氩冷凝器管路设计与空分氩系统的稳定

低温与特气第33卷·工艺与设备·氯冷凝器管路设计与空分氩系统的稳定高云[四川空分设备(集团)有限责任公司,四川简阳建设中路239号641400摘要:分析了空分氬系统的板翅式换热器的下封头排不凝气引起氬系统波动的原因,给出了校核氬冷凝器回流管路的计算公式关键词:空分氩系统;氩冷凝器;管路设计;板翅式换热器中图分类号:TQ115.43文献标志码:A文章编号:1007-7804(2015)06-0012-04doi:10.3969/ F. Issn..1007-7804.2015.0.004Pipeline Design of Argon Condenser andStability of Air Separation Argon SystemGAO YunBusiness Unit of Air Separation, Sichuan Air Separation Plant( Croup)Co., Ltd, Jianyang 641400, China]Abstract: This paper analyzed the causes of argon system fluctuation by non-condensable gas discharge on the lower headerof air separation argon system plate-fin heat exchanger. The formula was given for checking the retum pipeline of argon con-Key words: air separation argon system; argon condenser; pipeline design; plate-fin heat exchanger制取氬气的空分装置有粗氩塔和纯氩塔,粗氩见图1(b),两种气相排出方式各有利弊。塔与纯氬塔塔顶有冷凝器,本文探讨了粗氬、纯氬冷凝器液体管路设计对氩系统稳定运行的影响。粗氢冷凝器粗氫冷凝器(纯氨冷凝器(纯氫冷凝器)1气相出氬系统冷凝器的方式与氩系统流程简介氩系统的冷凝器(粗氬冷凝器纯氬冷凝器)为板翅式换热器(以下简称板式),粗氬气从粗氩冷凝器的板式的顶部侧面进入,粗氬液体从板式的底部侧面流出,纯氩塔的上升气从纯氩冷凝器的顶部侧1.粗氬气进(纯氬塔上升气);2.粗氬液(纯氬冷凝器回面进入,纯氩冷凝器的冷凝液从底部侧面流出。粗流液)3粗氬气出(纯氯冷凝器不凝气出)缸、纯氬冷凝器冷凝侧的气相以不凝气方式排出,对I crude argon gas inlet(ascending gas of pure argon col-umn); 2. crude argon liquidargon con板式来说连续的不凝气排放有利于传热,同时也是氩系统稳定运行的先决条件。denser); 3. crude argon gas outlet( pure condenser outlet ofnon-condensable gas discharge)冷凝器不凝气从板式中排出有两种方式,一是图1氲冷凝器气相出方式从底部侧面排出,见图1(a),二是从顶部侧面排出,Fg1 The way of pure condenser gas phase discharge收稿日期:2015-10-0第6期高云:氲氩冷凝器管路设计与空分氩系统的稳定13不凝气从底部排出方式,原料气经过换热冷凝口高于液相出口。后,不凝结的气相排出,但在下封头处为气液共存,采用粗氩冷凝器与纯氩冷凝器下部封头引出气如果氩冷凝器回流不畅会造成不凝气排放不畅;不相的氩系统流程简图见图2。来自上塔的氩馏分经凝气从顶部排出方式,能保证取出不凝气为纯气相,粗氩塔(I)、粗氬塔(Ⅱ),进人粗氬冷凝器的板式但由于进气口也在上部,未经换热冷凝的原料气会顶部,冷凝液与粗氩气从板式底部侧面封头出,粗氩混在不凝气中排出。