鞍钢新钢铁公司氧气厂引进的第一台采用法液
空技术的35000m。／h空分设备，由液空(杭州)有
限公司设计、配套，采用分子筛净化、增压膨胀和
全精馏无氢制氩的内压缩流程，DCS系统控制，于
2003年4月投产运行。投产以后，多次出现粗氩
塔氮塞故障，不仅影响氩气生产，对氧气的生产也
造成一定的影响。所以需要对粗氩塔氮塞的原因进
行分析，找出解决方法，保证空分设备稳定运行。
1 空分设备流程和性能参数
35000m。／h空分设备流程如图1所示。其技术
性能参数见表1。
2 粗氩塔氮塞的原因及处理方法
氩馏分的氧含量可以通过入塔空气量进行调
节，根据氩馏分氧含量变化，通过PID参数调节调
整进塔空气量。氩馏分氧含量高时，进塔空气量减
少；氩馏分氧含量低时，进塔空气量增加。在正常
工况下，氩馏分氧含量设定值为91．8％ 。若氩馏
分氧含量低于91％ ，粗氩塔就会出现轻微氮塞；
氩馏分氧含量低于90％ ，粗氩塔就会出现严重氮
塞。发生氮塞的原因主要有以下几个方面：① 产品
氧气量波动大；② 分子筛纯化系统切换；③液氮泵
故障停车；④产品氩产量波动大；⑤ 粗氩塔液空蒸
气量过大。
2．1 产品氧气量波动大
2．1．1 引起粗氩塔氮塞的机理
内压缩流程空分设备氧气取出量大时，对氩馏
分氧含量的影响机理与外压缩流程不同。在内压缩
表1 35000rn3／h空分设备技术性能参数
产品 参数 参数值
流量／(m ／h) 35o()0
氧气 冷箱出口压力／MPa 1．5
纯度／％ ≥99．6
流量／(m ／h) 20O00
中压 冷箱出
口压力／MPa 1．5
氮气
纯度／10 ≤lO
流量／(m ／h) 20O00
低压
氮压机出口压力／MPa O．7
氮气
纯度／10 50
流量／ (m ／h) 5o0
液氧 冷箱出口压力 可进入贮槽
纯度／％02 ≥99．6
流量／ (m3／h) 5o0
液氮 冷箱出口压力 可进入贮槽
纯度／10 02 ≤lO
流量／ (m ／h) l2o0
液氩 冷箱出口压力 可进入贮槽
纯度 ≤1 x 10一，N2≤2x 10一
流程中，氧气取出量大，先是导致主换热器中部温
度和冷端正流空气温度降低，使进入下塔的空气含
湿量大，下塔液空纯度稍降低。由于中部温度由高
压空气量通过PID调节自动加减量来完成调节，中
部温度低时高压空气量会加大，导致氩馏分氧含量
降低。原因主要有3个方面：① 高压空气量增加，
通过节流阀FV1556进入上塔的液体量增加，上塔
回流比增大，氩馏分氧含量降低；② 高压空气量增
加，进入下塔的液体量增加，下塔回流比增大，液
空纯度降低，也会导致氩馏分氧含量降低；③下塔
液位为自动调节， 下塔液体量增加，调节阀
LV1601会开大，下塔进入上塔的液体量增加，上
塔回流比增大。氩馏分氧含量降低。而在外压缩流
程中，氧气取出量大，上塔上升蒸汽减少，上塔回
流比增加，氩馏分氧含量降低。
在这套空分设备中，1．6MPa的氧气经调节阀
FV1510A直接送给用户。为了保证工况稳定。设置
了1个氧气排放阀FV1510B，这两个阀门均采用流
量自动调节。FV1510A流量设定值为35000m ／h，
FV1510B流量设定值为34100m ／h，当管网压力高、
氧气送出量低于34100m ／h时，FV1510B 自动打
开；氧气送出量高于34100m ／h时，FV1510B会自
动关闭。
氧气量波动大的原因主要有两个：① 由于氧气
直接送给用户。不是送入球罐，因而调节能力差．
在钢厂3座转炉同时吹氧时，氧气用量可达40000
～ 42000m ／h，管网压力较低，调节阀FV1510A前
后压差可达0．6～0．71MPa；② 由于氧气调节阀
FV1510A选型偏大，在正常工况下FV1510A开度只
有l5％ ～20％ ， 压差大时，FV15IOA 开度只有
11％ ～12％ ，偏离最佳调节范围，无法实现稳定调
节，导致氧气流量波动比较大。此时，FV1510B也
随流量波动自动调节。FV1510A和FV1510B这两个
