張娟娟，張格亮

（金川集團(tuán)股份有限公司動(dòng)力廠,甘肅 金昌 737100）

空分裝置粗氬液化器與精氬塔連通管堵塞的分析與處理

張娟娟，張格亮

（金川集團(tuán)股份有限公司動(dòng)力廠,甘肅 金昌 737100）

由于空分裝置在停車(chē)檢修前氬分餾系統(tǒng)加溫不徹底，且粗氬液化器頂部不凝性氣體排放閥V766停車(chē)后沒(méi)有關(guān)閉，外界濕空氣進(jìn)入粗氬冷凝器與精氬塔，水分在聯(lián)通管凝結(jié)后發(fā)生冰堵事故。介紹了故障處理措施及注意事項(xiàng)，并總結(jié)了防范措施。

空分裝置；粗氬冷凝器；精氬塔；聯(lián)通管；冰堵

1 概述

金川集團(tuán)股份有限公司動(dòng)力廠20000Nm3/h空分設(shè)備于2005年投產(chǎn)，為銅合成爐和銅熔煉車(chē)間提供冶煉用氧。空分設(shè)備采用空氣預(yù)冷、分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、氧氣內(nèi)壓縮、氮?dú)馔鈮嚎s、膨脹空氣送下塔、全精餾無(wú)氫制氬工藝流程。氬生產(chǎn)系統(tǒng)由粗氬I塔、粗氬Ⅱ塔、循環(huán)粗氬泵、粗氬液化器、精氬塔組成。

20000Nm3/h空分設(shè)備采用全精餾無(wú)氫制氬技術(shù)，粗氬I塔、粗氬Ⅱ塔及精氬塔均采用規(guī)整填料塔，其液氬生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介為如下：金川集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)金川集團(tuán)）空分裝置循環(huán)水系統(tǒng)，主要由冷卻塔、水池、風(fēng)機(jī)、離心水泵、旁濾器及全自動(dòng)鈉離子交換器等設(shè)備組成，其循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)量是依靠全自動(dòng)鈉離子交換器制作軟化水進(jìn)行補(bǔ)充。其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示：

圖1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

1）從分餾塔上塔提餾段氬餾份富集區(qū)引出含氬12%左右的氬餾份氣體進(jìn)入粗氬Ⅰ塔，作為上升氣流，由粗氬Ⅱ塔底部引出含氧3%的液氬,經(jīng)液氬泵輸送至粗氬Ⅰ塔頂部，作為回流液體進(jìn)行精餾；

2）粗氬Ⅰ塔頂部引出的含氧3%的氬氣體進(jìn)入粗氬Ⅱ塔底部作為上升氣流，粗氬Ⅱ塔頂部安裝由過(guò)冷器后液空作為冷源的粗氬冷凝器，當(dāng)上升氣流進(jìn)入冷凝器時(shí)部分被液化為含氧小于2×10-6的液氬，作為粗氬Ⅱ塔回流液體進(jìn)行精餾；

3）從粗氬Ⅱ塔頂部粗氬冷凝器氬側(cè)抽出部分含氧小于2×10-6的粗氬氣體，進(jìn)入以下塔液氮作為冷源的頂部設(shè)有不凝性氣體排放裝置的粗氬液化器，將其液化為液態(tài)粗氬；

4）粗氬冷凝器底部粗氬液體經(jīng)過(guò)連通管進(jìn)入精氬塔上部作為部分回流液體，精氬塔底部安裝有以下塔頂部0.43MPa氮?dú)庾鳛闊嵩吹木珰逭舭l(fā)器，將底部精氬液體蒸發(fā)作為上升蒸汽。頂部安裝有以下塔液氮作為冷源的精氬冷凝器，將上升蒸氣冷凝為液體，作為精氬塔主要回流液體進(jìn)行精餾。精氬冷凝器氬側(cè)頂部含氮較高的氣體經(jīng)過(guò)E751復(fù)熱器后由排空，底部得到含氧小于2×10-6，含氮小于3× 10-6的產(chǎn)品液氬進(jìn)入液氬儲(chǔ)槽。

