El flujo de proceso general de la Unidad de Separación de Aire del Grupo Newtek 40000M/H explica el impacto del tapón de nitrógeno en el sistema de argón de la unidad de separación de aire en los procesos aguas arriba y aguas abajo, analiza la causa raíz de la enchufación de nitrógeno en el sistema de argón, formula medidas preventivas correspondientes y optimiza el proceso de operación para garantizar la salida y la pureza de la unidad de separación de aire.
Palabras clave:Unidad de separación de aire; tapón de nitrógeno; Optimización del proceso de operación
Contenido
1. ¿Qué es el tapón de nitrógeno?
2.1 Análisis de las causas de las medidas de tapón y tratamiento de nitrógeno
2.2 Efecto del enchufe de nitrógeno
2.3 Medidas de tratamiento después de un tapón de nitrógeno
3.Optimización del proceso de operación para evitar tapones de nitrógeno
1. ¿Qué es el tapón de nitrógeno?
El enchufo de nitrógeno es una falla común en los sistemas de argón. En el crudo condensador de la Torre Argón del sistema de argón, debido al contenido excesivo de nitrógeno en la fracción de argón crudo, una gran cantidad de nitrógeno entrará en el crudo condensador de argón a través de la torre de refuerzo junto con la fracción de argón crudo. Dado que la diferencia de temperatura de transferencia de calor del crudo condensador de argón se diseña de acuerdo con el contenido de la fracción de argón crudo, si una gran cantidad de nitrógeno que ingresa al condensador de argón crudo no puede condensarse, no se puede condensar gradualmente en el condensador de argón crudo, causando que la diferencia de temperatura de calor de calor del condensador de argón crudo se vuelva más pequeño y menor, hasta que no ocurra un intercambio de calor. La torre de refuerzo no puede lavar la fracción de argón crudo sin argón líquido crudo como líquido de reflujo, y el líquido de reflujo de fracción de argón que regresa a la torre de destilación disminuirá, y la extracción de la fracción de argón también disminuirá. El aumento del flujo de gas en la torre de argón crudo disminuirá, lo que eventualmente conducirá a fugas de líquido en la placa de la torre, el deterioro de la condición de destilación de la torre de argón crudo y la formación de tapón de nitrógeno.
40000 m/h de tamiz molecular de la chaqueta de proceso completo Proceso de compresión Unidad de separación de aire fabricada por Newtek. La unidad está diseñada para producir 40000 m3/h de oxígeno, 80000 m3/h de nitrógeno y 1500 m3/h de argón. Actualmente es una de las unidades de suministro de oxígeno más grandes de la compañía, que representa el 17% de la capacidad total. Es principalmente responsable del suministro de fuentes de gas para la creación de hierro, la creación de acero, el rodamiento de acero y otros sistemas de energía.
El 22 de mayo de 2023, la unidad de separación de aire tenía un enchufe de nitrógeno en el sistema de argón. El contenido de argón del gas argón en la salida de la torre de argón crudo fue inferior al 92%, y el caudal de fracción de argón disminuyó del 31000 m3/h original a 13 000 m3/h. Después de que ocurrió la falla, el operador evitó efectivamente las fluctuaciones en la pureza del oxígeno y el nitrógeno al reducir la cantidad de oxígeno (de 40000 m/h a 36000 m3/h), controlando manualmente la válvula para que el aire líquido ingrese el condensador de argón crudo (para evitar grandes fluctuaciones en la tasa de flujo de fracción de argón), y abre la válvula de ventro de crudo.
