柴敬堯

（鞍山寶得鋼鐵有限公司制氧廠，遼寧鞍山114000）

一起粗氬塔堵塞引起上塔液懸故障的調(diào)整、分析與處理

柴敬堯

（鞍山寶得鋼鐵有限公司制氧廠，遼寧鞍山114000）

6 500 m3/h空分設(shè)備中的粗氬塔在運(yùn)行過程中發(fā)生了故障，導(dǎo)致氬中含氧急劇上升。經(jīng)故障查找排除了填料冰堵原因，認(rèn)為是粗氬塔冷凝器發(fā)生氬固化所致，在工藝操作控制上采取了相應(yīng)的防范措施，避免了故障再次發(fā)生，保證了正常生產(chǎn)。

粗氬塔；堵塞；故障；氬固化

1 故障及調(diào)整經(jīng)過

鞍山寶得鋼鐵有限公司2#6500 m3/h空分設(shè)備由杭州杭氧股份有限公司設(shè)計(jì)制造，采用分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、膨脹空氣進(jìn)上塔、全精餾無氫制氬外壓縮流程。2007年6月投產(chǎn)，氧、氮、氬的產(chǎn)量和純度均達(dá)到或超過了合同指標(biāo)，運(yùn)行狀態(tài)一直良好。但2013年4月23日，正常運(yùn)行的空分，粗氬塔突然發(fā)生了故障，氬中含氧上升，上塔液懸，氧純度下降，氧壓機(jī)被迫停止外送氧氣。

2013年4月23日2：15，空分設(shè)備部分工藝流程如圖1所示，粗氬Ⅱ塔下部液位、液氬泵出口回流閥V703及液氬去粗氬Ⅰ塔閥V713突然開始異常波動(dòng)，4：05粗氬Ⅰ塔氬中含氧AI702由正常的0.5%迅速上升至滿量程5%，5：30切除精氬塔，開粗氬放空閥V712，流量控制在180 m3/h左右；氧氣純度略有下降。將V713由自動(dòng)狀態(tài)改為手動(dòng)，避免因其波動(dòng)，粗液氬大量進(jìn)入主冷液氧，影響氧氣純度，主塔工況穩(wěn)定，氧氣純度開始上漲，粗氬含氧逐漸下降。

13：03粗氬Ⅱ塔阻力PdI702由正常的5 kPa突然上升到10 kPa左右，粗氬Ⅰ塔氬中含氧AI702也迅速增高，持續(xù)幾分鐘后，阻力和粗氬含氧開始下降，13：09粗氬Ⅱ塔阻力又一次突然升高到12.8 kPa，稍關(guān)液空去粗氬Ⅱ塔冷凝器閥V701，減小負(fù)荷，阻力PdI702又逐漸恢復(fù)到5.0 kPa左右，粗氬含氧也重新開始下降。

20：08粗氬Ⅱ塔阻力突然上升到滿量程20 kPa，V712沒有流量，立即關(guān)閉V712；上塔阻力PdI2也隨之上漲到滿量程10 kPa，且開始波動(dòng)，主冷液面隨之波動(dòng)，氧氣純度大幅波動(dòng)，出現(xiàn)“液懸”現(xiàn)象；22：12氧壓機(jī)被迫打開出口放空閥，停止外送氧氣，打循環(huán)空轉(zhuǎn)；此時(shí)氮?dú)庵泻趼?.1×10-6，合格。

（1）調(diào)整主塔

由于公司生產(chǎn)任務(wù)緊迫，立即啟動(dòng)液氧氣化系統(tǒng)，保證供氧壓力穩(wěn)定，勉強(qiáng)維持公司生產(chǎn)。為了盡快恢復(fù)氧氣純度，必須消除液懸，穩(wěn)定主塔工況。首先調(diào)整下塔液空純度，由于氮?dú)饧兌群细瘢虼吮M量開大V3，提高液空純度，使其在36%～38%之間；開大液氮取出閥V8，將多余的液氮送入貯槽，減少去上塔液氮量，避免因氬塔的切除，改變上塔精餾段回流比；其次，空壓機(jī)減量，稍關(guān)V11，降低下塔壓力，主冷傳熱溫差減小，熱負(fù)荷減少，主冷中液氧蒸發(fā)量減少，上塔的上升氣速會(huì)下降，壓差減小。通過以上調(diào)整，上塔工況趨于穩(wěn)定，阻力開始下降，氧氣純度慢慢上漲。24日1：37氧氣純度達(dá)到99.6%，氧壓機(jī)恢復(fù)送氧，氧氣產(chǎn)量控制在5 000 m3/h左右，液懸故障解除。

