制氩技术

在制氧机生产过程中，氩馏份是制取粗氩的原料气。氩馏份由Ar、O2和N2三种气体组成。氩在上塔的分布是有

规律的。在上塔的提馏段（液空进料口以下）将形成一个氩富集区，最高氩含量约可达到15%，既然它是制取粗

氩的原料气，那么氩含量应该越高越好。但是，氩馏份中Ar含量增高的同时，N2含量也会增高；而N2含量的增高

，会破坏粗氩塔的正常工作。所以，必须控制好它的成分组成。根据设计计算，氩馏份的最佳组成是Ar：9％～10

％；O2：90％上下；N2≤0.06％。
4、粗氩塔的工作原理
   粗氩塔实际上是一个分离氧、氩的精馏塔。由于氧、氩的沸点接近，分离较困难，氩馏中约有三分之二的氩被洗

涤下来，同时，氩馏分从下部进入，底部液体中含氩量很高，它又回到上塔参于精馏，因此氩馏分只有一小部分作

为粗氩产品，氩馏分量需为粗氩量的30~35倍，说明粗氩的氩提取率很低。另外，氧、氩的挥发度均接近于1。因

此分离氧、氩的需要的塔板数很多，粗氩塔的工作阻力较高。例如筛板粗氩塔的阴力为16~20KPa；规整填料粗氩

塔的阻力约为15Kpa。因此粗氩塔精馏工况是否正常对氩的产量和纯度影响很大。
5、粗氩冷凝器
   粗氩冷凝器与主冷凝蒸发器比较，在结构上有相似之处。只是粗氩冷凝器侧的介质是液空，冷凝侧的介质是粗氩