本文讨论的氩冷凝器气相排出气进入纯氩塔中上部,纯氩塔顶部的上升气进入纯方式为图1(a)对氩系统的影响即冷凝液与不凝气氩冷凝器的板式顶部,纯氩冷凝液与不凝气从板式从板式底部侧面排出,位于板式的下封头的气相出的底部侧面封头出。粗气粗氫气粗液纯氨冷凝液氯馏分粗氫气1粗氬塔(I);2粗氩塔(Ⅱ);3.粗氬冷凝器;4.泵;5纯氩蒸发器;6.纯氩塔;7纯氬冷凝器1. crude argon column(I); 2. crude argon column(I) 3. crude argon condenser; 4. pump; 5. pure argon evaporator; 6. pureargon column; 7. pure argon condenser图2氪系统流程简图Fig 2 Argon system flow chart也不断升高,液体也会占用换热面积,不凝气也不断2氲冷凝器对氩系统稳定运行的影响在板束体内聚集因克服不凝气向上段中液柱压力,板束体中的压力升高。当压力升高到一定程度,将影响氩系统稳定运行的因素较多,如进出物料、不凝气管路中液体短时间顶出,不凝气才得以排放冷热源稳定:氩馏分、冷凝器的冷源、蒸发器的热源、随着时间的推移,板式封头液位逐渐增高,再次形成氩产品。下面讨论氩冷凝器对氩系统的影响。图3(b)中状态,重复上述过程,造成氩冷凝器压力由于粗氩冷凝器、纯氩冷凝器采用了在板式的周期性波动,不凝气周期性排出,会引起氬系统压力下部封头引出冷凝液与不凝的气相,在板式封头处波动甚至上塔的压力波动。为气液两相,气相出口的位置应高于液相出口,见图/不凝气3。图3(a)为板式封头处的正常状态,冷凝器的冷/不凝气凝液低于不凝气口,图3(b)为非正常状态,在板式板束体宽冷凝液板束体氯冷凝液封头中冷凝液已超过不凝气引出口。当出现图3(b)状态时,会造成不凝气管内有液体,不凝气管封头封头(a)般为向上引出,不凝气无法排出,液氩挤入向上段的图3氩冷凝器运行状态示意图不凝气管,随着不凝气管中液位增高板式中的液位Fig3 Schematic diagram of argon condenser operation status14低温与特气第33卷对粗氩冷凝器出现图3(b)状态,会出现粗氩塔取A-A、B-B截面分析,根据伯努利方程,液氬(Ⅰ)、粗氩塔(Ⅱ)压力周期性波动,当粗氩气被粗回流畅通需满足:氩冷凝器液体阻挡时,纯氩塔无粗氩气进入,纯氬冷u2P2凝器无粗氩气补充,将纯氩塔内上升气冷凝,会造成z1+n++∑h=gZ22纯氩塔压力降低,严重时甚至可能引起纯氬塔为负P1>P1(2)压。式中,g为重力加速度,9.81m/s2;z1为AA截面高对纯氩冷凝器出现图3(b)状态,首先引起纯氩度,取Z1=0m;z2为BB截面高度,取Z2=hm;塔压力波动纯氩塔的压力波动进而引起粗氩冷凝1为回流管A-A截面液体流速,m/s;a2为回流管器粗氩塔压力波动。波动过程中由于不凝气中有B-B截面液体流速,m/s,由于截面比回流管大得多,液相挤出,还会造成液氩产品损失。取u2=0m/s,忽略B-B截面动能,偏于安全;P1为由此可见,氩冷凝器要稳定运行必须为图3(a)回流管AA截面液体压力,Pa;P2为氩冷凝器板式状况,不凝气口应高于液体液面。封头氩液面(BB截面)压力,Pa;p为液氩密度,kg3氩冷凝器的管路设计m3;Σh为能量损失。由式(1)、(2)得:3.1不凝气排放管不凝气排放管口要求高于液面,应尽量布置于1=pgh-2-2h+P2板式下封头上较高的位置,理论上管口允许内伸,只2-Σh+P1-△P1-△P2→要高于液面即可,实际设计应采用与封头内平齐的方式,板式装配过程中应作为重点控制项。P1-P1=pgh-2-2hr-AP1-AP2>03.2液体回流管路氩冷凝器管路示意图见图4,氩气在冷凝器中则:∑