圖1 鞍山寶得6500 m3/h空分設(shè)備部分工藝流程圖

（2）調(diào)整粗氬塔

粗氬冷凝器液空液位上漲，液空回流溫度84 K，稍開閥V704至兩圈，將溫度較低的液空慢慢打回上塔，降低液空液面；粗氬Ⅱ塔阻力仍然是滿量程20 kPa，循環(huán)氬泵出口回流閥V703（自動(dòng)狀態(tài)）全開，V713關(guān)閉，粗氬Ⅱ塔底部液位不變，循環(huán)氬泵處于打循環(huán)狀態(tài)，氬餾分量不能進(jìn)入粗氬Ⅱ塔冷凝器被冷凝，持續(xù)數(shù)小時(shí)未見好轉(zhuǎn)，大家一致認(rèn)為填料發(fā)生了嚴(yán)重的堵塞事故。7：22停運(yùn)循環(huán)氬泵，關(guān)閉液空去粗氬Ⅱ塔冷凝器V701閥，全開V704，切除粗氬塔，主塔在氬塔不投的情況下維持低負(fù)荷生產(chǎn)。

2 故障分析

檢查V713、V703閥正常，排除因V713和V703閥開關(guān)失靈造成粗氬塔液面波動(dòng)的可能；打開檢查粗氬Ⅱ塔頂部氬側(cè)壓力PI701信號(hào)管、分析管AE705、AE710，為負(fù)壓；打開粗氬塔阻力PdI702負(fù)壓管、分析管AE711，為負(fù)壓；判斷粗氬Ⅱ塔堵塞部位在填料下部，且全部堵死?？赡茉斐商盍隙氯囊粋€(gè)是冰粒，一個(gè)是氬固化顆粒。

2.1 粗氬Ⅱ塔填料冰堵

2013年初，因公司電網(wǎng)多次停電，造成空分多次開停車，如果V712閥不關(guān)或關(guān)閉不嚴(yán)，外界空氣被吸入，空氣中的水蒸汽被凍結(jié)在粗氬冷凝器通道上，制氬系統(tǒng)投入運(yùn)行后，冰粒可能會(huì)隨液氬經(jīng)回流管道到達(dá)粗氬塔上部，堵塞冷凝器通道或填料上部。但每次意外停車，都是首先關(guān)閉V712、V701，全開液空回上塔閥V704，其他依次按規(guī)程正常停運(yùn)氬系統(tǒng)，停車后粗氬Ⅱ塔內(nèi)始終保持正壓，如果有短時(shí)間負(fù)壓，濕空氣被吸入粗氬Ⅱ塔，在投入制氬系統(tǒng)后，工況會(huì)出現(xiàn)異常，氬產(chǎn)量和純度無法保證。而實(shí)際產(chǎn)量和純度均達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)，因此排除粗氬Ⅱ塔填料冰堵的可能。

2.2 粗氬Ⅱ塔氬固化顆粒堵塞

粗氬冷凝器中的粗氬氣含氬99.6%，工作壓力為0.024 MPa，其對(duì)應(yīng)的凝固溫度為84 K，而粗氬液化器中作為冷源的液空溫度一般在88 K。實(shí)際在氬塔運(yùn)行中，粗氬冷凝器發(fā)生氬固化，是由于操作不當(dāng)，液空溫度過低，冷凝器溫差增大，在冷凝器表面有氬固化。檢查液空回流溫度記錄，發(fā)現(xiàn)當(dāng)天溫度為84 K～82 K，因此判斷粗氬Ⅱ塔冷凝器發(fā)生氬固化的可能性較大。

3 故障解除

徹底切除粗氬塔后，將粗氬塔下部的液體通過V755閥全部排掉，卸掉逆止閥V771閥頭，用干燥的儀表空氣通過V712，對(duì)粗氬Ⅱ塔進(jìn)行反吹，12：13時(shí)吹通，填料上固化的氬逐漸變成液體全部下來，液面微漲，然后排掉，粗氬Ⅱ塔阻力回到零，頂部壓力也恢復(fù)正常，停止反吹儀表氣，將卸下的逆止閥頭恢復(fù)，然后利用上塔的氣體對(duì)粗氬塔進(jìn)行吹除，通過V712放掉氣體，控制排放量在150 m3/h。