一。粗氩获得冷量被冷凝，同时液空被蒸发。在蒸发侧的液空，是以一定的循环倍率在其通道内流动，即在通道内

有大量液空在循环流动，加热汽化的只占小部分。如图所示。一般情况下，液空循环量与汽化量在7～10倍。循环

倍率越大，传热强度就越大，粗氩冷凝器的热负荷就越大，反映在粗氩塔上，就会使粗氩塔阻力升高。在冷凝器结

构一定的情况下，循环倍率主要受粗氩冷凝器的温差和液空液位两个因素的影响。液空在蒸发通道内受冷凝侧粗氩

气的加热，液空得到热量，温度升高并部分汽化，使其比重变小。这样，通道内压力小于通道进口处的压力，使液

空在通道内向上流动。所以业氩冷凝器的温差是产生循环倍率的前提，没有温差，液空就不会自动循环。而粗氩冷

凝器的温差，主要由液空的组分、蒸发测的压力决定的，当然还液空液位的影响，粗氩冷凝器蒸发侧的液空组分在

60～70%O2的范围内，在一定的压力下，不同的含氧量就会有不同的蒸发温度。影响液空的含氧量主要有两个因

素：一个是下塔液空的含氧量，下塔液空含　氧量越高，蒸发侧的液空含氧量也就越高，使冷凝器的蒸发温度升高

，平均温差减小；另一个是液空回流量的大小，在产品设计时一般已考虑了取液空的总量的2～10%作为回流液空

量。一般情况下，这个百分比每增加一个百分点，会使液空中的含氧量减小0.3～0.4%个百分点，相应地使蒸发

侧的温度降低，从而达到扩大冷凝器温差的目的。液空蒸发侧压力对冷凝器蒸发温度的影响，一般情况下，蒸发侧

的压力越低，越利于提高冷凝器的温差。但蒸发侧的压力不是随意可以降低的，它是受到粗氩冷凝器液空蒸汽回到

上塔相应截面的压力所约束，也即是一一对应的。然而在有限范围内适当调高蒸发侧压力倒是可以的，那就是有的

用户要求粗氩塔设计时应考虑较大幅度减负荷运行工艺美术品时才适当提高液空蒸发侧的压力，以减小冷凝器的温

差，达到减负荷的目的。在这种情况下，就必须大液空蒸汽返回上塔的管线上加只控制阀，才得以实现。为了使液

空在板翅式换热器液空测通道内以一定的倍率循环流动，在保证与冷凝器冷凝侧　一定温差的前提下，还必须保持

有一定的液空液位。由于这个液位的存在，使蒸发侧底部有一定的压力P2，以克服液空在板式翅片内流动时的阻

力。一般情况下，随着液空液位的提高，液位底部的压力P2也会逐渐提高，液空流动加快使循环倍率提高，达到

强化冷凝器传热的目的，有利于粗氩冷凝器热负荷的提高。但当液位提高一定高度以后，由于P2压力的提高，液

空底部的饱和温度升高，使蒸发侧的平均温度升高，缩小了粗氩冷凝器的平均温差。这样，不但没有使粗氩冷凝器

的热负荷提高，反面使其下降，严重时还会使粗氩塔的工况受到破坏。
6、氩馏分含氮量变化与“氮塞”
(1)上塔氩馏分抽口位置设计偏高，氩馏分含氮量居高不下。这是属于设计问题，由于调整上塔操作工况，降底氩

馏分含氮量的能力是有限的，只有对上塔进行局部改造，如在氩馏分抽口以上段增设数块塔板，以降低氩馏分抽口

位置的相对高度，才有可能降低馏分含氮量；
(2)上塔操作压力大幅度下降，会导致氩馏分中的氩和氮组分急促升高，主要表现在分子筛吸附器升压的10-20分

钟时间内。由于均压阀的自动打开，使正在工作中的吸附器中的空气充入再生的吸附器中，使进塔的空气量要减少

8-9%而造成上塔操作压力下降。为了将吸附器在升压阶段造成空气量的波动范围降到最低限度，2#空分采取的

措施是:均压阀实行分层控制，即缓慢开启，直至全开；在吸附器进入升压阶段前，空压机导叶自动开大，以增加

排气量求得平衡供气。
(3)进上塔的膨胀空气量过多，导致膨胀空气进口以上段塔板的回流比减少，组分的分离能力减弱，使氩馏分含氩

量降低，含氮量升高，这时候会适当打开旁通阀，使一部分膨胀空气排入污氮管路中。减少进上塔的膨胀空气量，

不等于一定会影响氧气产量。部分膨胀空气量旁通掉，虽然这部分空气中氧和氩要损失掉，但是由于上塔膨胀空气

进口以上段塔板的精馏效果得以充分发挥，使污氮纯度**提高，对氧和氩的提取率不会受到影响。
(4)产品氧气取出量过大，氧纯度过低，使得上塔的富氩区严重下移，是造成氩馏分含氮量过高的常见原因，因此

只有通过关小送氧阀，提高氧纯度，氩馏分含氮量才会恢复正常。
粗氩塔“氮塞”的直接原因是上塔氩馏份含氮量超过所致，一般含氮量不应超过0.1%。这是因为粗氩塔中是进行氧

、氩分离、氩馏份中的氧在上升过程中绝大部分都被冷凝下来，而低沸点氮组分是不冷凝的，而且全部留在粗氩中

，使粗氩中的含氮量比氩馏份中的含氮量大几十倍。一般会出现轻度氮塞、严重氮塞和粗氩塔无法启动三种情况。

粗氩中的含氩量从98%下降至95%。含氧量从1~2PPm，上升至3~5 PPm，而粗氩塔基本还能工作，经过1~2

小时的工况调整，工况会自然恢复正常，属于粗氩塔的轻度氮塞工况；粗氩塔的操作阻力突然下降，粗氩中的氩分

析仪和氧分析仪的指示值均超出仪表的检测量程，粗氩塔的精馏工况被破坏后，需经3~4小时调整后工况才能恢复

正常，这属于严重的氮塞工况；粗氩塔第一次投产后，其阻力就无法建立，属于无法工作工况。当然我还未出现这

种情况。

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