A las 15:10 del 30 de junio de 2023, la tabla de análisis de contenido de argón en la salida de la torre cruda Argón II de la unidad de separación de aire No. 9 monitoreó que la pureza del argón crudo comenzó a caer del 98.6%, y cayó al 97.06% a las 15:38. A las 16:12, el personal de servicio ajustaba la pureza del argón crudo a la pureza normal (por encima del 98.7%) a través de la operación. La razón principal de la tapadería de nitrógeno esta vez: la fracción de argón se controló al 11%~ 12%, y la fracción de argón controlada fue alta y duró mucho tiempo. El tasa de flujo de argón crudo de 1550 m/h es rara, y debe controlarse alrededor de 1600 m/h. El nivel de aire líquido del crudo condensador de argón es de 298 mm, y el condensador tiene una gran capacidad de enfriamiento, lo que hace que la velocidad de flujo de la fracción de argón aumente, pero el caudal de argón crudo no cambia. El componente de nitrógeno en la fracción de argón se acumula en el crudo condensador de argón hasta que el condensador de argón crudo no puede funcionar normalmente, y se produce un tapón de nitrógeno. En respuesta a estas dos fallas, los técnicos consideraron si es posible controlar de manera efectiva el contenido de nitrógeno que ingresa a la torre de argón crudo a través de operaciones optimizadas para evitar la aparición de nitrógeno que enchufa la torre de argón crudo. Sin embargo, después de buscar en la literatura doméstica relevante, la mayoría de ellos se introducen en las operaciones después de un tapón de nitrógeno, y hay pocos estudios sobre la prevención del tapón de nitrógeno. Por lo tanto, es necesario realizar investigaciones sobre este trabajo.
2. Flujo de proceso
Después de que el aire crudo pasa a través de un filtro de aire de autolimpieza para eliminar el polvo y las impurezas mecánicas, se comprime a aproximadamente 0. 48MPA por la máquina integrada, lavada y enfriada por el sistema de enfriamiento previo, y luego ingresa al sistema de purificación para eliminar las impurezas remitentes (H2O, CO2, N2O e hidrocarburos, etc.) en el aire para eliminar las impurezas restantes (H2O, CO2, N2O e hidrocarburos, etc.) en el aire. Luego, el aire se divide en dos caminos, uno ingresa al intercambiador de calor principal y entra en la torre inferior después del intercambio de calor con el nitrógeno sucio reflujo, nitrógeno puro, oxígeno y argón líquido; El otro ingresa a la torre superior después de la expansión y la refrigeración por el expansor. Después de la transferencia de masa continua y la transferencia de calor, se genera oxígeno líquido puro en la parte inferior de la torre superior y se genera nitrógeno de gas en la parte superior.
Una corriente de gas de fracción de argón se extrae de una posición apropiada en la parte inferior de la torre superior y se envía a la torre de argón I crudo para destilación para reducir su contenido de oxígeno, y luego el gas dibujado de la parte superior de la cruda Argón I Torre se envía a la cruda Torre Argón II para una profunda separación de argumento y oxígeno. La parte superior de la cruda Tower II está equipada con un evaporador de condensador, que utiliza el aire líquido extraído del subenfriador como fuente de frío. La mayor parte del crudo gas argón puede usarse como el líquido de reflujo de la torre de argón crudo después de ser condensado por el evaporador del condensador. La parte restante está destilada por la cruda Torre de Argón II. El crudo gas argón con un contenido de oxígeno de<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.
El oxígeno se usa como combustión enriquecida con oxígeno en calzoncillos y oxígeno para la fundición del convertidor; El nitrógeno se usa como fuente de gas de potencia del instrumento y gas protector, y también se usa para las salpicaduras del convertidor, etc.; El argón se usa principalmente para fundir variedades de acero de alta demanda. Los productos líquidos se exportan de acuerdo con las condiciones del mercado.
Figura 1 Diagrama de flujo de proceso simplificado del sistema de argón de la unidad de separación de aire
2.1 Análisis de las causas de las medidas de tapón y tratamiento de nitrógeno
La cruda Torre Argon se divide en la torre de argón cruda I y la torre de argón crudo II. La torre de argón crudo I es para la separación preliminar de oxígeno y argón, y la torre de argón crudo II es para la separación final de oxígeno y argón. El diagrama de flujo del proceso del sistema de argón se muestra en la Figura 1. La mayoría de los componentes de oxígeno en la fracción de argón gaseoso se condensarán durante el proceso ascendente, mientras que los componentes de nitrógeno de bajo hazmento no se condensarán y todos permanecerán en el crudo del argón del argón del argón. Si el contenido de nitrógeno en la fracción de argón es demasiado alto, el enchufe de nitrógeno se producirá en el sistema de argón. Cuando se produce un tapón de nitrógeno, la válvula de descarga en el lado de condensación del condensador de torre de argón crudo debe abrirse a tiempo para descargar los componentes de nitrógeno acumulados en el lado de condensación en el tiempo. Si se trata de un ligero tapón de nitrógeno, esta operación puede restaurar rápidamente la torre de argón crudo a la normalidad.
