空分設備冷箱內珠光砂結冰塊問題分析＊

徐少輝，張才禮，周尤剛

(武漢鋼鐵集團氧氣有限責任公司，湖北武漢青山白玉山 430083）

空分設備冷箱內珠光砂結冰塊問題分析＊

徐少輝，張才禮，周尤剛

(武漢鋼鐵集團氧氣有限責任公司，湖北武漢青山白玉山 430083）

空分設備冷箱內珠光砂結冰塊問題非常普遍，會給設備造成隱患和危害。分析了珠光砂結冰所導致的危害;分析了其結冰原因;并提出了應對措施。

空分設備;冷箱;珠光砂;結冰塊

武鋼集團氧氣公司G臺60 000 m3/h、H臺60 000 m3/h空分設備均由德國林德公司提供，于2006年通過性能考核，兩臺設備各項指標均達到設計要求。G臺設備于2010年停車大修，扒砂時發現冷箱內珠光砂有結冰塊現象;H臺于2011年7月停車大修，扒砂時亦發現冷箱內珠光砂有結冰塊現象。

兩臺設備結冰塊情況相像，均是由冷箱頂部開始往下結冰塊，結實的冰層厚度達2 m多，再往下就是比較松散的冰花層，其厚度達4～5 m。另外，筆者通過調查發現冷箱內珠光砂有結冰現象的絕非武鋼氧氣公司一家，像新鋼、天津鋼鐵、寶鋼、邢臺鋼鐵、南京鋼鐵等多家鋼鐵公司的空分設備均有此現象，涉及多家鋼鐵公司、多家不同廠商生產的空分設備及多種型號的空分設備，由此可見空分設備冷箱內珠光砂結冰塊現象非常普遍。珠光砂結冰塊對空分設備有很大的危害，應給予足夠的重視。因為頂部冰塊厚實，武鋼氧氣公司采用的是人工鑿冰方式，在這種方式下相關人員一定要系好安全帶確保安全。

1 珠光砂結冰造成的隱患及危害

珠光砂由于其具有導熱系數低、化學穩定性好、不燃、無味、吸音等特性，在冷箱保溫層施工中得到大量的應用。珠光砂受潮及結冰塊都會對空分系統的運行產生危害。

在這次大修中發現H臺上塔閥門FV3211處有嚴重結冰塊現象，閥門及閥桿有下沉位移，并且變形彎曲，中心偏移原位置，導致閥門不能動作，遠程控制失效。空分塔內整個管道全部下墜約0.5 m，部分不銹鋼支架被拉斷。如果不及時處理，則會引起更大的問題，如塔體被拉扯破裂引起漏液，進而引起冷箱爆裂。還有其他的危害，分析總結如下:

1．珠光砂吸潮結成大冰塊。由于設備運轉中的振動，使珠光砂整體下沉，塊狀的珠光砂對管道形成的負荷比粒狀的大，會對管道和容器形成破壞力，造成故障，影響設備的正常運轉。

2．冷箱內的珠光砂受潮、凍結，使其保溫性能下降，造成漏冷，增加能耗。同時，為了保證制氧機的冷量平衡，就必須增大膨脹機的膨脹量，以便多產冷，勢必增加冷損，膨脹氣量的增加，就直接影響到氣體產量，造成產品產量減少，氧氣提取率下降，氣體單耗上升。

3．會造成管道變形。管道變形基本分布在冷箱頂部層，冷箱加溫復熱時，整個塔體由冷狀態位置上升到常溫位置，頂部管道隨塔向上移，可是珠光砂仍處于0℃以下而且結冰塊，而這些管線不能克服冰層壓力，導致管道變形。另外，珠光砂結冰塊后自重增加，壓迫、拉扯塔內的管道，導致管道變形，嚴重的甚至拉裂管道，造成漏氣，被迫停產檢修。

4．珠光砂結冰塊，扒砂時需要先鑿開厚厚的冰層，增加工作難度、時間以及經費，影響工作進度。H臺扒砂時，多名工人輪班24 h值班鑿冰，持續了一周才除掉冰層，嚴重影響了大修進度。

5．頂部密集結冰塊形成一個整體的珠光砂冰層，可能將冷箱頂部封嚴，阻擋安全閥起作用，形成安全隱患。

鑒于以上的分析總結，可見珠光砂結冰塊會對設備產生安全隱患和危害，對此我們應該給予重視，盡量避免珠光砂結冰塊。

2 珠光砂結冰塊原因分析

由于冷箱內珠光砂處于低溫狀態，一旦有水或者是水蒸氣進入冷箱，便會被珠光砂吸收，進而結成珠光砂冰塊。因此，對珠光砂結冰塊原因的分析實際上是對珠光砂結冰塊的水來源的分析。

因為冰層集中在冷箱頂部，說明主要是在冷箱頂部有水分或是濕空氣進入。根據現場勘查以及對扒出的珠光砂的觀察，分析珠光砂結冰塊的水來源，總結如下:

