Det övergripande processflödet för Newtek Group 40000M/H Air Separation Unit förklarar påverkan av kväve som pluggar i argonsystemet för luftseparationsenheten på uppströms och nedströmsprocesser, analyserar grundorsaken till kväve -pluggning i Argon -systemet, formulerar motsvarande förebyggande åtgärder och optimerar driftsprocessen för att säkerställa utgången och renheten för luftsalessenheten.
Nyckelord:Luftseparationsenhet; kvävepluggning; driftsprocessoptimering
Innehåll
2.1 Analys av orsakerna till kvävepluggning och behandlingsåtgärder
2.3 Behandlingsåtgärder efter kvävepluggning
3.optimering av driftsprocessen för att förhindra kvävepluggning
1. vad är kväve -plugging
Kvävepluggning är ett vanligt fel i argonsystem. I den råa argon tornkondensorn i argonsystemet, på grund av överdrivet kväveinnehåll i den råa argonfraktionen, kommer en stor mängd kväve att komma in i den råa argonkondensorn genom booster -tornet tillsammans med den råa argonfraktionen. Eftersom värmeöverföringstemperaturskillnaden för den råa argonkondensorn är utformad enligt innehållet i den råa argonfraktionen, om en stor mängd kväve som kommer in i den råa argonkondensorn inte kan kondenseras, kommer det gradvis att ackumuleras i den råa argonkondensorn, som orsakar värmeväxlingstemperaturskillnaden i den råa argenseren kondensator att bli mindre och mindre, tills ingen värmeutveckling förekommer. Booster -tornet kan inte tvätta den råa argonfraktionen utan rå vätskeggon som återflödesvätska, och argonfraktionen återflödesvätska som återgår till destillationstornet kommer att minska, och argonfraktionen kommer också att minska. Det stigande gasflödet i det råa argon tornet kommer att minska, vilket så småningom kommer att leda till flytande läckage på tornplattan, försämring av destillationstillståndet för det råa argon tornet och bildandet av kväve -pluggning.
40000 m/h molekylsikt fullprocessjacka Komprimeringsprocess Luftseparationsenhet tillverkad av Newtek. Enheten är utformad för att producera 40000 m3/h syre, 80000 m3/h kväve och 1500 m3/h argon. Det är för närvarande en av företagets största syretillförselenheter och står för 17% av den totala kapaciteten. Det är främst ansvarigt för leveransen av gaskällor för järnproduktion, ståltillverkning, stålrullning och andra kraftsystem.
Den 22 maj 2023 hade luftseparationsenheten en kväveplugg i argonsystemet. Argonhalten i argongasen vid utloppet av det råa argon tornet var mindre än 92%, och argonfraktionsflödet sjönk från den ursprungliga 31000 m3/h till 13 000 m3/h. Efter att felet inträffade undvikde operatören effektivt fluktuationer i renheten av syre och kväve genom att minska mängden syre (från 40000 m/h till 36000 m3/h), manuellt kontrollerar ventilen för vätskeluft för att komma in i den råa argonkondensorn (för att undvika stora fluktuationer i argonfraktionen) och öppna den vätskevent.
Klockan 15:10 den 30 juni 2023 övervakade Argon -innehållsanalysstabellen vid utloppet av det råa argon II -tornet i nr 9 -luftseparationsenheten att renheten i rå argon började sjunka från 98,6% och sjönk till 97,06% vid 15:38. Vid 16:12 justerade personalen på tjänst renheten av rå argon till normal renhet (över 98,7%) genom drift. Det främsta skälet till kväve som pluggade den här gången: argonfraktionen kontrollerades till 11%~ 12%, och den kontrollerade argonfraktionen var hög och varade under lång tid. Den råa argonflödeshastigheten på 1550 m/h är sällsynt och den bör kontrolleras vid cirka 1600 m/h. Den flytande luftnivån för den råa argonkondensorn är 298 mm, och kondensorn har en stor kylkapacitet, vilket gör att argonfraktionsflödeshastigheten ökar, men den råa argonflödet förändras inte. Kvävekomponenten i argonfraktionen ackumuleras i den råa argonkondensorn tills den råa argonkondensorn inte kan fungera normalt, och kvävepluggning sker. Som svar på dessa två misslyckanden övervägde tekniker om det är möjligt att effektivt kontrollera kväveinnehållet som kommer in i det råa argon tornet genom optimerade operationer för att förhindra förekomsten av kväve som kopplar in det råa argon tornet. Efter att ha sökt i relevant inhemsk litteratur är de flesta av dem introduktioner till operationerna efter kvävepluggning, och det finns få studier på förebyggande av kvävepluggning. Därför är det nödvändigt att bedriva forskning om detta arbete.
