管網(wǎng)氮?dú)獬瑯?biāo)特點(diǎn)分析及改進(jìn)

顧云杰，王斌

（寶山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部，上海200941）

管網(wǎng)氮?dú)獬瑯?biāo)特點(diǎn)分析及改進(jìn)

顧云杰，王斌

（寶山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部，上海200941）

主要分析了某鋼廠管網(wǎng)氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)的內(nèi)在原因，并以一起典型超標(biāo)情況為案例，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

氮?dú)饧兌龋怀瑯?biāo)；氮壓機(jī)；管網(wǎng)

1 氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)原因

氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)主要影響某鋼廠冷軋產(chǎn)品和硅鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)。氮?dú)庠诶滠埡凸桎撋a(chǎn)中用作保護(hù)氣，氮?dú)庵泻趿客蝗簧仙瑫?huì)造成冷軋和硅鋼產(chǎn)品氧化報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。目前某鋼廠氮?dú)赓|(zhì)量總體控制良好，但也會(huì)偶有發(fā)生。

某鋼廠氮?dú)赓|(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為氮中氧含量小于等于10×10-6，目前某鋼廠氮?dú)赓|(zhì)量超標(biāo)事故發(fā)生率在1年1次左右的水平。查閱歷年制氧氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)案例，發(fā)現(xiàn)氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)的原因有如下幾點(diǎn)：

（1）氮壓機(jī)啟動(dòng)過程中氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)；

（2）供氣管網(wǎng)上其他介質(zhì)竄入引起氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)；

（3）空分純度超標(biāo)未及時(shí)脫網(wǎng)；

（4）空分跳車引起氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)；

（5）停役空分氮?dú)馑统鲩y泄漏造成低壓氮?dú)饽腹芗兌仁艿狡茐模?/p>

（6）液氮蒸發(fā)過程引起氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)。

以上幾點(diǎn)引起氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)的原因，其中（1）項(xiàng)內(nèi)在原理我們經(jīng)過反復(fù)分析后有了一個(gè)較清晰的認(rèn)識(shí)，（2）項(xiàng)內(nèi)在原理并不復(fù)雜，但在改進(jìn)方面受控難度較大。（3）、（4）、（5）和（6）項(xiàng)成因和改進(jìn)措施相對(duì)清晰和簡(jiǎn)單。本文重點(diǎn)對(duì)（1）和（2）項(xiàng)進(jìn)行分析。

2 氮壓機(jī)啟動(dòng)過程中氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)原因分析及改進(jìn)

氮壓機(jī)起動(dòng)步序，起動(dòng)前，進(jìn)口導(dǎo)葉全關(guān)，旁通閥全開。起動(dòng)后，打開導(dǎo)葉，開放空閥置換氮?dú)狻Ｖ脫Q完畢后，關(guān)放空閥，打開出口閥，關(guān)小旁通閥對(duì)氮壓機(jī)加載送出。按照操作順序，氮壓機(jī)氮?dú)馑统銮岸冀?jīng)過吹掃置換，管網(wǎng)氮?dú)饧兌炔粦?yīng)該下降。

經(jīng)過多次分析試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)起動(dòng)不同的氮壓機(jī)，引起氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)的現(xiàn)象也不相同，1#～4#氮壓機(jī)在送出前，總管氮?dú)饧兌染鸵殉瑯?biāo)，而5#、6#氮壓機(jī)氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)發(fā)生在氮?dú)馑统龅乃查g。雖然現(xiàn)象不同，但超標(biāo)的原因是一樣的，關(guān)鍵問題出在導(dǎo)葉。

從上式中看出，流通截面F0減少時(shí)，只有讓截面前后壓差駐P增大時(shí)，才能確保流量Q不變，氮壓機(jī)起動(dòng)時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)流葉片是全關(guān)的。當(dāng)導(dǎo)流葉片前壓力不變時(shí)（4 kPa），只有降低導(dǎo)流葉片后的壓力才能確保壓縮機(jī)流量滿足運(yùn)轉(zhuǎn)需要。這樣在導(dǎo)流葉片后就會(huì)形成負(fù)壓，從而使氮壓機(jī)外部空氣進(jìn)入機(jī)體內(nèi)造成氮?dú)饧兌认陆怠Ｒ蚨斐傻獕簷C(jī)氮?dú)饧兌绕茐牡脑蚴堑獕簷C(jī)導(dǎo)葉關(guān)小。

