氩产量偏低的原因分析及对策

定，该段的理论塔板数越多，压力越低（相对挥发度越大），液汽比越小，氩冷凝器蒸发空气入口处上塔内汽液相中的氮含量越低，则氩馏分中的氮含量就越低。增大氧产品、氩产品的流量，增大氩馏分气量等，都会使得该段的液汽比增大。氩冷凝器蒸发空气及未蒸发液空中的氮含量较高，而氩含量较低，较多的蒸发空气及未蒸发液空进入上塔后，会使得氩冷凝器蒸发空气入口处上塔内汽液相中的氮含量增高，并且不利于氩在上塔中下部位置的聚集。

一般来说，采用规整填料上塔且膨胀空气进下塔的内压缩流程，它的氩馏分中的氩含量要比普通的膨胀空气进上塔的空分设备高，而氮含量却可以比后者更低。这其中的原因，我们认为主要就是由于通常采用规整填料上塔的理论塔板数较多，同时膨胀空气进下塔流程的上塔液空进料口以下段的液汽比更小，以及上塔下部的压力更低（即各组分之间的相对挥发度较大）的缘故。 3.2 氩塔工况的调整

对氩塔工况的控制主要是控制氩馏分气量和液氩产品的取出量。一般来说，在氩馏分浓度和液氩产品的取出量一定时，氩馏分气量在一定范围内增大时，则氩塔内的回流比增大，氩纯度会变好（即液氩产品中的氧含量降低）；在氩馏分气量及氩馏分中的氩含量一定时，当增大液氩产品的取出量时，则氩塔回流比减小，液氩产品中的氧含量会有所升高（氩纯度变差）。

另一方面，由于氩馏分气体来自于上塔，而粗氩塔底的回流液体又返回上塔，故对于氩塔工况的调整一定会影响到上塔。具体说来，增大氩馏分气量时，上塔氩馏分抽口以上段的上升气量减少，相对于氧、氩组分来说是低沸点组分的氮就会下移，其结果氩馏分中的氮含量可能会升高；当增大液氩产品的取出量时，由物料平衡很容易知道粗氩塔底返回至上塔的回流液体中的氩含量会降低，这样氩馏分中的氩含量也会降低。由于在上塔下部液汽比不变的情况下，氩馏分中的氩含量越低，则产品氧的纯度就越好，故当增大氩产品的取出量时，氧纯度会升高。

因此，只要能保证氮气不进入氩馏分中，应当在氩塔流通能力所允许的范围内尽量增大氩馏分的气量；在氩产品纯度不超标的前提下，应当尽量增大液氩产品的取出量，这样不仅液氩产量增加，对氧产品的纯度也是十分有利的。 3.3 对两个试验工况数据的分析

在我们更改MPC控制策略和数据前，我们就曾用在DCS上手动控制的方式得到过几个试验工况，表2是其中两个较为典型的运行工况，其中“工况1”是尽量向设计工况靠拢的一个运行工况，而“工况2”是首先确保氧产品纯度和尽量提高液氩产量的一个运行工况。为便于比较，表2中的流量数据也根据空气流量作了适当的放大处理，单位与表1同。

表2 两个典型的运行工况

氩馏分 流量 浓度 0.150000 0.110000 液氩产品 流量 792 806 纯度 1 1.20 氧产品 流量 20010 19996 纯度 污氮气 流量 氧含量 0.000045 0.000050 工况1 工况2 22100 23960 0.997500 13150 0.998200 12950 两个试验工况都可以得到较高的氩提取率，但“工况1”中的氧纯度稍微有点偏低（设计值为0.9980），这可能是由于上塔的氩馏分抽口以下填料段的理论塔板数略欠不足，故在氩馏分中氩含量提高至接近设计指标时，氧产品纯度会降低至设计值以下。而“工况2”通过适当增大氩馏分气量和降低液氩产品的纯度，不仅得到了较高的氩提取率，氧产品纯度也得到了保证，故我们认为“工况2”是较为理想的运行工况，也是现MPC所控制的运行工况。