2. Processflöde
Efter att den råa luften passerar genom ett självrengörande luftfilter för att ta bort damm och mekaniska föroreningar, komprimeras det till ungefär 0. 48MPA av den integrerade maskinen, tvättas och kyls av förkylningssystemet och sedan matar in det reningssystemet för att ta bort de återstående föroreningarna (H2O, CO2, N2O och Hydrocar, etc.) i luften. Sedan är luften uppdelad i två stigar, en kommer in i den viktigaste värmeväxlaren och kommer in i det nedre tornet efter värmeväxling med refluxen smutsiga kväve, rena kväve, syre och flytande argon; Den andra kommer in i det övre tornet efter expansion och kylning av expander. Efter kontinuerlig massöverföring och värmeöverföring genereras rent flytande syre längst ner i det övre tornet och gaskväve genereras överst.
En ström av argonfraktionsgas dras från en lämplig position längst ner i det övre tornet och skickas till det råa argon I -tornet för destillation för att minska dess syreinnehåll, och sedan gasen dras från toppen av det råa argon I -tornet skickas till det råa argon II -tornet för djup argon och syre -separation. Toppen av det råa Argon Tower II är utrustad med en kondensorindunstare, som använder den flytande luften som dras ut från underkylaren som en kall källa. De flesta av den råa argongasen kan användas som återflödesvätska i det råa argon tornet efter att ha kondenserats av kondensorindunstaren. Den återstående delen destilleras av det råa argon tornet II. Den råa argongasen med ett syreinnehåll av<2x106 is obtained at the top of the crude argon tower II and sent to the pure argon tower. High-purity refined liquid argon is obtained at the bottom of the pure argon tower and is drawn out of the cold box as the product liquid argon.
Syre används som syreberikad förbränning i masugnar och syre för omvandlarsmältning; Kväve används som instrumentkraftgaskälla och skyddande gas och används också för omvandlarslaggstänk osv.; Argon används huvudsakligen för att smälta hög demandsorter av stål. Flytande produkter exporteras enligt marknadsförhållandena.
Figur 1 Förenklad processflödesdiagram över argonsystemet för luftseparationsenheten
2.1 Analys av orsakerna till kvävepluggning och behandlingsåtgärder
Det råa argon tornet är uppdelat i det råa argon tornet I och rå argon torn II. Rått argon torn i är för preliminär separering av syre och argon, och rå argon torn II är för slutlig separering av syre och argon. The process flow chart of the argon system is shown in Figure 1. Most of the oxygen components in the gaseous argon fraction will be condensed during the rising process, while the low-boiling nitrogen components will not be condensed and will all remain in the crude argon, making the nitrogen content of the crude argon gas in the crude argon II tower several dozen times that of the nitrogen content in the argon fraction. Om kväveinnehållet i argonfraktionen är för hög kommer kvävepluggning att inträffa i argonsystemet. När kvävepluggning inträffar, bör urladdningsventilen på kondenseringssidan av det råa argon tornkondensorn öppnas i tid för att lossna kvävekomponenterna som samlas på kondenseringssidan i tid. Om det är en liten kväveplugg kan denna operation snabbt återställa det råa argon tornet till det normala.