1．冷箱內的密封氮氣管道設計不合理，頂部密封氮氣壓力低，正壓不夠，濕空氣進入冷箱。冷箱內的密封氣采用的是同一氣源分上、中、下三路供氣，在中下路滿足正壓要求的情況下，上路因為高度高、管路長，導致上路壓力偏低，無法滿足一定的正壓要求。武鋼氧氣公司H臺中下路的正壓可達0.37 kPa，而上路一般都低于0.02 kPa，低于設計的最低正壓0.04 kPa，因此冷箱頂部的正壓基本上達不到要求，無法阻止濕空氣的進入。

2．冷箱頂部鋼板焊接處焊縫不嚴，表面漆層老化、起泡，造成下層鋼板銹蝕，雨水滲入。

3．冷箱頂部人孔的密封性能不好，濕空氣進入冷箱。頂部人孔蓋子打開后發現人孔及人孔內外的鋼板都已經銹蝕，充分說明有濕空氣進入。

4．管道、閥門密封皮套有老化。雨水、濕空氣可以通過閥門進入。

5．裝填過程中珠光砂吸濕，甚至是將濕珠光砂裝入了冷箱。

3 應對措施

上面分析了珠光砂結冰塊的原因，那么我們可以采取相對應的措施來避免結冰塊。可實行如下措施:

1．首先，我們需要在思想上重視冷箱頂部的密封氣氣壓不足問題。頂部是最主要的結冰塊的地方，而通常頂部密封氣氣壓又不足，因此我們需要密切關注頂部密封氣氣壓。如果不足，則需加大密封氣氣源的壓力，或者是擴大密封氣管道直徑、增加密封氣管道等，一定要保證足夠的正壓。

2．重視冷箱頂部的防水，防止冷箱頂部滲水。

3．冷箱人孔、管道進出冷箱結合部處都需加強密封。

4．冷箱壁上如果有老化、破損的密封皮套，則需更換，同時加強保護。

5．閥門、閥桿處要做好密封，防止雨水滲入。

6．充分保證重新裝填的珠光砂保持干燥，濕珠光砂一定不能裝入冷箱。吸潮的珠光砂可用干燥的熱空氣進行烘干。干燥的熱空氣經過烘干筒吹過珠光砂后，其相對濕度上升，含濕量增加，從而把珠光砂中的水分帶走，這個過程近似為絕熱過程。因此，烘干質量為M的珠光砂，需要的干燥空氣質量mg為:

式中，mg為干燥空氣的質量;t1為吹過珠光砂前的干燥空氣溫度，單位為℃;t2為吹過珠光砂后的空氣的溫度，單位為℃;h1為烘干前的珠光砂含水率;h2為烘干后的珠光砂含水率;M為珠光砂的質量，不計烘干前后的總質量變化，即視M為恒值。具體計算過程見參考文獻［3］。

7．冷箱頂部盡量地減少閥門設置，可改為設置在塔側面，減少滲透點。

另外，一旦發現珠光砂結冰塊，則扒砂時需要非常小心仔細、耐心。必須先打開冷箱頂部的人孔，從最上層開始除冰 (當冰塊比較厚實時，則建議采用人工鑿冰方式，相關人員必須系好安全帶確保安全;當冰塊比較松脆時可以采用其他方式除冰），大冰塊必須從冷箱頂部人孔吊出，逐層往下操作，只有這樣才不會損傷冷箱內的管道。而堅決不可先開啟最下層的排卸口排沙，否則下部排空了而上部由于結冰塊形成整體，懸掛在冷箱上部，最終可能形成塌砂事故，砸壞工藝管道、儀表管道以及支架等。

4 結 語

本文綜述了空分設備冷箱內珠光砂結冰塊這一常見現象，根據武鋼氧氣公司H臺六萬制氧機的珠光砂結冰塊情況及破壞情況，分析了其所有可能造成的危害，其危害不容小覷，應給予足夠的重視;并總結了結冰塊的水來源;最后提出了多條相應的措施，為解決這一問題提供了一些思路。

［1］徐永軍，李增民，等．制氧機冷箱內珠光砂結冰塊事故分析和處理［J］．氣體分離，2004(5）:33．

［2］張文兵，周家建．空分設備冷箱內管道變形和防范措施［J］．深冷技術，2007(5）:51-53．

［3］楊陽．絕熱珠光砂烘干過程的參數計算 ［J］．深冷技術，1997(3）:11-13．

Analyzing The Problem of Perlite Icing Agglomerate Inside The Cold Box of An Air Separation Unit

XU Shaohui，ZHANG Caili，ZHOU Yougang

(Oxygen Co．，Ltd．，Wuhan Iron and Steel(Group）Corp．，Wuhan 430083，China）

The problem of perlite icing agglomerate inside the cold box ofan air separation unit is very common，and itmay take some hidden danger and harm to the equipment．This article summarizes the destroying by the problem of perlite icing agglomerate;analyses the reasons;and proposes some breastingmeasure．

air separation unit;cold box;perlite;icing agglomerate

TB657.7

B

1007-7804(2012）03-0032-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2012.03.008

2012-02-16

徐少輝 (1982），男，2010年畢業于中國科學院理化技術研究所，碩士研究生，制冷與低溫工程專業，助理工程師。