩过程严格按照厂家提供的操作规程，操作过程是：逐渐开大粗氩冷凝器液空进液阀V3，使冷凝器开始工作，氩馏分在冷凝器里与液空换热后被冷凝，并在粗氩一塔底部积起一定液位，然后启动液氩泵，液氩泵把粗氩一塔底部的液体打到粗氩二塔，建立起粗氩塔的稳定工况。经过粗氩一塔和二塔的精馏，氩馏分含氧逐渐降低，工艺氩含氧也逐渐降低。当工艺氩含氧小于2ppm后投入精氩塔。逐渐开大工艺氩进精氩塔阀门V6，然后逐渐开冷凝器进液阀V5，冷凝器开始工作，这些工艺氩在精氩塔冷凝器里与液氮换热被冷凝，并在精氩塔底部积起液位，因为投入精氩塔前精氩塔含氧比较高，所以精氩塔底部积起的液体含氧也很高，只有排掉，然后继续积液，排液。就这样反复很多次置换，直到精氩塔含氧小于2ppm，然后开精氩塔进计量筒阀门V708用液体反复置换计量筒，直到计量筒含氧小于2ppm，然后调节工况至正常。在反复置换精氩塔和计量筒过程中，需要消耗大量的液体。后来改变操作方法把精氩塔和计量筒作为一个整体，一起置换，但仍然需要消耗大量的液体。二 4000，6000空分氩系统操作优化过程如果把这些消耗在置换上的不合格液体回收到粗氩塔，再次经过粗氩塔精馏成为合格液氩，会减少液体排放减少损失。经过讨论后，在计量筒底部吹除阀V755与粗氩一塔底部吹除阀V753之间用金属软管连接起来.并在V753后增加吹除阀。（图片一）操作方法是，当工艺氩含氧小于2ppm时，投入精氩塔，全开精氩塔进计量筒自动调节阀V708，当计量筒积起一定液位后，缓慢开V755，并开V753阀前吹除阀。当吹除阀有连续液体出现后缓慢开V753全关吹除阀。利用液位高差，使计量筒内液体打到粗氩塔。图片1这样操作存在缺陷，因为金属软管没有保温，液体容易气化，加上V753管道离氩泵进口较近，打液过程容易造成氩泵气蚀。引起氩工况波动，因此这种操作方法，经过试用一段时间后没有被采用。对精氩塔与计量筒的置换是对氧的置换，有人建议在工艺氩含氧合格前，先用高纯氮气将精氩塔与计量筒内含氧降下来，然后再用液氩置换，以达到减少液氩损耗的目的。同时还可以缩短精氩的合格时间。方法是：在氮气中压缓冲罐底部吹除阀上接黑皮管，将氮气引到计量筒底部吹除阀V755，使氮气经过V755进入计量筒与精氩塔，最后由精氩塔废气放空阀V760处排出。这种方法确实缩短了精氩的合格时间和减少了液体的损耗，但这种方法也存在隐患，因为氮气温度相对精氩塔和计量筒为高温气体，进入精氩塔后，增加设备的热应力损坏，因此这种方法经过试用一段时间后，没有被采用。经过试用氮气置换后，发现用气体置换可以减少冷量损失。在工艺氩含氧降低过程中，会出现工艺氩含氧低于精氩塔含氧的情况，因为工艺氩含氧没有降低到2ppm，一般都直接放空扔掉。能不能把这些含氧低于精氩塔，原本放空的工艺氩引到精氩塔加以利用，同步冷却，置换精氩塔。后来4000空分和6000空分采用工艺氩气体置换的方法以后，使冷量损失大幅减少。具体操作：当粗氩塔工况稳定后，工艺氩含氧降低到接近精氩塔含氧时，开工艺氩进精氩塔阀门V6，使工艺氩进入精氩塔，不投入冷凝器，开精氩塔进计量筒自动调节阀V758，稍开计量筒底部吹除阀V755，使工艺氩从计量筒底部吹除阀V755和精氩塔废气放空阀V760处排出。并用V755和V760的开度来控制工艺氩流量。随着粗氩塔的精馏，工艺氩含氧逐渐降低，精氩塔和计量筒里的含氧也逐渐降低。直到工艺氩含氧合格，精氩塔和计量筒里的含氧也跟着很快合格。然后再投入精氩塔冷凝器和蒸发器，调整精氩塔工况至正常。这种操作方法充分利用了原本放空的工艺氩，同步冷却，置换精氩塔，缩短了精氩的合格时间，同时，置换过程中没有投入冷凝器，使冷量损失也降低了。直到现在4000，6000空分一直采用这种置换方法。三 10000空分的技改2010年，公司投建10000空分，总结4000，6000空分精氩塔计量筒往粗氩塔打液失败的原因，对10000空分进行以下技改。（1）把打液的管道走到冷箱内部，让管道在冷箱内进行保温，并用阀门V704控制打液；（2）液体回粗氩塔位置设置在液氩泵泵后液体回流阀V701后。目的是远离氩泵进口，防止气蚀。
