黃 超

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠動力（制氧）車間25000Nm3/h 制氧機籌建于2006 年，2007 年7 月正式投產(chǎn)。制氧機組由四川空分設(shè)備(集團)有限責任公司設(shè)計成套,采用氮水預(yù)冷系統(tǒng)、純化系統(tǒng)、冷、熱端增壓透平膨脹機、規(guī)整填料塔以及DCS 控制系統(tǒng)，并設(shè)計有氧氣內(nèi)壓縮流程，同時向用氧單位供送壓力為30KPa 的低壓氧氣和壓力為0.8MPa 的中壓氧氣，低壓氧設(shè)計流量18000Nm3/h，中壓氧設(shè)計流量7000Nm3/h。其中預(yù)冷系統(tǒng)主要由空冷塔、冷水機組、水冷塔及2 臺高壓（6000V）水泵和2 臺低壓（380V）水泵組成［1］。

2 空氣預(yù)冷系統(tǒng)原理及流程簡圖

空冷塔內(nèi)部裝有三層填料，壓縮空氣約90～110℃送入空冷塔的中下部，由下往上穿過各填料層，被從上往下的冷卻水和冷凍水冷卻，并同時洗滌空氣中部分氧化物、氮化物、二氧化硫、氯離子等有害雜質(zhì)，最后穿過頂部的捕霧的絲網(wǎng)分離器，進入分子篩系統(tǒng)，通常情況下，在設(shè)計的時候，出空冷塔空氣的溫度應(yīng)小于15℃，如果以12℃為設(shè)計點，裝置在運行時出現(xiàn)故障，那么冷卻塔出口溫度可能超過12℃，那么出口空氣中的含水量的溫度就會達到設(shè)計溫度的兩倍［2］。進入空冷塔的冷卻水分為兩段，空冷塔下段為循環(huán)水水泵來的冷卻水，（經(jīng)加壓至1.4MPa 進入空冷塔中部，與由頂部流下來的冷凍水匯合回到水冷塔，此段有中心筒為中部液位）。上段冷凍水是由循環(huán)水來的冷卻水，經(jīng)水冷塔與由分餾塔來的多余的純氮及污氮熱交換冷卻后，由冷凍水泵加壓至1.5MPa，去空冷塔上段,這種冷卻方式是靠氣、液直接接觸進行換熱的，它的能耗低，但操作不當有可能產(chǎn)生帶水事故，使分子篩或主換熱器不能正常工作［3］。內(nèi)部主要包括噴淋水量、噴淋設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備的傳熱傳質(zhì)效率等。其中關(guān)鍵的因素是水氣比，即噴淋水量與氣體流量的比值［4］。目前分子篩流程的制氧機普遍設(shè)置冷凍機，在制氧機運行中，視加工空氣入分子篩的溫度來決定冷凍機的開、停。一旦加工空氣溫度高于設(shè)計溫度，用調(diào)節(jié)進水冷塔的污氮量增加氣水比也不能達到要求時，應(yīng)及時投入冷凍機［5］。

其流程簡圖如圖1。

圖1 空氣預(yù)冷系統(tǒng)流程

3 故障現(xiàn)象

2017 年10 月10 日，5#制氧機運行正常，控制室人員點檢DCS 發(fā)現(xiàn)空冷塔中部液位趨勢異常并大幅波動，導(dǎo)致空冷塔底部液位、水冷塔液位、空冷塔出口壓力以及空壓機出口壓力隨之波動。

4 故障排查

班組崗位人員迅速趕往現(xiàn)場查看并上報工段，工段接到控制室匯報后立即展開排查并通知計控協(xié)助檢查相關(guān)閥門。計控首先對DCS 上的液位顯示進行檢查，看是否是顯示問題，檢查后確認DCS顯示沒有問題；派崗位人員現(xiàn)場檢查液位指示，并將現(xiàn)場液位計的排氣閥打開，重置現(xiàn)場的磁浮液位翻板，重置后的液位計和開始一樣也沒問題；DCS手動干預(yù)中部液位調(diào)節(jié)閥開度，看現(xiàn)場閥門動作如何，經(jīng)檢查閥門動作正常，同時檢查水泵流量及運行情況，水泵運行正常無異常現(xiàn)象；通過這一系列的排查過后，工段決定去空冷塔上查看，在打開中心筒排水側(cè)的時候發(fā)現(xiàn)有氣排出來，于是將氣排完后再看DCS 液位，此時液位不在波動，趨于穩(wěn)定。故可判斷是因為排水側(cè)混入空氣后造成流量汽蝕波動。從而使液位顯示反饋出現(xiàn)波動不準的情況。

5 原因分析

空冷塔中部液位分別安裝了兩個對外的法蘭，一個是氣側(cè)，一個是水側(cè)，同時連接到差壓計。此差壓計是根據(jù)公式P=ρgh 的原理得出液位真實值，根據(jù)原理水側(cè)的壓力高于氣側(cè)，而水側(cè)混入空氣后則造成壓力波動，從而影響了壓差計的反饋，造成液位大幅波動［6］。空氣是由空壓機壓縮過來的，開機前空冷塔沒有水，水泵也沒有運行，由此可判斷應(yīng)該是在開機時空氣進入空冷塔時有空氣串入了水側(cè)，啟動空氣預(yù)冷系統(tǒng)后水側(cè)的水和氣混在了一起，從而導(dǎo)致了差壓計波動。

簡圖如下：

圖2 原因分析圖

6 故障處理及經(jīng)驗總結(jié)

6.1 故障處理

由于這兩個閥門是用法蘭盲住的且在空冷塔中部，不僅要爬樓梯上去，而且排氣排水都需要借助工具拆卸螺絲才可以完成，操作起來極不方便，針對這一事件的發(fā)生情況，工段決定進行改造，將其改成手操閥并接好管道引到地面上來操作，一旦下次在發(fā)生類似的情況即可在塔下進行排氣操作，這樣不僅能夠及時處理問題，也能為排查原因節(jié)省時間。

圖3 故障處理示意圖

故障處理后趨勢圖對比如圖4～圖7，對比數(shù)據(jù)見表1。

圖4 中心筒液位趨勢波動前后對比圖

圖5 空冷塔液位趨勢波動前后對比圖

圖6 水冷塔液位趨勢波動前后對比圖

圖7 系統(tǒng)壓力趨勢波動前后對比圖

表1 改造前波動數(shù)據(jù)和改造后穩(wěn)定數(shù)據(jù)

6.2 經(jīng)驗總結(jié)

（1）針對問題舉一反三，提高現(xiàn)場閥門的可操性和穩(wěn)定性，安裝閥門初始需要多方面思考，做到防范于未然。

（2）DCS 和現(xiàn)場流程相結(jié)合，對問題的出現(xiàn)要快速反應(yīng)和排查，找出具體原因分析并解決好，不要遺留下隱患。

（3）一旦造成空壓機和分子篩系統(tǒng)帶水，后果將非常嚴重。經(jīng)改造后，操作方便，運行穩(wěn)定，消除了隱患。

7 結(jié)束語

空氣預(yù)冷系統(tǒng)是空分系統(tǒng)的重要組成部分，主要作用清除空氣中的水分和雜質(zhì)，并且大幅降低空氣出塔的溫度，為分子篩系統(tǒng)保駕護航，一旦空氣預(yù)冷系統(tǒng)出現(xiàn)問題，勢必造成分子篩系統(tǒng)的工作負擔以及整個空分設(shè)備的癱瘓，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定。保證各系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是保證生產(chǎn)順行的先決條件。