2.2 Efecto del enchufe de nitrógeno
Primero, cuando aumenta el contenido de nitrógeno en el crudo condensador de la Torre Argón II, la diferencia de temperatura de intercambio de calor en el condensador de torre crudo Argón II disminuirá, la carga de calor disminuirá, la evaporación del aire líquido también disminuirá y la cantidad de aire líquido que ingrese al crudo Condensador de la Torre Argón II también disminuirá. La válvula de entrada de aire líquido de la torre argón II del crudo se cerrará, lo que dará como resultado un aumento en la cantidad de aire líquido en la torre inferior, un aumento en la cantidad de aire líquido que va a la torre superior y se abrirá la válvula del acelerador de aire líquido de la torre superior. La relación de reflujo de la torre superior de la torre de fraccionamiento aumentará, y la pureza del oxígeno del producto disminuirá.
En segundo lugar, la cantidad de argón crudo condensado en la torre de argón II crudo disminuirá, la presión en la torre aumentará, la resistencia disminuirá y la cantidad de fracción de argón extraída de la torre superior de la torre de fraccionamiento disminuirá, aumentando así el volumen de gases de gas por encima del puerto de extracción de argón de la torre de la fracción de argón de la torre superior de la torre de la torre de la torre, reduciendo la torre de la torre, reduciendo la torre de la torre de la torre de la torre de la torre de la torre, reduciendo la torre de la torre de la torre de la torre de la torre de la torre de la torre, reduciendo la torre de la torre de la torre de la torre del producto.
Finalmente, dado que la torre cruda Argón II no puede funcionar normalmente y el efecto de intercambio de calor se deteriora, el flujo de fracción de argón que ingresa al sistema de argón disminuirá gradualmente hasta que alcanza cero, y el sistema de argón refinado saldrá de operación, lo que provocará que el argón líquido del producto disminuya o deje de producir. En casos severos, también causará anormalidades en el sistema de argón crudo y las fluctuaciones en las condiciones de funcionamiento de la torre de destilación, afectando la pureza y la producción del oxígeno y nitrógeno del producto.
2.3 Medidas de tratamiento después de un tapón de nitrógeno
Existen tres métodos de tratamiento principales para el tapón de nitrógeno causados por diferentes razones.
1) Reduzca el volumen de extracción de oxígeno a 34, 000 ~ 37, 000 M3/H, luego reduzca la apertura de la válvula reguladora de la entrada de aire líquido del condensador de la torre de argón de argón crudo de argón. En este momento, el tamaño de apertura de cada válvula de proceso está determinado por el grado de tapón de nitrógeno, y se debe prestar atención a la pureza del nitrógeno del producto. Si la calidad del nitrógeno no cumple con los requisitos, debe retirarse de la red de tuberías de nitrógeno, y luego el sistema líquido se inicia a suplementar de acuerdo con la producción de línea principal y el equilibrio de la red de tuberías de nitrógeno. Después de que el sistema de argón vuelve a la normalidad, se ajusta la calidad del nitrógeno.
2) Controle la pureza del aire líquido ajustando la abertura de la válvula del acelerador de nitrógeno líquido de la torre superior. Si la pureza del aire líquido es demasiado baja, significa que la relación de reflujo de la torre inferior de la torre de fraccionamiento aumenta, y la cantidad de nitrógeno líquido que fluye aguas abajo es demasiado. Es necesario abrir la válvula de acelerador de nitrógeno líquido de la torre superior para enviar nitrógeno líquido excesivo a la torre superior o tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido, reducir la relación de reflujo de la torre inferior y aumentar la pureza del aire líquido. Después de que aumenta la pureza del aire líquido, debido a la disminución del componente de nitrógeno en el aire líquido, la carga de calor del condensador de la torre argón II crudo disminuye en el mismo nivel de aire líquido. Por lo tanto, es necesario abrir la apertura de la válvula de entrada de aire líquido del condensador de la Torre Argón II crudo para garantizar la extracción del flujo de fracción de argón.
