空分設備低溫液體泵操作方法與維護改造措施

周金城

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山 243011）

1 引言

低溫液體泵是組成空分設備的重要單元設備，低溫液體泵安全穩定運行，對空分設備工況影響較大。現以馬鋼20000m3/h與35000m3/h空分設備配備的低溫液體泵為例，對液氧泵、循環粗氬泵、汽化氧泵、汽化氬泵運用的操作方法與實施的維護改造措施作一介紹。

2 液氧泵

馬鋼20000m3/h空分設備采用液氧內壓縮流程，配備2臺液氧泵，1用1備，將從主冷抽取液氧加壓送至主換熱器汽化、復熱后，進入馬鋼氧氣管網。

液氧泵為單級離心式、充氣迷宮式密封的低溫液體泵，采用變頻電機拖動。液氧泵泵體與變頻電機之間傳動軸是密封的。

2.1 操作方法

2.1.1 啟動操作

（1）啟動前操作：液氧泵在預冷前將密封氣壓力調至規定值。液氧泵預冷，先開啟液氧泵進液管道上的排液閥，對液氧泵進液管道冷卻，在排液閥出口均為液體時，全關進液管道上的排液閥，對泵體冷卻。

液氧泵冷卻初期，全開回流閥，回收部分在泵體內汽化液氧。液氧泵冷卻后期，開啟泵體吹除閥，在吹除閥出口均為液體時，結束液氧泵預冷。

液氧泵預冷期間，根據泵體泄漏溫度變化，需再次調節密封氣壓力與流量，保持泄漏溫度在規定值。同時，將軸承電加熱器投入自動狀態，保持軸溫在規定值。

（2）啟動時操作：啟動液氧泵，根據該泵性能曲線，逐步增加變頻器頻率，增加液氧泵轉速，提高液氧泵出口壓力與流量。液氧泵加載同時，調節空氣增壓機Ⅰ、Ⅱ段出口壓力與流量，保證主換熱器熱端溫差與中部溫度在規定值。

液氧泵加載時，注意主冷與下塔塔釜液空液位變化，根據物料與冷量平衡原理，逐步增大進入下塔膨脹空氣量，同時調節液空節流閥，保持主冷與下塔塔釜液空液位穩定。

2.1.2 運行操作

（1）液氧泵變負荷，根據公司生產狀況，氧氣產量作增量、減量操作。增量操作：作增量操作時，需先調節液氧泵回流閥，在回流閥全關后，逐步增加變頻器頻率，提高液氧泵轉速，增加氧氣產量。在增量操作中，注意變頻電機電流變化，保證液氧泵運行穩定。

減量操作：根據液氧泵出口壓力與流量，逐步降低變頻器頻率，降低液氧泵轉速，在液氧泵轉速臨近不穩定工作轉速區域時，停止調節液氧泵變頻器，開啟液氧泵回流閥，調節生產所需產量，以此保證液氧泵減負荷過程中運行穩定。

（2）液氧泵切換與備用方法

液氧泵切換：20000m3/h空分設備配備2臺液氧泵，1用1備。在線運行液氧泵故障或運行到設定周期時，均需啟動備用狀態液氧泵，停運在線運行液氧泵。

啟動備用液氧泵，逐步增加液氧泵變頻器頻率、關回流閥，在保證主換熱器熱端出口氣氧壓力與流量穩定條件下，同步降低在線運行液氧泵變頻器頻率，避免因氧氣壓力、流量變化，造成空氣增壓機Ⅰ、Ⅱ段出口壓力、流量波動，保證設備工況穩定。

液氧泵備用：20000m3/h空分設備液氧泵備用方式采用冷備方法，即在線運行的液氧泵運行正常后，啟動備用液氧泵，對備用液氧泵變頻器不增加頻率，使其轉速為零，將備用狀態液氧泵工作輪浸泡在低溫液體中，避免液氧泵采用低速惰轉備用方法，葉片攪拌低溫液體，因熱量導入部分液體氣化，液氧泵冷備狀態加載時汽蝕，其出口壓力、流量無法升至規定值，影響設備穩定運行。

2.1.3 停機操作

液氧泵停運后，必須在液氧泵進出口閥、回流閥全關，液氧泵排液靜置后，對停機狀態液氧泵加溫。液氧泵加溫時，保持液氧泵轉速為零，否則停止加溫，以此保證在線運行與加溫狀態的液氧泵安全。