氮壓機(jī)氮?dú)馑统銮埃歼M(jìn)行放空置換，機(jī)內(nèi)的不純氮?dú)庠趺磿?huì)進(jìn)入管網(wǎng)，就要從氮壓機(jī)起動(dòng)調(diào)節(jié)特性來分析。

圖1 中壓氮壓機(jī)流程簡(jiǎn)圖

圖2 氮壓機(jī)管網(wǎng)示意圖

2.1 1#～4#中壓氮壓機(jī)起動(dòng)超標(biāo)原因

根據(jù)運(yùn)行制度，1#～4#氮壓機(jī)基本上是同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)起動(dòng)其中的一臺(tái)時(shí)，機(jī)內(nèi)氮?dú)饧兌仁艿轿廴荆诜趴罩脫Q前，氮壓機(jī)旁通全開位置，機(jī)內(nèi)污染的氮?dú)馔ㄟ^旁通閥進(jìn)入氮壓機(jī)進(jìn)口處，由于低壓管網(wǎng)壓力的波動(dòng)，當(dāng)壓力低于氮壓機(jī)進(jìn)口處壓力時(shí)，氮壓機(jī)進(jìn)口處污染的氮?dú)獾沽髦恋蛪汗芫W(wǎng)，有附近其他的氮壓機(jī)吸入壓送至管網(wǎng)，造成氮?dú)夤芫W(wǎng)純度超標(biāo)。

2.2 5#和6#中壓氮壓機(jī)起動(dòng)超標(biāo)原因

5#和6#氮壓機(jī)根據(jù)運(yùn)行制度，平時(shí)只運(yùn)行其中的1臺(tái)。而且與1#～4#氮壓機(jī)分別位于制氧分廠的兩端，相距較遠(yuǎn)，因此，不可能是上述原因造成管網(wǎng)純度超標(biāo)。通過氮壓機(jī)導(dǎo)葉關(guān)小是引起氮壓機(jī)氮?dú)饧兌壬仙@一根本原因，對(duì)氮壓機(jī)整個(gè)起動(dòng)、送出過程進(jìn)行分析，就不難發(fā)現(xiàn)問題所在。

5#、6#氮壓機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)與1#～4#氮壓機(jī)不同，是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，不像1#～4#氮壓機(jī)導(dǎo)葉可以手動(dòng)操作。5#、6#氮壓機(jī)起動(dòng)后，機(jī)內(nèi)氮?dú)馐艿轿廴荆瑢?duì)氮壓機(jī)進(jìn)行加載置換，由計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定壓力開大導(dǎo)葉，關(guān)小旁同閥進(jìn)行加載，手動(dòng)打開放空閥置換。確認(rèn)置換完畢（現(xiàn)場(chǎng)氮?dú)夥治鰞x）后，開始向管網(wǎng)輸送，關(guān)小放空閥，打開送出閥。當(dāng)出口閥打開時(shí)，機(jī)外管網(wǎng)壓力與氮壓機(jī)出口處壓力均壓，計(jì)算機(jī)根據(jù)出口壓力與設(shè)定壓力的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，因出口壓力高于置換時(shí)的設(shè)定壓力，氮壓機(jī)進(jìn)行減負(fù)荷調(diào)節(jié)，關(guān)小導(dǎo)葉，開大旁通，引起機(jī)外空氣進(jìn)入氮壓機(jī)向管網(wǎng)輸送造成氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)。

2.3 1#～4#中壓氮壓機(jī)起動(dòng)改進(jìn)

1#～3#中壓氮壓機(jī)起動(dòng)是按照程序設(shè)定的起動(dòng)順序和時(shí)間，自動(dòng)完成起動(dòng)過程。4#中壓氮壓機(jī)容量與1#～3#機(jī)相同，但無自動(dòng)起動(dòng)功能，起動(dòng)方式按1#～3#機(jī)自動(dòng)程序進(jìn)行手動(dòng)操作進(jìn)行。根據(jù)流量公式：