15：30投粗氬塔，V701閥開始打開，并逐漸開大，粗氬Ⅱ塔阻力逐漸增高，底部液面也逐漸增高，16：22啟動(dòng)循環(huán)氬泵，隨著氬塔工況的逐步穩(wěn)定，逐漸增加進(jìn)塔空氣量，19：10空壓機(jī)導(dǎo)葉開全，空氣量加滿，氧氣產(chǎn)量提到7 200 m3/h，25日22：45粗氬含氧率AI704降到2×10-6以下，投入精氬塔，恢復(fù)了氬氣的生產(chǎn)，到此整個(gè)故障處理結(jié)束。

4 故障原因

2013年以前主塔、氬塔生產(chǎn)均是很穩(wěn)定的，表現(xiàn)在粗氬塔液空回流溫度TI701為88 K。進(jìn)入2013年以來，多次的啟停車，粗氬Ⅱ塔冷凝器液空回流溫度降到85～84 K，接近氬固化的溫度，但氬塔仍保持穩(wěn)定運(yùn)行，大家都以為是溫度計(jì)有誤差；事故當(dāng)天該溫度計(jì)指示在84～82 K之間，也沒有引起領(lǐng)導(dǎo)足夠重視，還是認(rèn)為溫度計(jì)不準(zhǔn)確。堵塞事故發(fā)生初期，沒有意識(shí)到發(fā)生了氬固化，是因?yàn)橥ǔ骞袒笫嵌氯淠魍ǖ?，冷凝量減少，阻力降低，嚴(yán)重時(shí)阻力為0。這與實(shí)際阻力是滿量程20 kPa不符。

故障發(fā)生當(dāng)天，冷凝器溫度時(shí)而低于氬固化溫度，氬在粗氬冷凝器表面產(chǎn)生固化，時(shí)而高于氬固化溫度，固化的氬顆粒就脫落到填料上，造成粗氬塔液體回流不暢，引起粗氬Ⅱ塔阻力與液位的波動(dòng)；溫度的忽高忽低，固化的固態(tài)氬在填料上逐漸積累并隨之下流，最終粗氬Ⅱ塔填料下部被全部堵死。

5 防范措施

為了防止氬氣在粗氬Ⅱ塔冷凝器表面發(fā)生固化事故，采取了以下措施：

（1）停車后V704全開，將液空全部返回上塔；啟車后投入粗氬塔時(shí)，漸開V701后，TI701溫度計(jì)指示一般為85 K左右，此時(shí)保持V704全開狀態(tài)，用溫度較高的液空加熱冷凝器，待TI701溫度升至88 K左右時(shí)，V704閥全關(guān)，防止投粗氬塔初期，液空溫度低，氬餾分量較少，氬在冷凝器表面產(chǎn)生固化。

（2）提高上塔壓力，將上塔PIC104壓力自動(dòng)控制從原來15 kPa提高到17 kPa，以提高粗氬Ⅱ塔冷凝器液空側(cè)壓力，即提高液空溫度。

（3）下塔液空純度一定要控制在36%～38%之間，最好按上限控制，以提高粗氬Ⅱ塔冷凝器液空節(jié)流后的溫度。

6 改進(jìn)效果

后來的幾次停啟車，液空回液溫度TI701已經(jīng)從原來84～83 K提升到88 K，完全脫離了氬固化的溫度區(qū)域范圍，再?zèng)]有發(fā)生粗氬塔固化的事故。

[1]湯學(xué)忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，

2003.

Adjustment,Analysis and Treatment of an Upper Column Liquid Suspending Accident Caused by Blocking in Crude Argon Column

CHAI Jingyao
(Oxygen Making Plant of Anshan Debao Iron and Steel Co.Ltd.,Anshan,Liaoning 114000,China)

The crude argon column of the 6 500 m3/h air separator failed during operation,leading to sharp rise of oxygen content in argon.Through troubleshooting icing blocking of fillings was ruled out while argon solidification in the condenser of the crude argon column was pinpointed to be the cause.Countermeasures of technological operation control were taken, which prevented such accident happening again and ensured normal production.

crude argon column;blocking;failure;argon solidification

TB657.7

B

1006-6764(2014)09-0032-03

2014－06－06

柴敬堯（1966－），女，1989年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院冶金機(jī)械專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事工藝、設(shè)備、生產(chǎn)管理工作。