2.2 Effekt av kväveplugg
Först, när kväveinnehållet i det råa Argon II -tornkondensorn ökar, kommer värmeväxlingstemperaturskillnaden i den råa argon II -tornkondensorn att minska, värmebelastningen kommer också att minska, indunstningen av flytande luft kommer också att minska, och mängden flytande luft som kommer in i den råa argon II -tornkondensorn kommer också att minska. Den råa argon II -tornkondensatorvätskeventilen kommer att stängas, vilket resulterar i en ökning av mängden flytande luft i det nedre tornet, en ökning av mängden flytande luft som går till det övre tornet och den övre tornets flytande luftgasventil kommer att öppnas. Refluxförhållandet mellan det övre tornet i fraktioneringstornet kommer att öka och produktens syre renhet kommer att minska.
För det andra, mängden rå argon som kondenseras i det råa Argon II -tornet kommer att minska, trycket i tornet kommer att öka, motståndet kommer att minska, och mängden argonfraktionsfraktion som extraheras från det övre tornet i fraktionstornet kommer att minska, vilket kommer att öka den stigande gasvolymen ovanför den argonfraktionsextraktionsporten för den övre delen av fraktioneringstornet, reducera, reducera den röda röda röda produkten.
Slutligen, eftersom det råa Argon II -tornet inte kan fungera normalt och värmeväxlingseffekten försämras, kommer argonfraktionsflödet som kommer in i argonsystemet gradvis att minska tills det når noll, och det förfinade argonsystemet kommer att lämna driften, vilket får produktvätskan att minska eller sluta producera. I allvarliga fall kommer det också att orsaka avvikelser i det råa argonsystemet och fluktuationer i driftsförhållandena i destillationstornet, vilket påverkar renheten och produktionen av produktens syre och kväve.
2.3 Behandlingsåtgärder efter kvävepluggning
Det finns tre huvudbehandlingsmetoder för kvävepluggning orsakade av olika skäl.
1) Minska syrekostraktionsvolymen till 34, 000 ~ 37, 000 m3/h, reducera sedan öppningen av vätskeluftinloppsregleringsventilen för den råa argon II -kondensorn, minska argonfraktionsflödeshastigheten och mängden nitrogenkomponenter i Argon -fraktionen, och öppna argensoren. För närvarande bestäms öppningsstorleken för varje processventil av graden av kvävepluggning, och uppmärksamheten bör ägnas åt renheten hos produktkväve. Om kvävekvaliteten inte uppfyller kraven måste den dras tillbaka från kväve -rörledningsnätverket, och sedan startas vätskesystemet att komplettera enligt huvudlinjeproduktionen och balansen i kväve -rörledningsnätverket. När argonsystemet återgår till det normala justeras kvävekvaliteten.
2) Kontrollera vätskeluftrenheten genom att justera öppningen av den övre tornets flytande kväve -gasreglage. Om renheten i flytande luft är för låg, betyder det att återflödesförhållandet mellan det nedre tornet i fraktioneringstornet ökar, och mängden flytande kväve som strömmar nedströms är för mycket. Det är nödvändigt att öppna den övre tornets flytande kväve -gasreglage för att skicka överskott av flytande kväve till det övre tornet eller flytande kvävelagringstanken, minska återflödesförhållandet för det nedre tornet och öka renheten i flytande luft. Efter renheten i flytande luft stiger, på grund av minskningen av kvävekomponenten i flytande luft, minskar värmelasten för det råa argon II -tornkondensorn vid samma flytande luftnivå. Därför är det nödvändigt att öppna öppningen av den flytande luftinloppsventilen för den råa argon II -tornkondensorn för att säkerställa extraktion av argonfraktionsflödet.
3) Genom att minska den flytande luftnivån för den råa argon II -tornkondensorn och minska värmebelastningen för det råa argon II -tornkondensorn är det möjligt att kontrollera mängden argonfraktionsekstraktion och minska kvävekomponentinnehållet som kommer in i det råa argon tornet. På lämpligt sätt att öka mängden rå argonflöde kan göra kvävekomponentinnehållet i det råa argon tornet tas ut mer och därmed minska ackumuleringen av kväveinnehåll i det råa argon tornet. Att minska mängden syre som tas ut och öka mängden kväve som tas ut kan flytta det argonrika området i huvudtornet uppåt, minska argonkomponentinnehållet i argonfraktionen och minska kvävekomponentinnehållet.