要確保氮壓機(jī)起動(dòng)時(shí)導(dǎo)葉后壓力保持正壓，在Q不改變的條件下，只有提高導(dǎo)葉前的壓力（低壓管網(wǎng)）或提高流通截面（開大導(dǎo)葉），而低壓管網(wǎng)受空分氮?dú)猱a(chǎn)品壓力的制約，無法任意提高壓力來滿足需要。因此只能從開大導(dǎo)葉來考慮。空載起動(dòng)（導(dǎo)葉全關(guān)）是為了確保壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流控制在最小范圍內(nèi)。經(jīng)過反復(fù)研究和試驗(yàn)，當(dāng)導(dǎo)葉在小于20%開度時(shí)，氮壓機(jī)氮?dú)饧兌瘸霈F(xiàn)超標(biāo)。在導(dǎo)葉20%開度時(shí)起動(dòng)氮壓機(jī)，起動(dòng)電流和機(jī)內(nèi)氮?dú)饧兌榷荚诳煽刂圃试S范圍內(nèi)。

2.4 5#和6#中壓氮壓機(jī)起動(dòng)改進(jìn)

5#和6#中壓氮壓機(jī)起動(dòng)造成氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)的原因，是由于出口閥剛打開時(shí)氮壓機(jī)進(jìn)行減負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)關(guān)小導(dǎo)葉引起的，改進(jìn)的手段是在打開出口閥時(shí)使導(dǎo)葉保持一定的開度而不進(jìn)行減負(fù)荷調(diào)節(jié)。5#和6#中壓氮壓機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)模塊按壓縮機(jī)廠方要求是不能隨意更改的。因此只能在操作方法上進(jìn)行改進(jìn)，只要在打開出口閥時(shí)確保管網(wǎng)壓力低于壓縮機(jī)壓力設(shè)定值，在氮?dú)馑统鲞^程中始終保持氮壓機(jī)全載，就能確保氮?dú)饧兌确€(wěn)定。

在具體操作中，利用中壓氮壓機(jī)置換放空閥對(duì)負(fù)載進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，放棄氮壓機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。在置換過程中，將氮壓機(jī)出口壓力設(shè)至650 kPa開大放空閥，將出口壓力維持在600 kPa，使氮壓機(jī)導(dǎo)葉全開、旁通閥全關(guān)進(jìn)行全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。待純度合格后，打開出口閥，慢慢關(guān)小放空閥。在關(guān)小放空閥過程中，要配合出口閥開度來進(jìn)行，防止出口背壓超過650 kPa，因中壓管網(wǎng)壓力最高620 kPa，因此，在氮?dú)馑统鲞^程中，氮壓機(jī)始終不會(huì)參與自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證氮壓機(jī)在送出過程中氮?dú)饧兌鹊姆€(wěn)定。

3 供氣管網(wǎng)上用戶施工作業(yè)引起氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)

此類超標(biāo)事故近年某鋼廠發(fā)生率最高，究其原因主要跟某鋼廠近年大量建設(shè)技改項(xiàng)目的進(jìn)行有關(guān)。下面具體分析一起典型的管網(wǎng)氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)案例。

3.1 冷軋薄板廠氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)原因分析和改進(jìn)

3.1 .1事件經(jīng)過

某年1月18日16：28冷軋薄板廠能介車間來電話反映氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)，氮中含氧量達(dá)250×10-6，5：15開始發(fā)現(xiàn)氮中含氧量有上升趨勢(shì)，16：00開始對(duì)其氮?dú)馇蚬耷肮艿肋M(jìn)行放散，期間控制球罐出口供用戶的氮中含氧量≤80×10-6。

能環(huán)部啟動(dòng)氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)處理預(yù)案，確認(rèn)供出側(cè)（制氧分廠）氮?dú)饧兌日！?duì)系統(tǒng)用戶分析，確認(rèn)五冷軋?jiān)谑褂酶邏旱獨(dú)鈱?duì)氫氣球罐試壓過程中，管網(wǎng)壓力與球罐壓力均衡后，充壓閥門未關(guān)。氫氣球罐中不純氮?dú)怆S著系統(tǒng)壓力波動(dòng)流回系統(tǒng)，造成冷軋薄板氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)。17：14關(guān)閉五冷軋高壓氮?dú)饨唤狱c(diǎn)閥門，至18：10純度恢復(fù)正常。

3.1 .2事件分析

五冷軋施工單位為了對(duì)新建氫球罐(400 m3×2)進(jìn)行充壓試驗(yàn)，從NHV5H2閥后高壓氮管道上接了一根臨時(shí)管道(直徑32 mm)至球罐進(jìn)行充壓（圖3）。動(dòng)力調(diào)度（計(jì)劃作業(yè)時(shí)間1月17日13：00～1月18日15：00）指令巡檢于17日14：32打開NHV5H2閥門。施工單位于17日15：00開通內(nèi)部球罐充壓閥門開始充壓。