2.2 維護改造措施

2.2.1 液氧泵軸承維護

定期對液氧泵電機驅動端、非驅動端與泵體軸承潤滑脂進行更換。具體更換方法如下：

電機軸承油脂更換：液氧泵處于停運狀態，對液氧泵電機驅動端、非驅動端更換50%油脂量。啟動液氧泵，在變頻電機轉速升至20%額定轉速狀態下，對變頻電機軸承注入剩余50%油脂量。避免軸承內油脂超壓，造成軸承溫度快速上升和高速運行時損壞軸承。

泵體軸承油脂更換：液氧泵處于停運狀態，對泵體軸承油脂一次性全部更換，而后將軸承電加熱器投運加熱，低速運行24h。

2.2.2 液氧泵密封氣改造

20000m3/h空分設備液氧泵密封氣與儀表氣共用一股減壓至0.5M Pa氮氣管道，該股氮氣管道流量為儀表氣設計流量。液氧泵運行時因密封氮氣壓力、流量低，液氧泵泄漏溫度降至聯鎖值跳機。

為此，2006年5月，馬鋼對液氧泵密封氮氣管道改造，提高密封氣壓力與流量，具體改造措施如下：

單獨從馬鋼中壓氮氣管網接一股氮氣，經減壓閥減壓后進入2臺液氧泵密封氮氣管道，從而有效提高密封氣壓力與流量，使液氧泵泄漏溫度達到規定值。保證液氧泵穩定運行。

2.2.3 液氧泵變頻器移位改造

20000m3/h空分設備液氧泵變頻器原設計設置在液氧泵露天現場，在雷電與雨雪天氣時，液氧泵變頻器受天氣因素影響大，變頻器故障率高，造成液氧泵跳機故障。

2012年10月，馬鋼組織人員將現場設置的液氧泵變頻器拆卸，移至20000m3/h空分設備低壓電配電房內，避免液氧泵變頻器因天氣原因發生故障，保證液氧泵運行穩定。

3 循環粗氬泵

20000m3/h空分設備采用全精餾制氬流程，粗氬塔分為粗氬Ⅰ塔、粗氬Ⅱ塔2段，粗氬Ⅰ塔與粗氬Ⅱ塔之間使用2臺循環粗氬泵聯系，1用1備。循環粗氬泵將粗氬Ⅱ塔塔釜液體加壓后送至粗氬Ⅰ塔塔頂，作為粗氬Ⅰ塔回流液參與精餾。

循環粗氬泵為單級離心式、氮氣充氣迷宮密封的低溫液體泵，采用變頻電機拖動。循環粗氬泵泵體與變頻電機之間傳動軸是裸露大氣。

3.1 操作方法

3.1.1 啟動操作

（1）啟動前操作：將密封氮氣壓力調至規定值，不使壓力偏高，避免密封氮氣通過循環粗氬泵進入粗氬塔內，造成粗氬塔“氮塞”或氬氣中氮組份含量高。在循環粗氬泵預冷期間，轉動循環粗氬泵傳動軸進行盤車。

（2）啟動時操作：啟動循環粗氬泵，根據該泵性能曲線，逐步增加變頻器頻率。在循環粗氬泵轉速大于臨界轉速后，通過調節循環粗氬泵回流閥，控制循環粗氬泵出口壓力與流量，保持主冷液位、氧純度與氬餾份含氬量穩定。

3.1.2 運行操作

（1）變負荷操作

增負荷操作：在逐步增加循環粗氬泵變頻器頻率、關小回流閥時，必須同步調節泵出口總管壓力調節閥V 713，維持循環粗氬泵出口壓力穩定，以此增加循環粗氬泵出口流量。

減負荷操作：將循環粗氬泵轉速降至臨近不穩定工作轉速區域時，需開啟回流閥，調節該泵出口壓力與流量。

（2）循環粗氬泵切換操作

對冷備狀態循環粗氬泵逐步加載，同步降低在線工作循環粗氬泵變頻器頻率，同時調節泵出口總管壓力調節閥V 713，保持進入粗氬Ⅰ塔頂部液體流量穩定，保證主塔與粗氬塔工況正常。