3) Al reducir el nivel de aire líquido del crudo condensador de la Torre Argón II y reducir la carga de calor del condensador de la Torre Argón II crudo, es posible controlar la cantidad de extracción de fracción de argón y reducir el contenido de componente de nitrógeno que ingresa a la torre de argón crudo. El aumento adecuado de la cantidad de flujo de argón crudo puede hacer que el contenido de componente de nitrógeno en la torre de argón crudo se elimine más, reduciendo así la acumulación del contenido de nitrógeno en la torre de argón crudo. Reducir la cantidad de oxígeno sacado y aumentar la cantidad de nitrógeno sacado puede mover el área rica en argón de la torre principal hacia arriba, reducir el contenido del componente de argón en la fracción de argón y reducir el contenido del componente de nitrógeno.
A partir del análisis anterior, se puede ver que la razón principal por la que se conecta de nitrógeno en la torre de argón crudo es que el contenido del componente de nitrógeno en la fracción de argón que ingresa a la torre de argón crudo aumenta, lo que provoca la diferencia de temperatura del crudo condensador de la torre de argón II para disminuir, y la carga de calor para reducir hasta que no puede funcionar. Por lo tanto, reducir el contenido de nitrógeno que ingresa al condensador es la clave técnica para mejorar este problema.
3 Optimización del proceso de operación para evitar tapones de nitrógeno
La unidad de separación de aire No. 9 monitorea indirectamente el contenido de nitrógeno en el gas argón crudo al monitorear el contenido de argón en el gas de argón crudo y guía al personal para operar. La forma principal de esta gran unidad de separación de aire para evitar que se conecten nitrógeno en la torre de argón crudo es ajustar la apertura de la válvula reguladora de la entrada de aire líquido de la cruda condensadora de la torre de argón II de acuerdo con el contenido de argón en la fracción de argón, de modo que la tasa de flujo de fracción de la fracción de argón y la cantidad de argón crudo coinciden.
Los parámetros de trabajo para prevenir el tapón de nitrógeno en la torre de argón crudo se muestran en la Tabla 1.
| Tabla 1 Parámetros operativos para prevenir el tapón de nitrógeno en la torre de argón crudo | |||
| Argon fracción contenido de argón/% | Apertura de la válvula de regulación de aire líquido/% | Caudal de fracción de argón/m³ | Volumen de argón crudo/(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 Método de operación
1) En la operación diaria, si el contenido de argón en la fracción de argón excede el rango de referencia, primero ajuste la apertura de la válvula del acelerador de aire líquido de la torre inferior para aumentar la relación de reflujo de la torre superior, y la velocidad de flujo de la fracción de argón será menor que el valor de referencia. En segundo lugar, ajuste la cantidad de argón crudo para que sea mayor que el valor de referencia. Si la apertura de la válvula del acelerador de aire líquido de la torre inferior excede el rango de referencia, puede ajustar el nivel de aire líquido del condensador de la torre de argón II crudo para devolver la apertura de la válvula de entrada de aire líquido del condensador de la torre de Argón II crudo al rango de referencia normal. Si la cantidad de argón crudo excede el rango de referencia, ajuste la cantidad de argón crudo que ingresa al Licor para devolver la cantidad de argón crudo al rango de referencia normal.
2) Para evitar la extracción excesiva de oxígeno del producto, se puede agregar un valor de alarma de límite superior a la extracción de oxígeno del producto en el sistema DCS. Este valor se puede aumentar en 1000m3/h en función del valor operativo de la salida de oxígeno del producto de acuerdo con las condiciones de trabajo del cambio. Cuando el sistema se alarma, el operador debe determinar la causa del exceso de límite en función de las condiciones de trabajo, restaurar la salida del oxígeno del producto al valor original en el tiempo y reducir adecuadamente la apertura de la válvula de entrada de aire líquido del crudo condensador de la torre de Argón II. Después de que la fracción de argón sea normal, ajuste la abertura de la válvula de entrada de aire líquido del condensador de la Torre Argón II crudo al valor de referencia.