2 故障現(xiàn)象

2015年8月20000Nm3/h空分設(shè)備年度檢修25天后，于9月15日設(shè)備正常啟動(dòng)，9月17日分餾塔系統(tǒng)進(jìn)入冷卻階段后，發(fā)現(xiàn)精氬塔頂部壓力PI-CAS704顯示為零。檢查精氬塔排空閥V751處于關(guān)閉狀態(tài)，殘液排放閥V757處于關(guān)閉狀態(tài)。而粗氬液化器PIC705壓力顯示為0.037MPa，其進(jìn)氣閥V705處于全開(kāi)狀態(tài)。根據(jù)以上狀況判斷可能粗氬液化器與精氬塔連通管發(fā)生堵塞故障。

3 故障原因分析

1）檢查粗氬液化器不凝性氣體排放閥V766處于開(kāi)啟狀態(tài)，查找設(shè)備停車(chē)、啟動(dòng)操作記錄，發(fā)現(xiàn)空分設(shè)備檢修前停車(chē)封塔時(shí)V766與V764閥門(mén)未作任何操作，由此可知在系統(tǒng)停車(chē)期間V766閥門(mén)沒(méi)有關(guān)閉；

2）檢查DCS設(shè)備運(yùn)行歷史趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)空分裝置分餾系統(tǒng)各壓力點(diǎn)壓力顯示均為零，查找設(shè)備停車(chē)、啟動(dòng)操作記錄，發(fā)現(xiàn)空分裝置停車(chē)后沒(méi)有對(duì)分餾系統(tǒng)通入儀表氮?dú)馐顾?nèi)保持正壓的操作；

3）檢查粗氬氣排空管止回閥V771與精氬塔余氣放空管止回閥V768開(kāi)關(guān)靈活，不會(huì)發(fā)生外界濕空氣倒流現(xiàn)象；

4）在設(shè)備啟動(dòng)加溫階段，崗位操作人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)精氬塔PICAS704顯示為零，但沒(méi)有仔細(xì)查找原因，而是打開(kāi)了精氬塔啟動(dòng)加溫管道V761閥門(mén)，從精氬塔底部通入氣體進(jìn)行加溫，執(zhí)行此操作后，掩蓋了由于粗氬液化器與精氬塔連通管堵塞造成精氬塔壓力為零的故障現(xiàn)象。

通過(guò)以上檢查分析判斷可知，由于分餾塔停車(chē)封塔時(shí)氬分餾系統(tǒng)加溫不徹底，也沒(méi)有關(guān)閉V766閥門(mén)，且分餾系統(tǒng)未實(shí)施通入儀表氮?dú)馐顾?nèi)保持正壓的操作，導(dǎo)致在設(shè)備停車(chē)檢修期間，濕空氣通過(guò)V766閥門(mén)進(jìn)入粗氬冷凝器。而設(shè)備停車(chē)檢修時(shí)加溫時(shí)，由于氬系統(tǒng)容器多，管徑小，如果不對(duì)氬系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行檢修，為了節(jié)能不將氬系統(tǒng)設(shè)備加溫至常溫狀態(tài)，通常在-30°左右。因此，當(dāng)濕空氣進(jìn)入粗氬液化器后，由于V705閥門(mén)停車(chē)期間處于關(guān)閉狀態(tài)，濕空氣通過(guò)粗氬液化器與精氬塔的連通管進(jìn)入精氬塔，但由于聯(lián)通管管徑為DN50，且部分管道在冷箱內(nèi)為水平布置，濕空氣水分凝結(jié)后，導(dǎo)致聯(lián)通管發(fā)生冰堵事故。

4 處理措施

2015年9月17日20000Nm3/h空分設(shè)備分餾系統(tǒng)進(jìn)入冷卻階段后，主塔溫度已冷卻至-150℃，而銅合成爐系統(tǒng)生產(chǎn)任務(wù)重，必須按時(shí)復(fù)產(chǎn)。因此，決定主分餾塔、粗氬I塔及粗氬Ⅱ塔正常投入運(yùn)行，為冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)氧氣及氮?dú)?，停止生產(chǎn)液氬產(chǎn)品，對(duì)粗氬液化器及精氬塔實(shí)施以下操作：