阀门调节互相干扰，流量无法实现稳定调节，氧气
送出量较大，导致氩馏分氧含量降低，氩馏分氮含
量增加，引起粗氩塔氮塞。
2．1．2 处理措施
经过一段时间的摸索，总结出手动操作方法。
在FV1510A前后压差小于0．2MPa时，FV1510B采
取手动控制，阀门全关，由FV1510A 自动进行调
节。一方面，FV1510A在这种情况下调节情况比较
好；另一方面，避免FVI510B自动调节对FV1510A
造成干扰，同时减少了氧需求量大时氧气放散造成
的浪费。在FVI510A 前后压差大于0．2MPa时，
FV1510B手动控制阀门全关，FV1510A手动控制，
每次手动开、关0．1％ ～0．2％进行调节。采取这样
操作后，氧气送出量比较稳定，对主塔工况的影响
明显减小。在该35000m3／h空分设备投产后，
3．OMPa高压氧气经调压阀组送出与这条管线并网，
大大改善了管网调节能力，氧气管网的波动情况明
显好转。
2．2 分子筛纯化系统切换
2．2．1 引起粗氩塔氮塞的机理
分子筛纯化系统切换时，进入主塔的空气量会
发生波动，从而影响氩馏分氧含量。在分子筛吸附
器升压过程中，进入主塔的空气量会减少约
4000m3／h，由于空压机导叶采用流量自动调节，空
压机导叶会开大，使进入主塔的空气量达到正常。
在两组分子筛吸附器升压结束时，进入主塔的空气
量高于正常值较多，空压机导叶关得比较快，由于
流量测量滞后，导叶关得开度小于正常值，使进入
主塔的空气量减少，从而造成氩馏分氧含量降低，
氩馏分氮含量增加，引起粗氩塔氮塞。
2．2．2 处理措施
由于氩馏分氧含量变化主要是由分子筛吸附器
升压使进入主塔的空气量减少和空压机导叶调节引
起的，一方面把分子筛吸附器升压时间延长至
9min，减少升压造成的影响；另一方面调整空压机
导叶流量调节的PID参数，使空压机导叶开关速度
变小，从而使进入主塔的空气量波动较小，减少对
主塔工况的影响。
2．3 液氮泵故障停车
2．3．1 引起粗氩塔氮塞的机理
液氮泵故障联锁停车后，下塔的液氮量会增加 。
20000m3／h，下塔回流比增加，液空纯度降低。这
些液氮一部分通过污液氮调节阀FV1557进入上塔， ．
一部分通过液空调节阀LV1601进入上塔，这时上
塔回流比增加l6．7％ ，氩馏分氧含量大幅降低，
氩馏分氮含量急剧增加，大量的氮进入粗氩塔，导
致粗氩塔氮塞。
2．3．2 处理措施
为了减少这部分液氮对上塔的影响，一方面将
下塔液空调节阀LV1601、污液氮调节阀FV1557转
为手动控制，保持阀门开度不变，将液氮调节阀
FV1558转为手动控制，并适当开大，手动全开液
氮送贮槽调节阀，手动全开液氮排放阀，同时全开
粗氩塔排放阀HV1720；另一方面，立即启动备用
液氮泵将液氮送入管网，然后逐步把上述阀门恢复
到正常状态。
2．4 产品氩气量波动大
为了节省蒸汽，回收液氩冷量，原先液氩经外
送液氩泵压缩再经主换热器复热后被送至管网。但
由于氩气需求量不稳定，氩送出量时多时少，有时
要停运液氩泵，氩气量波动较大。在氩气量增加较
大时，主换热器中部温度降低，高压空气量增加，
进入主塔的液体量也增加，上、下塔回流比增加，
下塔液空纯度降低，导致氩馏分氧含量降低，造成
粗氩塔氮塞。
由于氩气量不稳定，现改为液氩走水浴式汽化
器复热。
2．5 粗氩塔液空蒸气量过大
检查发现，粗氩塔冷凝器液空蒸气流量的压力
修正值不对，致使实际流量比显示流量高。当时液
空蒸气实际流量达到51000m3／h， 比设计值
44ooo~／h高出15．9％ ，该空分设备变负荷上限为
105％ ，说明当时粗氩塔负荷比最大负荷高出
10．9％，粗氩塔严重超负荷运行。当氩馏分氧含量
低于90％ ，进入粗氩塔的氮量就会较多，造成粗
氩塔氮塞。
修改液空蒸气流量压力修正值，将其调整到 ’
42000m3／h，粗氩塔恢复到正常工况。
采取了上述措施后，粗氩塔运行的稳定性明显
提高，保证了氩气的生产。