粗氬冷凝器工作原理分析和操作方法

粗氬冷凝器是氬提取設備的關鍵部件之一，對它的操作是否恰當，將直接影響到粗氬的產量和質量。嚴重時，甚至會影響到整套空分裝置精餾工況的穩(wěn)定性。

在實際操作中，經常會發(fā)生這樣的現(xiàn)象，為了提高粗氬冷凝器的熱負荷，也即提高粗氬塔的阻力，采用提高液空液位的方法。這種方法在粗氬冷凝器液空液位較低時是有效的，但一旦升高到一定的高度后，再繼續(xù)提高液空液位，不但不會使粗氬塔阻力提高，反面會使其下降。為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象？其實，只要我們分析一下粗氬冷凝器的工作原理和結構特點，就不難理解這種現(xiàn)象的發(fā)生。

一、粗氬冷凝器工作原理

粗氬冷凝器與主冷凝蒸發(fā)器比較，在結構上有相似之處。只是粗氬冷凝器蒸發(fā)側的介質是液空，冷凝側的介質是粗氬氣。粗氬氣獲得冷量被冷凝，同時液空被蒸發(fā)。在蒸發(fā)側的液空，是以一定的循環(huán)倍率在其通道內流動，即在通道內有大量液空在循環(huán)流動，加熱汽化的只占小部分。如圖所示。一般情況下，液空循環(huán)量與汽化量在7～10倍。循環(huán)倍率越大，傳熱強度就越大，粗氬冷凝器的熱負荷就越大，反映在粗氬塔上，就會使粗氬塔阻力升高。在冷凝器結構一定的情況下，循環(huán)倍率主要受粗氬冷凝器的溫差和液空液位兩個因素的影響。

二、粗氬冷凝器溫差對循環(huán)倍率的影響

液空在蒸發(fā)通道內受冷凝側粗氬氣的加熱，液空得到熱量，溫度升高并部分汽化，使其比重變小。這樣，通道內壓力小于通道進口處的壓力，使液空在通道內向上流動。所以粗氬冷凝器的溫差是產生循環(huán)倍率的前提，沒有溫差，液空就不會自動循環(huán)。而粗氬冷凝器的溫差，主要由液空的組分、蒸發(fā)測的壓力決定的，當然還液空液位的影響，這將在后面討論。

粗氬冷凝器蒸發(fā)側的液空組分在60～70%O2的范圍內，在一定的壓力下，不同的含氧量就會有不同的蒸發(fā)溫度。影響液空的含氧量主要有兩個因素：一個是下塔液空的含氧量，下塔液空含氧量越高，蒸發(fā)側的液空含氧量也就越高，使冷凝器的蒸發(fā)溫度升高，平均溫差減?。涣硪粋€是液空回流量的大小，在產品設計時一般已考慮了取液空的總量的2～10%作為回流液空量。一般情況下，這個百分比每增加一個百分點，會使液空中的含氧量減小0.3～0.4%個百分點，相應地使蒸發(fā)側的溫度降低，從而達到擴大冷凝器溫差的目的。

液空蒸發(fā)側壓力對冷凝器蒸發(fā)溫度的影響，一般情況下，蒸發(fā)側的壓力越低，越利于提高冷凝器的溫差。但蒸發(fā)側的壓力不是隨意可以降低的，它是受到粗氬冷凝器液空蒸汽回到上塔相應截面的壓力所約束，也即是一一對應的。然而在有限范圍內適當調高蒸發(fā)側壓力倒是可以的，那就是有的用戶要求粗氬塔設計時應考慮較大幅度減負荷運行工藝要求時才適當提高液空蒸發(fā)側的壓力，以減小冷凝器的溫差，達到減負荷的目的。在這種情況下，就必須在液空蒸汽返回上塔的管線上加只控制閥，才得以實現(xiàn)。

三、液空液位對循環(huán)倍率的影響

為了使液空在板翅式換熱器液空測通道內以一定的倍率循環(huán)流動，在保證與冷凝器冷凝側一定溫差的前提下，還必須保持有一定的液空液位。由于這個液位的存在，使蒸發(fā)側底部有一定的壓力P2，以克服液空在板式翅片內流動時的阻力。一般情況下，隨著液空液位的提高，液位底部的壓力P2也會逐漸提高，液空流動加快使循環(huán)倍率提高，達到強化冷凝器傳熱的目的，有利于粗氬冷凝器熱負荷的提高。但當液位提高一定高度以后，由于P2壓力的提高，液空底部的飽和溫度升高，使蒸發(fā)側的平均溫度升高，縮小了粗氬冷凝器的平均溫差。這樣，不但沒有使粗氬冷凝器的熱負荷提高，反面使其下降，嚴重時還會使粗氬塔的工況受到破壞。

在了解了粗氬冷凝器的工作原理和液空液位、回流液空量、下塔液空含氧量等因素的影響后，在我們的實際操作中，就比較容易靈活掌握調整粗氬冷凝器和粗氬塔的工況。

首先必須保證粗氬冷凝器蒸發(fā)側與冷凝側有一定的溫差?？刹扇∫韵麓胧?/span>

1.使上塔保持相對穩(wěn)定的工況，盡可能使粗氬氣中存在較少量的氮氣，一般控制在1.5%N2以下。

2.調整下塔工況，下塔液空中的含氧量控制在35.5～37.5%O2范圍內。

3.通過開大或關小粗氬冷凝器的液空恒流閥，來調節(jié)液空蒸發(fā)側液空的含氧量。

其次，在調試時，可進行調整液空液位高度的試驗。即在保證其它工況正常的情況下，使液空液位從低位到高位緩慢提高，開始時隨著液位的提高粗氬塔阻力也會同步提高，但到一定的高度以后，若繼續(xù)提高液位時會使粗氬塔阻力下降，說明在這種情況下，你若想繼續(xù)抽調粗氬塔的阻力，那么只能采用前面提到的第1～3種方法來調節(jié)。了解了這個轉折點以后，就可以使我們避免錯誤的操作。