3) Cuando la pureza del aire líquido es demasiado baja, es necesario aumentar la abertura de la válvula de acelerador de nitrógeno líquido de la torre superior, ajustar la pureza del aire líquido, reducir apropiadamente la apertura de la válvula de entrada de aire líquido de la torre de la torre argón II de la torre de argón, estabilizar la velocidad de flujo de la fracción de fracción de referencia y reducir la fluctuación de carga del sistema de argón de argón.
4) En comparación con las operaciones anteriores, la operación de carga variable es más complicada. En términos generales, el sistema Expander, el sistema principal de intercambiadores de calor, el sistema de torres de fraccionamiento y el sistema de argón diseñado para la operación de carga variable de la unidad de separación de aire son en su mayoría condiciones de trabajo de oxígeno líquido, lo que requiere aumentar el volumen de expansión, aumentar la capacidad de enfriamiento de la unidad de separación de aire y converger el exceso de productos gaseosos en productos líquidos, pero este proceso causará cambios en múltiples parámetros. El factor clave que afecta la operación de reducción de carga es la válvula de acelerador de nitrógeno líquido de la torre superior, que es una válvula de precisión utilizada para ajustar el líquido aguas abajo de la torre superior, y también puede usar el efecto de estrangulamiento para la refrigeración. Los accesorios de la válvula, incluido el cuerpo de la válvula y el actuador, se importan, especialmente el posicionador en el actuador es un componente clave, y su apertura afecta directamente la condición de trabajo de la torre principal, y luego afecta la pureza de cada producto medio. Dado que la válvula del acelerador de nitrógeno líquido de la torre superior se encuentra cerca de la parte superior de la torre superior, se vaporiza parte del nitrógeno líquido que pasa a través de la válvula del acelerador, reduciendo aún más la temperatura del nitrógeno y proporciona parte de la capacidad de enfriamiento. Por lo tanto, la válvula del acelerador de nitrógeno líquido de la torre superior debe establecerse como una válvula de alta sensibilidad. Cuando cambia de condiciones de trabajo estables a otras condiciones de trabajo, el monto del ajuste de apertura no debe exceder 0. 2 grados cada vez. Si el ajuste de la válvula excede 0. 2 grados, la pureza de nitrógeno se deteriorará. A medida que disminuye el nitrógeno líquido que va a la torre superior, aumentará el reflujo de nitrógeno líquido a la torre inferior. Además, el contenido de humedad del aire en la torre inferior es grande, y la pureza del aire líquido aumentará. Para garantizar la operación estable del sistema de argón, la apertura de la válvula de entrada de aire líquido de la torre de Argón II del crudo debe ajustarse para que sea ligeramente menor que el valor de referencia. A medida que aumenta la salida de oxígeno líquido, la salida de otros medios de productos disminuirá.
3.2 Efecto de aplicación
Varios productos de gas producidos por las unidades de separación de aire a menudo se ventilan en grandes cantidades debido al período del valle del consumo de gas. Si no pueden ajustarse a tiempo según los cambios en la demanda del usuario, conducirá a un desequilibrio en la oferta y la demanda de productos de gas y causará un desperdicio de recursos. La unidad de vaporización aguas abajo se ve afectada por factores como el cambio de tipo de carbón, la inversión del horno y el ajuste de la carga, y el consumo de oxígeno a menudo cambia. Para mantener la estabilidad de la presión de la tubería, la unidad de separación de aire No. 9 da prioridad al cambio general de carga de la unidad de separación de aire y la operación de cambio de carga del sistema de argón para cumplir con los requisitos de operación económica bajo el consumo de oxígeno desequilibrado de la unidad de línea principal. En la operación para evitar el tapón de nitrógeno, la pureza y la salida del producto no cayeron por debajo del estándar. Según la premisa de satisfacer las necesidades del usuario, el exceso de productos líquidos también se puede exportar, lo que mejora la capacidad de operación independiente.
4 conclusión
A través de la aplicación e implementación de una serie de planes de operación optimizados, Newtek Air Separation Unit ha logrado buenos resultados en la prevención de un tapón de nitrógeno en el sistema de argón, la torre de argón crudo del sistema de argón está funcionando normalmente, la producción y la pureza de los productos de oxígeno, nitrógeno y argón están garantizados, y las operaciones de la separación de la unidad de aire y las altas operaciones.
