氬氣生產(chǎn)及精制設(shè)施設(shè)計(jì)(design of argon production and purification facilities)
在用深冷分離方法生產(chǎn)氧、氮的同時(shí)制取氬氣并對(duì)其進(jìn)行精制的設(shè)施設(shè)計(jì)。氬氣的生產(chǎn)及精制設(shè)施通常設(shè)在氧氣站內(nèi)。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括:氬氣的用量、生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備選用和布置、氬氣充瓶。
氬氣的性質(zhì)、用途和用量 氬在常溫常壓下為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅的氣體,在空氣中體積含量為0.932%;分子量為39.95,密度為1.784kg/cm3,沸點(diǎn)為87.291K(在161.325kPa時(shí))。氬氣為惰性氣體,其化學(xué)性質(zhì)不活潑,不燃燒,也不助燃。
氬氣在冶金工業(yè)中,用作稀有金屬冶煉以及半導(dǎo)體材料硅、鍺精煉和單晶制備的環(huán)境氣氛,在煉鋼、爐外精煉和連鑄生產(chǎn)中往鋼水包吹氬攪拌、調(diào)溫,20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的氬氧煉鋼法,開拓了不銹鋼的冶煉工藝。此外,氬作為保護(hù)氣體還大量用于鋁、鎂、不銹鋼的焊接以及用于電子工業(yè)等。
氬氣在鋼鐵廠的用量,可按氬氣平衡表中各用戶小時(shí)平均用氬量的合計(jì)值并考慮約5%損耗后的總量確定。在用戶的小時(shí)平均用氬量的計(jì)算公式(見氧氣站設(shè)計(jì))中,各用戶的用氬單耗為:煉鋼每噸鋼約為0.1m3;連鑄每噸鋼約為0.2~0.35m3;氬氧煉鋼每噸鋼約為8~15m3。
生產(chǎn)工藝流程 從空分設(shè)備的主精餾上塔適當(dāng)部位抽出富氬餾分(其中含氬8%~10%,其余為氧及氮)引入粗氬塔,在粗氬塔中精餾后得到氬含量約為95%的粗氬。粗氬出粗氬塔后經(jīng)加壓送入接觸爐,入爐前加入適量氫氣,在爐中催化劑的作用下,粗氬中的氧與氫化合生成水,同時(shí)產(chǎn)生大量熱量。出爐的灼熱氣體經(jīng)冷卻、水分離及干燥后,送往精氬塔,在精氬塔中將氬中的氮除去,塔底得到99.99%或更高純度的液態(tài)純氬產(chǎn)品并經(jīng)管道導(dǎo)至儲(chǔ)槽。另外。20世紀(jì)80年代在空分設(shè)備上已有只用精餾,不需用氫氣除氧生產(chǎn)精氬的設(shè)備。產(chǎn)品氬的輸配,一般有三種型式:(1)液氬經(jīng)低溫泵加壓到1.5~3.0MPa,再經(jīng)汽化器汽化后由管道輸往用戶,管路中設(shè)置氣體儲(chǔ)罐以調(diào)劑負(fù)荷波動(dòng)。(2)液氬從儲(chǔ)槽直接裝入低溫槽車運(yùn)往用戶。(3)對(duì)不固定的零星用戶及向市場(chǎng)供應(yīng),氣態(tài)氬用膜式壓縮機(jī),液態(tài)氬用高壓低溫泵加壓到15MPa汽化后去充填臺(tái)充瓶供應(yīng)。
氬的生產(chǎn)、精制及輸配過程見圖1。
設(shè)備選用和布置 氬的生產(chǎn)及精制設(shè)備是隨空分設(shè)備配套,根據(jù)空分設(shè)備的原料空氣量和氬的提取效率(提取效率與空分設(shè)備的流程和制造水平有關(guān))來(lái)確定氬的生產(chǎn)和精制設(shè)備的能力。在不同的提取效率下的氬氣產(chǎn)量(m3/h)約為:6000(指氧氣產(chǎn)量,下同)空分設(shè)備為90~170,10000空分設(shè)備為190~320,30000空分設(shè)備約為1000。因此,在確定氧氣站生產(chǎn)規(guī)模及選用空分設(shè)備時(shí),還要根據(jù)全廠氬氣用量選用合適的氬氣生產(chǎn)和精制設(shè)備。氬的生產(chǎn)及精制設(shè)備中的粗氬塔及精氬塔,由于需要冷源,必須設(shè)置在空分冷箱內(nèi)或單獨(dú)的冷箱內(nèi)。從粗氬壓縮機(jī)到干燥器一系列設(shè)備,一般都集中在空分車間外側(cè)房間(凈化間)內(nèi)。其中采用氫氣進(jìn)行凈化的接觸爐的布置和電氣設(shè)施的安全要求,應(yīng)符合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定。
氬氣充瓶 當(dāng)用鋼瓶盛裝高純氬氣時(shí),為了防止鋼瓶?jī)?nèi)壁有積銹、水汽及其他雜質(zhì)對(duì)氬氣的污染,降低產(chǎn)品質(zhì)量,要求對(duì)鋼瓶在未充氣之前進(jìn)行處理。處理的一般程序見圖2。
鋼瓶?jī)?nèi)壁磨光除銹,一般采用機(jī)械方法打磨,并預(yù)抽真空,目的是檢查全系統(tǒng)的密閉性。鋼瓶的干燥方法,可以用蒸汽、紅外線或其它熱源烘烤,并在干燥的同時(shí)抽真空。鋼瓶的冷卻是在空氣中自然冷卻。達(dá)到預(yù)定的真空度后,往鋼瓶充入高純氬清洗,再用火花檢測(cè)和取樣分析進(jìn)行檢驗(yàn)。氬氣充瓶間和瓶庫(kù),可與氧氣充瓶及瓶庫(kù)合建在一個(gè)建筑物內(nèi)或單獨(dú)分建。當(dāng)有高純氬充瓶時(shí),還應(yīng)有鋼瓶處理所需的打磨、烘烤、分析等房間。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。