氬氣生產(chan) 及精製設施設計(design of argon production and purification facilities)

在用深冷分離方法生產(chan) 氧、氮的同時製取氬氣並對其進行精製的設施設計。氬氣的生產(chan) 及精製設施通常設在氧氣站內(nei) 。其設計內(nei) 容主要包括：氬氣的用量、生產(chan) 工藝流程、設備選用和布置、氬氣充瓶。

氬氣的性質、用途和用量 氬在常溫常壓下為(wei) 無色、無味、無嗅的氣體(ti) ，在空氣中體(ti) 積含量為(wei) 0．932％；分子量為(wei) 39．95，密度為(wei) 1．784kg／cm³，沸點為(wei) 87．291K(在161．325kPa時)。氬氣為(wei) 惰性氣體(ti) ，其化學性質不活潑，不燃燒，也不助燃。

氬氣在冶金工業(ye) 中，用作稀有金屬冶煉以及半導體(ti) 材料矽、鍺精煉和單晶製備的環境氣氛，在煉鋼、爐外精煉和連鑄生產(chan) 中往鋼水包吹氬攪拌、調溫，20世紀60年代發展起來的氬氧煉鋼法，開拓了不鏽鋼的冶煉工藝。此外，氬作為(wei) 保護氣體(ti) 還大量用於(yu) 鋁、鎂、不鏽鋼的焊接以及用於(yu) 電子工業(ye) 等。

氬氣在鋼鐵廠的用量，可按氬氣平衡表中各用戶小時平均用氬量的合計值並考慮約5％損耗後的總量確定。在用戶的小時平均用氬量的計算公式(見氧氣站設計)中，各用戶的用氬單耗為(wei) ：煉鋼每噸鋼約為(wei) 0．1m³；連鑄每噸鋼約為(wei) 0．2～0．35m³；氬氧煉鋼每噸鋼約為(wei) 8～15m³。

生產(chan) 工藝流程 從(cong) 空分設備的主精餾上塔適當部位抽出富氬餾分(其中含氬8％～10％，其餘(yu) 為(wei) 氧及氮)引入粗氬塔，在粗氬塔中精餾後得到氬含量約為(wei) 95％的粗氬。粗氬出粗氬塔後經加壓送入接觸爐，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(yu) 氫化合生成水，同時產(chan) 生大量熱量。出爐的灼熱氣體(ti) 經冷卻、水分離及幹燥後，送往精氬塔，在精氬塔中將氬中的氮除去，塔底得到99．99％或更高純度的液態純氬產(chan) 品並經管道導至儲(chu) 槽。另外。20世紀80年代在空分設備上已有隻用精餾，不需用氫氣除氧生產(chan) 精氬的設備。產(chan) 品氬的輸配，一般有三種型式：(1)液氬經低溫泵加壓到1．5～3．0MPa，再經汽化器汽化後由管道輸往用戶，管路中設置氣體(ti) 儲(chu) 罐以調劑負荷波動。(2)液氬從(cong) 儲(chu) 槽直接裝入低溫槽車運往用戶。(3)對不固定的零星用戶及向市場供應，氣態氬用膜式壓縮機，液態氬用高壓低溫泵加壓到15MPa汽化後去充填台充瓶供應。

氬的生產(chan) 、精製及輸配過程見圖1。

設備選用和布置 氬的生產(chan) 及精製設備是隨空分設備配套，根據空分設備的原料空氣量和氬的提取效率(提取效率與(yu) 空分設備的流程和製造水平有關(guan) )來確定氬的生產(chan) 和精製設備的能力。在不同的提取效率下的氬氣產(chan) 量(m³／h)約為(wei) ：6000(指氧氣產(chan) 量，下同)空分設備為(wei) 90～170，10000空分設備為(wei) 190～320，30000空分設備約為(wei) 1000。因此，在確定氧氣站生產(chan) 規模及選用空分設備時，還要根據全廠氬氣用量選用合適的氬氣生產(chan) 和精製設備。氬的生產(chan) 及精製設備中的粗氬塔及精氬塔，由於(yu) 需要冷源，必須設置在空分冷箱內(nei) 或單獨的冷箱內(nei) 。從(cong) 粗氬壓縮機到幹燥器一係列設備，一般都集中在空分車間外側(ce) 房間(淨化間)內(nei) 。其中采用氫氣進行淨化的接觸爐的布置和電氣設施的安全要求，應符合有關(guan) 規程、規範的規定。

氬氣充瓶 當用鋼瓶盛裝高純氬氣時，為(wei) 了防止鋼瓶內(nei) 壁有積鏽、水汽及其他雜質對氬氣的汙染，降低產(chan) 品質量，要求對鋼瓶在未充氣之前進行處理。處理的一般程序見圖2。

鋼瓶內(nei) 壁磨光除鏽，一般采用機械方法打磨，並預抽真空，目的是檢查全係統的密閉性。鋼瓶的幹燥方法，可以用蒸汽、紅外線或其它熱源烘烤，並在幹燥的同時抽真空。鋼瓶的冷卻是在空氣中自然冷卻。達到預定的真空度後，往鋼瓶充入高純氬清洗，再用火花檢測和取樣分析進行檢驗。氬氣充瓶間和瓶庫，可與(yu) 氧氣充瓶及瓶庫合建在一個(ge) 建築物內(nei) 或單獨分建。當有高純氬充瓶時，還應有鋼瓶處理所需的打磨、烘烤、分析等房間。