Från ovanstående analys kan man se att det främsta skälet till att kväve kopplar in det råa argon tornet är att kvävekomponentinnehållet i argonfraktionen kommer in i det råa argon tornet ökar, vilket orsakar temperaturskillnaden i det råa argon II -tornet kondensator att minska, och värmelasten för att minska tills det inte kan fungera. Därför är det tekniska nyckeln att minska detta problem att minska kväveinnehållet som kommer in i kondensorn.
3 Optimering av driftsprocessen för att förhindra kvävepluggning
Nr 9 -luftseparationsenheten övervakar indirekt kväveinnehållet i den råa argongasen genom att övervaka argoninnehållet i den råa argongasen och leder personalen att driva. Det huvudsakliga sättet för denna stora luftseparationsenhet för att förhindra att kväve ansluter det råa argon tornet är att justera öppningen av den flytande luftinloppsregleringsventilen för den råa argon II -tornkondensorn enligt argoninnehållet i argonfraktionen, så att argonfraktionen flödeshastighet och den råa argonmängden matchar.
Arbetsparametrarna för att förhindra kväve som pluggar in det råa argon tornet visas i tabell 1.
| Tabell 1 Driftsparametrar för att förhindra kväve som ansluter till rå argon Tower | |||
| Argon fraktion argoninnehåll/% | Flytande luftregleringsventilöppning/% | Argon fraktionsflödeshastighet/m³ | Rå argonvolym/(m³/h) |
| 11.5~12.5 | 20.5~20.8 | 26000~29000 | 1700 |
| 11.5~12.5 | 20.3~20.6 | 25000~27000 | 1600 |
| 11.0~12.0 | 20.0~20.5 | 24000~26000 | 1500 |
| 10.5~11.0 | 19.5~20.0 | 22000~24000 | 1400 |
| 10.0~10.5 | 19.0~19.5 | 21000~23000 | 1300 |
| 10.0~10.5 | 18.5~19.0 | 20000~22000 | 1200 |
| 9.5~10.5 | 18.0~18.5 | 19000~21000 | 1100 |
| 9.0~10.0 | 17.5~18.0 | 18000~20000 | 1000 |
3.1 Operationsmetod
1) I den dagliga driften, om argoninnehållet i argonfraktionen överskrider referensområdet, justerar först öppningen av den nedre tornets flytande luftspasventil för att öka det övre tornets återflödesförhållande, och argonfraktionsflödet kommer att vara mindre än referensvärdet. För det andra, justera den råa argonmängden till större än referensvärdet. Om öppningen av den nedre Tower Liquid Air Throttle -ventilen överskrider referensområdet, kan du justera vätskanivån för det råa Argon II -tornkondensorn för att återlämna öppningen av vätskeluftinloppsventilen för den råa argon II -tornkondensorn till det normala referensområdet. Om det råa argonbeloppet överskrider referensområdet, justera det råa argonmängden som kommer in i flytande för att återlämna det råa argonbeloppet till det normala referensområdet.
2) För att förhindra överdriven syre -extraktion från produkten kan ett övre gräns larmvärde läggas till produktens syreutvinning i DCS -systemet. Detta värde kan ökas med 1000m3/h baserat på driftsvärdet för produktens syreutgång enligt skiftets arbetsförhållanden. När systemet larmar måste operatören bestämma orsaken till övergränsen baserat på arbetsförhållandena, återställa produktens syreutgång till det ursprungliga värdet i tid och på lämpligt sätt minska öppningen av vätskeluftsinloppsventilen för den råa argon II-tornkondensatorn. När argonfraktionen är normal, justera öppningen av den flytande luftinloppsventilen för den råa argon II -tornkondensorn tillbaka till referensvärdet.