1）全關(guān)精氬塔頂部冷凝器液氮入口V706閥門(mén)、氮?dú)獬隹赩715閥門(mén)，全關(guān)精氬塔底部蒸發(fā)器液氮出口V707閥門(mén)，全關(guān)精氬塔純氬去液氬儲(chǔ)槽V708閥門(mén)，防止低溫氣體、液體進(jìn)入精氬塔。

2）微開(kāi)精氬塔冷態(tài)加溫儀表氮?dú)夤艿兰訙亻yV775，從精氬塔頂部余氣排放管經(jīng)精氬冷凝器向精氬塔內(nèi)通入常溫氮?dú)?，?duì)精氬塔進(jìn)行加溫；

3）將余氣排放閥V751投入自動(dòng)控制狀態(tài)，控制精氬塔壓力在0.06～0.08Mpa范圍之內(nèi)，保證精氬塔不超壓工作；

4）全開(kāi)精氬塔底部純氬排空閥V757，使進(jìn)入精氬塔的儀表氮?dú)鈱?duì)精氬塔加溫后由此排放至大氣中；

5）全關(guān)粗氬液化器液氮入口V711閥門(mén)、粗氬氣入口V705閥門(mén)，并將這兩個(gè)自動(dòng)控制閥門(mén)投入手動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)，防止低溫氣體、液體進(jìn)入粗氬液化器。

6）從20000Nm3/h空分設(shè)備壓力變送器室將由精氬塔阻力計(jì)PDIC703排污上閥與粗氬冷凝器壓力變送器PIC702排污閥聯(lián)通，并將以上兩個(gè)排污閥全開(kāi)，將精氬塔內(nèi)儀表氮?dú)庖氪謿逡夯鳉鍌?cè)，對(duì)粗氬液化器加溫；

7）微開(kāi)粗氬液化器頂部不凝性氣體排放閥V766，使進(jìn)入精氬液化器的儀表氮?dú)庥纱伺欧胖链髿庵小?/p>

5 注意事項(xiàng)

1）由于精氬塔壓力過(guò)低將會(huì)影響精氬塔的加溫效率，而壓力過(guò)高就會(huì)使設(shè)備超壓，帶來(lái)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，因此崗位操作人員必須密切關(guān)注PICAS704壓力變化，將此壓力嚴(yán)格控制在0.06～0.08MPa范圍之內(nèi)。

2）規(guī)定每4h崗位操作人員使用便攜式點(diǎn)溫儀，檢測(cè)粗氬液化器頂部不凝性氣體排放閥V766出口氣體溫度，并做好相應(yīng)記錄，若排氣溫度小于-30℃，檢查粗氬液化器液氮入口V711閥門(mén)、粗氬氣入口V705閥門(mén)與精氬塔冷凝器液氮進(jìn)口閥V706是否完全關(guān)閉；

3）穩(wěn)定主塔氬餾分含氬在8%～12%，密切關(guān)注粗氬塔流量 FI702及粗氬Ⅱ冷凝器液空液位LIC701變化，同時(shí)通過(guò)粗氬排放閥V712控制粗氬氣流量FIC701在700～800Nm3/h。確保粗氬I塔、粗氬Ⅱ塔運(yùn)行穩(wěn)定，避免發(fā)生氮塞現(xiàn)象，沖擊主塔運(yùn)行工況破壞氧氣、氮?dú)饧兌?，影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。

6 處理結(jié)果

1）2015年9月17日對(duì)精氬塔及粗氬液化器采用儀表氮?dú)饧訙丶斑M(jìn)行相應(yīng)的安全措施實(shí)施后，使用便攜式露點(diǎn)儀檢測(cè)粗氬液化器頂部不凝性氣體排放閥V766出口氣體露點(diǎn)為-30℃，說(shuō)明最初判斷由于V766閥門(mén)在停車(chē)期間沒(méi)有關(guān)閉，外界濕空氣通過(guò)不凝性氣體排放管進(jìn)入粗氬冷凝器及其底部去精氬塔聯(lián)通管，造成冰堵事故的判斷是正確的，且次處置方案是合理可行。

