外行学空分（234）一一出现氮阻后该如何应对？

Yb2021

0 E  J* x5 f* J+ [  氮阻问题是提氩系统甚至整个空分装置操作的一大难点，关健的问题是对于氮阻问题出现的原因没有一个深入的分析，应对的措施当然也就莫衷一是了。
   其实对于氮阻问题出现的直接原因是非常清楚的，大家的认识也是一致的。那就是进入粗氩冷凝塔的氩馏分中的氮气含量升高，致使工艺氩气（粗氩气）中的氮气含量相应升高（工艺氩气，粗氩气中的氮气含量一般是氩馏分中的氮气含量的20倍左右），氩馏分中的氮含量0.1%，则工艺氩气中的氮含量达到2%，氩馏分中的氮含量0.5%则工艺氩气中的氮含量达到10%！相应工艺氩气的冷凝温度降低，如果粗氩冷凝器富氧液空侧蒸发气化压力保持不变则粗氩冷凝器的换热温差下降，粗氩冷凝器的冷凝量下降甚至完全不冷凝，导致氩馏分进入粗氩冷凝塔的数量大幅度减少甚至完全无法进入粗氩冷凝塔，粗氩冷凝塔压差降低甚至消失。但是对于是什么原因导致氩馏分中的氮气含量升高，大家的认识并不一致！有兴趣的人可以参阅我的外行学空分系列帖子中的氩馏分中的氮气含量是如何计算的帖子。影响氩馏分中的氮气含量的因素很多，空分塔富氧液空入口处液相中的氮含量升高（原因有两个，一是富氧液空氧纯度下降，二是富氧液空以上精馏段回流液气比上升），空分装置实际负荷及进入下塔的空气数量减少导致主冷凝器蒸发量相应减少，氧气产品引出量增加导致空分塔底部回流气数量减少，这些因素都是可能导致氩馏分中的氮含量升高的原因。但这些因素对氩馏分中的氮气含量的影响其实都比较小，不是氮阻问题出现的最关健因素。氮阻问题出现的主要原因是在空分装置设计安装完成后，在空分装置一定负荷下都存在粗氩冷凝塔的最大负荷及对应的粗氩冷凝器冷凝量和工艺氩气产量（进入粗氩冷凝塔的氩馏分数量即粗氩冷凝塔的负荷等于粗氩冷凝器的冷凝量加工艺氩气产量之和），越接近这个最大负荷，粗氩冷凝塔波动越大，氮阻问题出现的概率越大，粗氩冷凝塔负荷超过最大负荷，氮阻问题不可避免一定出现！因为上塔和粗氩冷凝塔实际上是两个共底结构的精馏塔，其中氩馏分引出口以下至上塔底部是氮氩一氧精馏塔的提馏段，加上粗氩冷凝塔则构成完整的氮氩一氧精馏塔。而氩馏分引出口以上的上塔则是完整的氮一氩氧精馏塔，氩馏分引出量则是氮一氩氧精馏塔的高沸点产品引出量，在主冷凝器蒸发量不变的情况下，氩馏分引出量的增加，必然导致氮一氩氧精馏塔提馏段回流气液比降低，氩馏分中的氮气含量升高，出现所谓的氮阻问题。
    当对氮阻问题出现的主要因素有了明确的认知，那么对于如何应对氮阻问题基本上就心中有数了。首先是预防，操作中要注意空分装置的运行弹性和装置运行效益之间的平衡，控制适当的粗氩塔负荷和工艺氩气产量，当出现氮阻问题的苗头时，立即降低粗氩冷凝器富氧液空侧的液位自控指标值或提高富氧液空侧蒸发气化压力控制值（幅度不应太大，5%-10%足够了），同时应该立即关小工艺氩气的引出量（幅度不应太大，5%-10%左右基本上足够了），这样就控制住了粗氩冷凝塔的最大负荷，让提氩装置自行调节（粗氩冷凝器富氧液空侧液空投自控时，当富氧液空侧液位控制值降低，工艺氩气引出量减少后，送粗氩冷凝塔粗氩冷凝器富氧液空数量会自动减少，粗氩冷凝器富氧液空蒸发量自动减少，工艺氩气冷凝回流数量自动减少，相应进入粗氩冷凝塔的氩馏分数量会自动减少，则送粗氩冷凝器富氧液空调节阀会自动关小，送粗氩冷凝器富氧液空数量减少）恢复正常后，再通过准确判断对主塔工艺参数进行调整，逐步提高粗氩冷凝塔富氧液空侧液位指标，增加工艺氩气引出量，让粗氩冷凝塔恢复正常负荷。这个正常负荷要根据粗氩冷凝塔最大负荷和实际操作水平掌握。操作水平高，可以尽量接近粗氩冷凝塔最大负荷以提高空分装置运行效益，如果操作尚不熟练，应该控制较低的粗氩冷凝塔负荷，以保证充足的操作弹性。
