一起粗氬塔堵塞引起上塔液懸故障的調整、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）

一起粗氬塔堵塞引起上塔液懸故障的調整、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空分設備中的粗氬塔在運行過程中發生了故障，導致氬中含氧急劇上升。經故障查找排除了填料冰堵原因，認為是粗氬塔冷凝器發生氬固化所致，在工藝操作控制上采取了相應的防范措施，避免了故障再次發生，保證了正常生產。

粗氬塔；堵塞；故障；氬固化

1 故障及調整經過

鞍山寶得鋼鐵有限公司2#6500 m3/h空分設備由杭州杭氧股份有限公司設計制造，采用分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機制冷、膨脹空氣進上塔、全精餾無氫制氬外壓縮流程。2007年6月投產，氧、氮、氬的產量和純度均達到或超過了合同指標，運行狀態一直良好。但2013年4月23日，正常運行的空分，粗氬塔突然發生了故障，氬中含氧上升，上塔液懸，氧純度下降，氧壓機被迫停止外送氧氣。

2013年4月23日2：15，空分設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，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由自動狀態改為手動，避免因其波動，粗液氬大量進入主冷液氧，影響氧氣純度，主塔工況穩定，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，稍關液空去粗氬Ⅱ塔冷凝器閥V701，減小負荷，阻力PdI702又逐漸恢復到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，立即關閉V712；上塔阻力PdI2也隨之上漲到滿量程10 kPa，且開始波動，主冷液面隨之波動，氧氣純度大幅波動，出現“液懸”現象；22：12氧壓機被迫打開出口放空閥，停止外送氧氣，打循環空轉；此時氮氣中含氧率0.1×10-6，合格。

（1）調整主塔

由于公司生產任務緊迫，立即啟動液氧氣化系統，保證供氧壓力穩定，勉強維持公司生產。為了盡快恢復氧氣純度，必須消除液懸，穩定主塔工況。首先調整下塔液空純度，由于氮氣純度合格，因此盡量開大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，空壓機減量，稍關V11，降低下塔壓力，主冷傳熱溫差減小，熱負荷減少，主冷中液氧蒸發量減少，上塔的上升氣速會下降，壓差減小。通過以上調整，上塔工況趨于穩定，阻力開始下降，氧氣純度慢慢上漲。24日1：37氧氣純度達到99.6%，氧壓機恢復送氧，氧氣產量控制在5 000 m3/h左右，液懸故障解除。

圖1 鞍山寶得6500 m3/h空分設備部分工藝流程圖

（2）調整粗氬塔

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，循環氬泵出口回流閥V703（自動狀態）全開，V713關閉，粗氬Ⅱ塔底部液位不變，循環氬泵處于打循環狀態，氬餾分量不能進入粗氬Ⅱ塔冷凝器被冷凝，持續數小時未見好轉，大家一致認為填料發生了嚴重的堵塞事故。7：22停運循環氬泵，關閉液空去粗氬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荷生產。

2 故障分析

檢查V713、V703閥正常，排除因V713和V703閥開關失靈造成粗氬塔液面波動的可能；打開檢查粗氬Ⅱ塔頂部氬側壓力PI701信號管、分析管AE705、AE710，為負壓；打開粗氬塔阻力PdI702負壓管、分析管AE711，為負壓；判斷粗氬Ⅱ塔堵塞部位在填料下部，且全部堵死。可能造成填料堵塞的一個是冰粒，一個是氬固化顆粒。

2.1 粗氬Ⅱ塔填料冰堵

2013年初，因公司電網多次停電，造成空分多次開停車，如果V712閥不關或關閉不嚴，外界空氣被吸入，空氣中的水蒸汽被凍結在粗氬冷凝器通道上，制氬系統投入運行后，冰粒可能會隨液氬經回流管道到達粗氬塔上部，堵塞冷凝器通道或填料上部。但每次意外停車，都是首先關閉V712、V701，全開液空回上塔閥V704，其他依次按規程正常停運氬系統，停車后粗氬Ⅱ塔內始終保持正壓，如果有短時間負壓，濕空氣被吸入粗氬Ⅱ塔，在投入制氬系統后，工況會出現異常，氬產量和純度無法保證。而實際產量和純度均達標達產，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，其對應的凝固溫度為84 K，而粗氬液化器中作為冷源的液空溫度一般在88 K。實際在氬塔運行中，粗氬冷凝器發生氬固化，是由于操作不當，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，發現當天溫度為84 K～82 K，因此判斷粗氬Ⅱ塔冷凝器發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，對粗氬Ⅱ塔進行反吹，12：13時吹通，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，頂部壓力也恢復正常，停止反吹儀表氣，將卸下的逆止閥頭恢復，然后利用上塔的氣體對粗氬塔進行吹除，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啟動循環氬泵，隨著氬塔工況的逐步穩定，逐漸增加進塔空氣量，19：10空壓機導葉開全，空氣量加滿，氧氣產量提到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，恢復了氬氣的生產，到此整個故障處理結束。

4 故障原因

2013年以前主塔、氬塔生產均是很穩定的，表現在粗氬塔液空回流溫度TI701為88 K。進入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，但氬塔仍保持穩定運行，大家都以為是溫度計有誤差；事故當天該溫度計指示在84～82 K之間，也沒有引起領導足夠重視，還是認為溫度計不準確。堵塞事故發生初期，沒有意識到發生了氬固化，是因為通常氬固化后是堵塞冷凝器通道，冷凝量減少，阻力降低，嚴重時阻力為0。這與實際阻力是滿量程20 kPa不符。

故障發生當天，冷凝器溫度時而低于氬固化溫度，氬在粗氬冷凝器表面產生固化，時而高于氬固化溫度，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；溫度的忽高忽低，固化的固態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，漸開V701后，TI701溫度計指示一般為85 K左右，此時保持V704全開狀態，用溫度較高的液空加熱冷凝器，待TI701溫度升至88 K左右時，V704閥全關，防止投粗氬塔初期，液空溫度低，氬餾分量較少，氬在冷凝器表面產生固化。

（2）提高上塔壓力，將上塔PIC104壓力自動控制從原來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塔冷凝器液空節流后的溫度。

6 改進效果

后來的幾次停啟車，液空回液溫度TI701已經從原來84～83 K提升到88 K，完全脫離了氬固化的溫度區域范圍，再沒有發生粗氬塔固化的事故。

[1]湯學忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，

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年畢業于鞍山鋼鐵學院冶金機械專業，工程師，現從事工藝、設備、生產管理工作。