2）2015年9月19日測(cè)得V766閥門(mén)出口氣體露點(diǎn)為-20℃，說(shuō)明容器及管道中凍結(jié)水分不斷升華被干燥氮?dú)鈳С觥?月23日發(fā)現(xiàn)V766閥門(mén)出口氣體排量突然增大，且伴隨有雪花狀冰被帶出，此時(shí)斷定粗氬冷凝器底部去精氬塔堵塞聯(lián)通管已疏通，大量氣體從精氬塔通過(guò)聯(lián)通管進(jìn)入粗氬液化器后，從V766閥門(mén)出口排出。9月26日測(cè)得從V766閥門(mén)出口露點(diǎn)溫度為-80℃，說(shuō)明精氬塔、粗氬液化器及聯(lián)通管內(nèi)凍結(jié)水分已完全被帶出，可以停止對(duì)其加溫，正常投入生產(chǎn)運(yùn)行。

7 總結(jié)

帶有分子篩純化系統(tǒng)的空分設(shè)備，由于吸附劑對(duì)空氣中的H20、CO2及CnHn不是絕對(duì)吸附，在系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中它們會(huì)聚集在分餾塔主換熱器、粗氬冷凝器及液體容器內(nèi)，對(duì)空分設(shè)備造成安全隱患，嚴(yán)重時(shí)堵塞換熱通道，造成空分設(shè)備爆炸等事故的發(fā)生。因此，行業(yè)規(guī)定分子篩純化流程的空分設(shè)備必須兩年進(jìn)行一次系統(tǒng)全面加溫，清除系統(tǒng)內(nèi)長(zhǎng)期聚集的各類(lèi)雜質(zhì)保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1）在空分設(shè)備停車(chē)加溫時(shí)，確保分餾系統(tǒng)所有管道、容器必須有氣體流通，絕對(duì)避免有設(shè)備管道遺漏加溫現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2）空分系統(tǒng)加溫結(jié)束停車(chē)后，保證分餾系統(tǒng)外部所有閥門(mén)全部關(guān)閉，避免外界濕空氣進(jìn)入分餾系統(tǒng)。

3）為了保證空分設(shè)備分餾系統(tǒng)處于正壓狀態(tài)，停車(chē)后將液氧泵、液氬泵處單體加溫儀表氮?dú)馔ㄈ敕逐s系統(tǒng)。同時(shí)通過(guò)DCS控制系統(tǒng)密切關(guān)注分餾塔上塔壓力PIA2與精氬塔壓力PIAS704壓力變化，確保系統(tǒng)壓力正常。

4）空分設(shè)備啟動(dòng)前進(jìn)行系統(tǒng)全面加溫時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)加溫氣體露點(diǎn)的位置應(yīng)選擇在容器及管道氣體流通性較差的部位，如分餾塔主冷凝蒸發(fā)器氧側(cè)、粗氬液化器氬側(cè)及精氬塔蒸發(fā)器與冷凝器等，若這些部位露點(diǎn)合格則才能代表加溫氣體露點(diǎn)合格。

空分裝置循環(huán)水電導(dǎo)率超標(biāo)的原因有多種，當(dāng)發(fā)生電導(dǎo)率超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)，原因可能有一種，也可能有多種。通過(guò)分析采取相應(yīng)措施，單臺(tái)離子交換器的制水能力，提升為原來(lái)的2倍。而且將循環(huán)化水電導(dǎo)率控制在了3000μS/cm以下。

這不僅降低了軟化器再生時(shí)的NaCL消耗量，減少離子交換樹(shù)脂的補(bǔ)充量，即節(jié)約了設(shè)備檢修材料費(fèi)用。同時(shí)，循環(huán)水電導(dǎo)率的降低，減輕循環(huán)水對(duì)設(shè)備冷卻器、管道、閥門(mén)及噴頭的腐蝕程度，避免設(shè)備冷卻器泄露造成設(shè)備事故，延長(zhǎng)冷卻器、管道、閥門(mén)及噴頭的使用壽命，節(jié)約了設(shè)備檢修備件費(fèi)用。

[1] 李化治．制氧技術(shù)[M]．北京：冶金出版社，2005.

TQ028.1+5