氩提取率提高后，污氮气中的氧含量明显下降，这意味着氧的提取率也会有所提高。这是因为，当液氩产品的取出量增多后，出上塔的污氮气中的氩含量就减少，而氧和氩的沸点是比较接近的，这样污氮气中的氧含量也会减少。事实上，较高的氩提取率与较低的污氮气含氧量两者之间是相辅相成的，后者既是前者的必然结果，也是前者的必要条件。 3.4 MPC数据更改

以上两个试验工况都是在MPC（模型预测控制系统）不投用的情况下得到的，调整到这样的两个工况需要一定的操作技能。同时，由于污氮气中的含氧量是空分精馏塔工况的稳定因素之一，污氮气中的氧含量下降后，精馏塔系统的稳定性可能会变差，这就要求系统对于出现的各种干扰能及时作出反应，否则就有可能导致氧纯度超标。试验结果只是证明了这套空分设备的氩提取率可以达到90×10-2左右的设计指标，但要想保持这么高的氩提取率，要使得以上的两种试验工况在实际上可行，还必须要有可靠的控制手段来作为保证才行。

扬子20000m3/h空分设备上所使用的MPC（模型预测控制系统），其稳定性是基本值得信赖的，只不过原先它存在两个明显的缺陷，一是当液氩产品的取出量偏小时易引起氧纯度下降，二是氩的提取率偏低。

氧纯度稳定性差的问题，我们认为与原MPC的控制策略有关。Praxair专家于1999年9月份所建立的MPC，它主要利用控制上塔中部的方法来控制氧纯度。但当液氩产品的取出量偏小时，氩将在上塔的下部聚集，而此时上塔中部的氧含量往往并没有什么变化或变化很小，这样MPC不能及时得到氧纯度将要下降的信号，因而也不会有什么相应的调节动作出现，结果往往引起氧纯度突然大幅度降低。在MPC正式开始投用的1999年10月初，至我们修改MPC数据前的2000年8月初的十个月期间内，已有多次因为此原因而引起了氧纯度严重超标，每次氧纯度超标后都有50～100吨的液氧被白白排放掉。

我们在2000年8月初将MPC改为以控制氩馏分中氧含量的方式来控制氧

纯度，较好地解决了氧纯度稳定性差的问题。我们认为，氩馏分中氧含量的高低与上塔底的氧产品纯度之间的关系更为密切，在任何原因引起氧纯度下降前，氩馏分浓度都会首先变化，这样MPC就能及时得到信号，从而及时产生相应的调节动作防止氧纯度降低。在氧产品的纯度得到可靠保证后，我们又修改了MPC内部的一些控制参数，减少了污氮气中的氧氩含量，使得氩提取率比原来增加了60×10-2左右。

半年多来的运行结果证明我们对MPC数据的更改是成功的，不仅氩的提取率明显提高，而且MPC的稳定性甚至比原来更好了，从此氧纯度再也没有超标过。

4 经济效益分析

与原运行工况相比，现工况的氧产品的流量增加了39m3/h，但氧产品的纯度则由0.9990下降至0.9982。本文在作经济效益分析时，认为氧产量增加和氧纯度降低的这两方面的影响因素相互抵消。

现运行工况的氩提取率得到了明显的提高，由表2和表1中的氩产量数据相减可以得出，在空分设备处于满负荷的状态下，液氩产量可增加303m3/h。当空分设备总的制冷量一定时，液氩产量增加后，液氮产量会减少差不多相同的数值。由于液氩产品的价格要比液氮产品贵几倍，同时液氩产品在当前的气体市场上供不应求，而我车间的液氮产品实际上销售困难只好经常排放，故增加液氩产量减少液氮产量的结果总是合算的。

(3.0?0.8)?303?0.95?24?350?5319468元/年现我厂生产的液氩产品的出厂价约为3.0元/m3，而液氮产品销售价格约为0.8元/m3。如果空分设备按每年运行350天、平均负荷按满负荷的95×10-2计算，则工况调整后的一年的经济效益为：

即一年可创经济效益500多万元。 参考文献：