判斷冷軋薄板氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)系此次五冷軋氫球罐進(jìn)行充壓試驗(yàn)所致。于18日17：14關(guān)閉交接點(diǎn)閥門（NHV5H2）。經(jīng)向五冷軋和施工單位調(diào)查，18日上午9點(diǎn)左右，球罐已經(jīng)充壓至2.0 MPa（高壓氮?dú)庀到y(tǒng)壓力1.8～2.6 MPa）。

經(jīng)分析，在18日上午9點(diǎn)以后的這段時(shí)間，球罐與高壓氮系統(tǒng)是均壓的，導(dǎo)致球罐內(nèi)的氣體隨高壓氮?dú)庵鞴芫W(wǎng)壓力波動(dòng)而吞吐，引起高壓氮純度超標(biāo)。根據(jù)高壓氮管道的走向，五冷軋下游用戶主要是不銹鋼和冷軋薄板廠，所以超標(biāo)的氮?dú)饣径妓椭吝@兩家用戶，而不銹鋼分公司由于目前高壓氮?dú)庵饕糜诟郀t噴煤和轉(zhuǎn)爐濺渣對(duì)氮?dú)饧兌纫蟛桓撸虼藳]有反映。

圖3 氮壓機(jī)管網(wǎng)示意圖

3.1 .3管網(wǎng)氮?dú)饧兌瘸瑯?biāo)整改措施

上文介紹的案例屬于試壓過程中空氣和氮?dú)饣旌虾蟾Z入氮?dú)夤芫W(wǎng)，另外也有壓縮空氣壓力高于氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力時(shí)頂入氮?dú)夤芫W(wǎng)的事故發(fā)生。對(duì)此類事故的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析，某鋼廠能環(huán)部采取了以下相關(guān)整改措施：

（1）各用戶臨時(shí)使用管道氮?dú)膺M(jìn)行氣密性試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)時(shí)，要確保氮?dú)夤芫W(wǎng)的氮?dú)饧兌炔槐晃廴尽１仨毦幹仆暾淖鳂I(yè)方案，設(shè)備業(yè)主是方案的審核、批準(zhǔn)單位，也是試壓方案實(shí)施的管理單位，對(duì)試壓作業(yè)全過程負(fù)責(zé)。充氣過程中試壓管道或設(shè)備壓力要低于系統(tǒng)管網(wǎng)接出點(diǎn)壓力0.2 MPa以上。氮?dú)獬錃馔瓿珊螅徽撛噳涸O(shè)備是否需要繼續(xù)進(jìn)行其他方法的升壓，應(yīng)立即與氮?dú)夤芫W(wǎng)進(jìn)行物理斷開，斷開方法可以采用拆除連接管或加裝盲板。

（2）對(duì)由于原設(shè)計(jì)已存在的非同一介質(zhì)與氮?dú)狻⒀鯕狻鍤夤艿肋B接的問題，責(zé)任單位進(jìn)行清理，除應(yīng)急保安用氣外（僅指煤氣），一律物理斷開。未物理斷開的應(yīng)急保安用氣責(zé)任單位須裝設(shè)止回閥和壓力控制聯(lián)鎖，并報(bào)能環(huán)部備案。

（3）氮?dú)狻⒀鯕狻鍤馍衔醋鲈O(shè)計(jì)的，生產(chǎn)方禁止新增物理連接壓縮空氣管道、天然氣、煤氣、氫氣和蒸汽等非同一介質(zhì)管道。

Analysis of the Characteristics of Nitrogen Purity Deviation in Pipeline Network and Improvement

GU Yunjie，WANG Bin
（Energy&Environmental Protection Department,Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Shanghai 200941,China）

The intrinsic cause of nitrogen purity deviation in some steel plant is mainly analyzed;and relevant improvement measures are put forward taking a typical case of nitrogen purity deviation as an example.

nitrogen purity;deviation;nitrogen compressor;pipeline network

TQ116.15

B

1006-6764(2014)06-0032-03

2014－03－07

顧云杰（1979－），男，2003年畢業(yè)于上海同濟(jì)大學(xué)熱能與動(dòng)力專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事制氧工藝專業(yè)技術(shù)工作。