3) När renheten i vätskeluften är för låg är det nödvändigt att öka öppningen av den övre tornets flytande kväve -gasventil, justera vätskeluftrenheten, på lämpligt sätt minska öppningen av det råa argon II -tornkondensatorvätskeventilen, stabilisera argonfraktionsflödeshastigheten inom referensvärdet och minska argon -systemets belastning.
4) Jämfört med ovanstående operationer är variabel belastningsdrift mer komplicerad. Generellt sett är expandersystemet, huvudvärmeväxlarsystemet, fraktioneringstornsystemet och Argon -systemet utformat för variabel belastning av luftseparationsenhet mestadels flytande syrearbetsförhållanden, vilket kräver att man ökar expansionsvolymen, ökar kylkapaciteten för luftseparationsenheten och omvandlar de överflödiga gasprodukterna till flytande produkter, men denna process kommer att orsaka förändringar i flera parametrar. Den viktigaste faktorn som påverkar lastreduktionens operation är den övre tornets flytande kväve -gasspjäll, som är en precisionsventil som används för att justera nedströms vätskan i det övre tornet, och kan också använda den strypande effekten för kylning. Ventiltillbehören, inklusive ventilkroppen och ställdonet, importeras, särskilt positioner i ställdonet är en nyckelkomponent, och dess öppning påverkar direkt det huvudsakliga tornets arbetsvillkor och påverkar sedan renheten för varje mediumprodukt. Eftersom den övre tornets flytande kväve -gasspjäll är beläget nära toppen av det övre tornet, förångas en del av det flytande kväve som passerar genom gasspjällventilen, vilket ytterligare minskar kvävetemperaturen och ger en del av kylkapaciteten. Därför måste den övre tornets flytande kvävegasventil ställas in som en högkänslighetsventil. När det ändras från stabila arbetsförhållanden till andra arbetsförhållanden bör öppningsjusteringsbeloppet inte överstiga 0. 2 grader varje gång. Om ventiljusteringen överstiger 0. 2 grader kommer kvävenheten att försämras. När det flytande kväve som går till det övre tornet minskar kommer det flytande kvävet som återlämnas till det nedre tornet att öka. Dessutom är luftfuktinnehållet i det nedre tornet stort, och vätskans renhet kommer att öka. För att säkerställa den stabila driften av argonsystemet måste öppningen av det råa argon II Tower Condenser Liquid Air Inlet Valve justeras för att vara något mindre än referensvärdet. När den flytande syreproduktionen ökar kommer utgången från andra produktmedier att minska.
3.2 Ansökningseffekt
Olika gasprodukter som produceras av luftseparationsenheter är ofta ventilerade i stora mängder på grund av dalperioden för gasförbrukning. Om de inte kan justeras i tid enligt förändringar i användarens efterfrågan kommer det att leda till en obalans i utbudet och efterfrågan på gasprodukter och orsaka slöseri med resurser. Nedströms förångningsenhet påverkas av faktorer såsom kolkoppning, ugnsvändning och lastjustering, och syreförbrukningen förändras ofta. För att bibehålla stabiliteten i rörledningstrycket ger luftseparationsenheten nr 9 prioritet till den övergripande belastningsförändringen av luftseparationsenheten och belastningsförändringen av Argon -systemet för att uppfylla de ekonomiska driftskraven under den obalanserade syreförbrukningen av huvudlinjenheten. Vid operationen för att förhindra kvävepluggning föll inte produktrenheten och utgången under standarden. På förutsättningen för att möta användarnas behov kan överskottet av flytande produkter också exporteras, vilket förbättrar den oberoende driftsförmågan.
4 Slutsats
Through the application and implementation of a series of optimized operation plans, NEWTEK air separation unit has achieved good results in preventing nitrogen plugging in the argon system, the crude argon tower of the argon system is working normally, the output and purity of oxygen, nitrogen and argon products are guaranteed, and the air separation unit operates smoothly, which has promoted the company's cost reduction, efficiency improvement and high-quality development.