图片2经过这些改造后，理论上解决了打液造成液氩泵气蚀的问题 。但使用时又出现新的隐患，因为新加管道和阀门走在冷箱内部，一旦V704阀门泄露，不好处理，会造成粗氩塔与精氩塔一直处于连通状态，使粗氩塔含氧高的气体窜进精氩塔造成污染。因为有这个顾虑，10000空分虽然进行了改造，却一直没有使用过，直到现在10000空分置换精氩塔与计量筒一直沿用4000，6000空分置换方法。四 15000空分的技改2013年，公司投建15000空分，吸取10000空分精氩塔往粗氩塔打液管道，阀门的设计缺陷，经过再三讨论研究，决定对15000空分打液管道设计上进行再次改造。在粗氩一塔与粗氩二塔之间气相进气管道上引一根DN25的吹除管道至塔外，并在塔外这跟管道上串接两个阀门V751A和V751B。（正常靠里边阀门V751A保持常开，用靠外边阀门V751B控制开关，一旦V751B故障，可全关V751A，方便对V751B检修。）精氩塔计量筒底部吹除管道也串接两个阀门V755A和V755B。这两根吹除管道在塔外用管道相连接。并在相连管道上安装吹除阀。操作方法也做了一定改变。图片三操作方法：投入粗氩工况，当粗氩塔工况稳定后，直接投入精氩塔。开工艺氩进精氩塔阀门V6，开冷凝器进液阀V5，冷凝器开始工作，全开精氩塔进计量筒自动调节阀V708，使冷凝的液体直接进入计量筒。当计量筒积起一定液位后，缓慢开计量筒底部吹除阀V755B，开粗氩一塔与粗氩二塔之间气相进气管道上吹除阀V751B，计量筒底部不合格液体缓慢进入粗氩塔。计量筒底部液体打完后，关V755和V751，开管道上吹除阀，排净管道内存留液体，防止液体气化，损坏管道。随着氩塔的精馏，工艺氩含氧逐渐降低，计量筒里的液体含氧也逐渐降低。这些不合格液体间断的被打到粗氩塔，直到计量筒内液体含氧合格。然后调节精氩塔工况至正常。15000空分经过这些技改后具有以下优点：（1）管道和阀门接在冷箱外，一旦泄露，容易发现，处理；（2）吹除阀出冷箱阀门都是串联两个，靠里边阀门保持常开，用靠外边阀门控制开关，如果阀门故障，可关闭靠里边阀门，对外边阀门进行检修；（3）置换精氩塔，计量筒液体全部回收至粗氩塔，使冷量损失，物料损失降到；（4）精氩塔计量筒液体回粗氩塔位置在气相管道上，离氩泵进口比较远，打液过程快慢只影响粗氩塔底部液位，只要控制好氩泵往分馏塔的打液速度，对粗氩塔工况与主塔工况没有影响；（5）经过粗氩塔精馏的工艺氩含氧逐渐降低，这些含氩相对高的工艺氩气体进入精氩塔，被精氩塔冷凝后又返回粗氩塔，使粗氩的含氩量快速增加，加快了粗氩的浓缩速度，大大缩短了工艺氩的合格时间；（6）粗氩工况稳定后直接投入精氩塔，工艺氩含氧逐渐降低过程中，同步置换精氩塔，当工艺氩含氧合格后，精氩塔与计量筒含氧也跟着很快合格，缩短了精氩的合格时间。五 结束语15000空分经过这些技改后，从粗氩开始投运到精氩合格时间与其他空分相比较提前十个多小时，大幅缩短了氩的投运时间。从节能降耗方面也充分发挥了优越性。不仅表现在投氩过程中，在正常工况维护中，如果氩工况出现恶化影响纯度，也可以直接把计量筒内不合格液体返回粗氩塔，经过再精馏得到合格工艺氩再进入精氩塔，使损失降到。