  其实氮阻问题就象感冒一样是一种自限的病！我们前面已经说过，氮阻问题出现的主要原因是工艺氩气产量偏大（粗氩冷凝塔负荷偏大，富氧液空用于粗氩冷凝器的数量偏大，导致富氧液空以下至氩馏分之间的氮一氩氧提馏段回流气液比偏小，氩馏分中的氮气含量急剧上升），当氮阻问题出现时，由于进入粗氩冷凝塔的氩馏分数量大幅度减少，如果粗氩冷凝器富氧液空侧的液位投自控，则送至粗氩冷凝器的富氧液空数量自动减少，如果是手动则富氧液空侧液位上升，这个时候实际上主塔富氧液空入口处至氩馏分引出口之间的回流气液比已经自动升高，氩馏分中的氮气含量实际上已经下降！只要氮含量低的氩馏分逐步将已经进入粗氩冷凝塔的高氮氩馏分逐步替换出去，则工艺氩气中的氮气含量就会逐步下降，粗氩冷凝器逐步恢复工作冷凝量逐步增大，粗氩冷凝塔逐步恢复正常！
   氮阻问题出现前（酝酿苗头阶段），出现后及消失都是一个非稳态的过程。有其自身的演化逻辑过程，同时又和干预措施互动相互影响的过程，如果应对措施得当，在氮阻问题出现前（酝酿苗头阶段），可以阻止氮阻问题的出现！氮阻问题出现后，可以避免出现主塔和粗氩冷凝塔联动大幅度波动，并让粗氩冷凝塔尽快恢复正常。如果应对措施不当，一是无法防止氮阻问题的出现，二是氮阻问题出现后，粗氩冷凝塔迟迟无法恢复正常。
    在氮阻问题出现前，应重点关注氩馏分中的氮气含量指标及精氩塔氩气产品纯度的变化，如果氩馏分中的氮气含量有仪表显示就比较简单了，如果没有仪表显示而只有结合精氩塔氩气产品纯度的变化，氩馏分的温度显示，当氩馏分温度比正常值偏低，就表明氩馏分中的氮气含量已经升高，如果无法迅速调整，氮阻问题大概率就会发生了。这个问题正确的应对措施是立即降低粗氩冷凝器富氧液空侧液空控制指标及关小工艺氩气引出阀以控制降低粗氩冷凝塔的负荷，增加操作弹性空间。如果氮气含量高氩馏分尚未大量进入粗氩冷凝塔，则可以防止氮阻问题的出现，如果此时氮气含量高氩馏分已经大量进入粗氩冷凝塔，氮阻问题出现已经不可避免（太迟了），这样的应对措施也可以加快粗氩冷凝塔恢复正常的过程。
  这个时候最不应该做的事情就是对空分塔进行大幅度调整，这样的大幅度调整势必乱上加乱！其次不应该做的事是加大工艺氩气引出量及提高粗氩冷凝器富氧液空侧液位控制指标希图增加粗氩冷凝器冷凝量，出发点是好的，可以加快粗氩冷凝塔中高氮氩馏分的替换速度让粗氩冷凝塔尽快恢复正常。但是由于引发氮阻问题的原因并没有消除。当粗氩冷凝器冷凝量恢复正常甚至比氮阻问题出现前更大的时候，由于此时用于粗氩冷凝器的富氧液空数量又恢复到氮阻问题出现前的用量甚至更大。富氧液空入口处以下至氩馏分引出口的回流气液比又偏小了，氩馏分中的氮气含量再度升高，可谓前一个感冒未去，后一个感冒又来了！氮阻问题出现后，应该适当关小工艺氩气引出阀，降低粗氩冷凝器富氧液空侧液位控制指标，提高富氧液空侧蒸发器化压力控制值，减少富氧液空送粗氩冷凝器的数量，增加富氧液空送上塔的数量，尽快提高上塔富氧液空至氩馏分引出口之间的回流气液比，降低氩馏分中的氮气含量，这样粗氩冷凝塔恢复正常的速度虽然慢一些，但这无关紧要！待粗氩冷凝塔恢复正常，通过调整空分塔（上塔氩馏分引出口以上）工艺参数，确有把握后，逐步增加粗氩冷凝器冷凝量及工艺氩气引出量！
   粗氩冷凝塔就是一个象下塔一样的冷凝器，之所以其操作会成了一个难点（有的厂家提氩装置投运几天才正常，这当然不存在设备设计问题，如果是设备设计问题无论如何调整，提氩装置都无法正常运行），完全是由于对氩馏分中的氮气含量变化规律及影响因素心中无数应对措施不当导致的，也是对上塔加粗氩冷凝塔是由氮一氩氧精馏塔（氩馏分引出口以上的上塔）和氮氩一氧精馏塔（粗氩冷凝塔加氩馏分引出口以上的
上塔）组合而成没有深刻认识所致！