魏春晓
新疆庆华能源集团有限公司 新疆 伊宁，835100
摘要:一直以来，我们都认为，下塔液空中的氧纯度受进塔空气中氧浓度(20.9%)的限制，总要比他的平衡浓度低一些。例如:当下塔压力为0.55MPa时，与含氧量20.9%的气相平衡的液体中氧浓度为40.8%，而实际液空中氧浓度应低于这个值。在目前下塔压力458kPa的工况下，其液空中氧纯度的理论上限就在40%(体积分数)左右，即便超标也不会超出太多。而2019年2.20日的两次分析均超出上限达到51.0%、61.0%，而当日其余中控馏出口指标均正常。那么，如果分析是准确的，液空氧纯度范围是如何确定的就值得深入研究。
关键词:空分装置;双级精馏塔;下塔液空氧纯度;气液相平衡;工艺优化
1液空中氧纯度因素影响
空分装置下塔液空氧纯度AE－1指标为37.0%～40.0%(体积分数)，为装置重要指标，它的好坏会直接影响上塔产品氧气的纯度。本文对空分装置液空氧纯度范围的确定和纯度超标的可能性进行了研究。通过不同条件的相平衡核算，明确了下塔液空氧纯度的理论范围为35.19%～40.64%，肯定了分析的准确性、找到了纯度超标的可能性。同时，提出相应的防范措施，有效防止正常生产时液空氧纯度超标情况的发生。对于采用双级精馏塔的空分装置而言，下塔塔釜的液空是来自下塔第一块塔板流下的液体。
下塔液空作为整个精馏系统的塔釜液，它的纯度能反应下塔的精馏工况。同时，液空回流液通过LCV－1阀送入上塔参与精馏，将直接影响上塔提馏段的回流比，进而影响产品氧气纯度和主冷液氧液面。可见，下塔液空纯度的高低对于整个空分装置而言有着重要的意义。影响下塔液空氧纯度的因素有三种:下塔压力、装置冷损、下塔回流比。下塔压力决定了氧、氮气的沸点和平衡浓度，
压力越高，沸点越高。相应的平衡浓度越低，液空中氧含量也随之降低。当装置正常生产时，主冷液面、液空液面均能稳定，膨胀空气量也可保持不变，进下塔空气温度TI－6可保持在－172.4℃(含湿量一定)，说明装置的冷损不变，维持在一个稳定的状态。同时，下塔压力PI－1在458kPa保持稳定，下塔顶部的液氮回流阀V－6一般也保持固定开度(85%)，去上塔的液氮节流阀HV－1也保持固定开度，说明下塔回流比和下塔压力也保持一定。可见，当装置正常生产时，下塔压力、装置冷损、下塔回流比均保持稳定，下塔液空氧纯度是在这一稳定工况下仅与温度、压力有关的函数，用计算的方法可以算出液空氧纯度的范围。
2液空中氧纯度确定范围
由于，液空液氧纯度是仅与压力和温度有关的函数，整个下塔可视为氧－氮双组分理想物系的汽液相平衡。在一定压力温度下，汽液平衡时，一定的液相浓度对应固有的气相浓度值。所以，可以分别利用泡点方程及露点方程分别求出液空氧纯度的上、下限。
2.1液空氧纯度范围设置合理性
4#空分装置液空中氧纯度指标AE－1范围为:37.0%～40.0%，而计算出的范围为35.19%～68.43%，对照4#空分装置使用说明书查得液空中氧纯度原始指标为大于37.0%即可，并未设置指标上限。在实际生产中，由于受到平衡浓度的限制，液空中氧纯度的实际值应低于40.64%而高于35.19%，即:35.19%～40.64%。可见，通过计算得出的液空中氧纯度范围与装置实际设定范围基本相吻合。设定值下限稍高于计算值是考虑了上塔氧气纯度的原因，液空纯度高一些，相应氧气纯度也高一些，有利于生产。所以，液空中氧纯度指标AE－1的指标范围设定为37.0%～40.0%是合理的。
2.2确定当前工况下液空氧纯度上限
经过换热后液空中氧纯度肯定比35.19%要高。那么通过泡点方程就可以算出液空氧纯度的上限。装置工况如下:下塔压力PI－1:458kPa;空气进下塔温度TI－6:－172.4℃;空气中氧含量为20.9%(体积分数)。在当前工况下，液相中氧纯度的上限x氧为68.43%，而与其平衡的气相中氧纯度上限y氧则为40.64%。当下塔压力为 458 kPa，温度为－ 172. 4 ℃时，与含氧 20. 9%的空气相平衡的液空中的氧纯度为 35. 19%。而且当空气进入下塔后，不会直接转变为液态空气，需要与下 塔底部第一块塔板上的液体进行换热，大部分氮组分因沸点较 低而气化上升，大部分氧组分因沸点较高而液化下降，也就是 说实际液空纯度应大于 35. 19%，这就是当前工况下的液空氧纯度的理论下限。
3探讨质检分析数据合理正确程度
既然指标范围是合理的，那么，液空中氧纯度是否有超过指标上限40%的可能。质检采用的液空中氧纯度的分析方法为GB/T3863－2008工业氧国家标准(铜氨液吸收法)，同时，采用GC－2010型气相色谱分析仪数据做对照。2.10日两次分析均作了比对并留样，数据相一致且误差在规定范围内，我们可以认为质检分析是正确的，液空氧纯度AE－1的确达到了61%、51%。之前通过计算，我们得出了在4#空分当前工况下的液空氧纯度范围，其中，液相中的氧纯度上限是68.43%，而平衡气相上限是40.64%。取样时，一般取气体样。假设，如果在取样时取出了液体或气液夹带，那么分析数据就很有可能超过40%，处在40%～68.43%，这一范围内。
同时，2.20日期间，装置下塔液空排放阀有一定程度的泄漏，而取样管线刚好在阀门前，且距离较近(图1)。这样，造成液空从此处不断气化泄漏，而取样小阀是关闭的，在取样时，打开小阀稍加排放就有可能造成气液夹带，最终造成分析数据偏高。
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图2现场位置
4解决办法及改进措施
4.1解决办法
得出分析数据偏高的原因后，目前采取了以下措施，在大检修时消除阀门漏点，同时，取样时保证充分排放，防止气液夹带，采取此方法后液空中氧纯度AE－1均分析正常。
4.2改进措施
询问厂家技术人员后得知，当前工况下液空氧纯度的上限即为40%，与理论计算相符。当分析数据超过40%应没有参考意义，此时应对照其他参数查找原因再次取样分析。同时调节时应以调节下塔液氮回流阀为主，去上塔液氮节流阀对液空纯度影响不大。此外，质检还可以考虑佩戴高含量便携式氧分析仪(HGAS－OEB型)，可以直接测算被测气体中10%～99.99%的氧浓度值，不仅可以用在液空中氧含量的测定上，还可用在产品氧气的测定上。HGAS－OEB便携式氧分析仪采用离子流氧传感器为测量单元，测定工业氧的纯度，相对于标准法(汉氏氧分析仪)，有分析自动化程度高和操作简便化的特点。为减少了因超标而频繁加样的来回奔波，提高了时效性，对于质检和生产装置来说都是利大于弊的。
5结 论
通过计算确定了液空中氧纯度的范围、找到了纯度超标的可能性。在今后的生产中，若AE－1分析再次超标，应及时查找工艺自身原因，对照其他馏出口纯度是否发生变化。不可盲目认为液空纯度不能超过40%，并配合质检分析加样，避免正常生产时液空氧纯度超标情况的发生。
参考文献
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