3.2 維護改造措施

3.2.1 增設傳動軸反吹氣源改造

20000m3/h空分設備配備的循環粗氬泵泵體與變頻電機之間傳動軸是裸露大氣中，循環粗氬泵在線運行與冷備狀態時，因泵體冷量擴散，傳動軸易結冰，使在線運行循環粗氬泵電流過大跳泵。冷備狀態循環粗氬泵傳動軸凍結，轉速為零，無法加載。

為此，2012年7月，馬鋼對循環粗氬泵傳動軸采取增設反吹氮氣氣源改造，避免傳動軸凍結，具體改造措施如下：

從20000m3/h空分設備加溫氮氣總管上接一股氮氣，經減壓閥減壓后送至裸露在大氣中循環粗氬泵傳動軸處，對傳動軸進行加溫。有效避免在線運行與冷備狀態循環粗氬泵傳動軸凍結，保證設備安全。

3.2.2 回流管線改造

20000m3/h空分設備配備2臺循環粗氬泵共用1股回流管、一只回流閥進行調節，該股回流管接至泵出口總管上，將循環粗氬泵出口液體回流到粗氬Ⅱ塔內。

循環粗氬泵切換至備用泵時，2臺循環粗氬泵工況相互影響，備用泵與工作泵易同時發生汽蝕，造成粗氬塔與主塔工況波動。為此，2004年5月，在杭氧設計人員具體指導下，對20000m3/h空分設備循環粗氬泵回流管線進行改造，具體改造措施如下：

取消連接在泵出口總管上回流管，將該回流管進口端接到1臺循環粗氬泵出口閥前管道上，利用原有回流閥對此泵調節。另新增1路回流管，將其進口端接到另1臺循環粗氬泵出口閥前，同時增設1只同型號回流閥，實現對該泵調節。從而有效實現2臺循環粗氬泵平穩切換，保證工況穩定。循環粗氬泵回流管線改造示意圖如圖1所示。

圖1 循環粗氬泵回流管線改造前后對比

4 汽化氧泵

馬鋼35000m3/h空分設備為法液空設計、制造，原設計配備2臺離心式汽化氧泵與1臺水浴式汽化器，離心式汽化氧泵采用氮氣充氣迷宮密封。在空分設備故障停機或氧氣管網壓力低時，啟動汽化氧泵，將液氧貯槽內液氧加壓后經水浴式汽化器汽化、復熱送至管網，保證馬鋼氧氣管網平衡。

4.1操作

4.1.1 啟動前操作

（1）汽化氧泵冷卻前，將密封氣壓力調至大于參考壓力0.2M Pa。氣化氧泵冷卻后期，將密封氣壓力調至大于參考壓力0.02M Pa。

汽化氧泵啟動前、冷卻期間均應盤車，確認汽化氧泵轉軸無卡阻現象。

（2）汽化氧泵預冷：稍開汽化氧泵進液閥，開排液閥，全開回流閥，對汽化氧泵預冷。在汽化氧泵排液閥出口均為液體時，全關排液閥，結束預冷，同時全開汽化氧泵進出口閥門，保持回流閥全開狀態。

汽化氧泵預冷期間，液氧貯槽壓力由貯槽放空閥調節，將貯槽壓力調至大于正常運行值低于貯槽壓力高報警值，以此提高汽化氧泵吸入壓力，便于啟動。

4.1.2 啟動時操作

啟動汽化氧泵后，利用汽化氧泵回流閥調節泵出口壓力。同時，根據水浴式汽化器出口氧氣溫度，同步調節蒸汽壓力，使水浴式汽化器出口氧氣溫度大于10℃，保證氧氣管道運行安全。

汽化氧泵運行期間，將水浴式汽化器水池水位投入自動狀態控制，同時注意水浴式汽化器振動情況，避免汽化器因振動大而泄漏。

4.2 維護措施

定期對汽化氧泵泵前過濾器拆卸清洗，保證汽化氧泵吸入壓力不降低。定期對汽化氧泵拖動電機與泵體軸承更換潤滑油脂。

定期清洗水浴式汽化器水池，保證水浴式汽化器工作正常。

5 汽化氬泵

35000m3/h空分設備配備的柱塞式汽化氬泵，將液氬貯槽內液氬加壓經水浴式汽化器汽化、復熱后，輸送至馬鋼氬氣管網，供應馬鋼生產需求。

5.1操作

5.1.1 啟動操作

預冷：開啟汽化氬泵進液閥、排液閥對泵體冷卻，冷卻期間調節貯槽壓力，不使貯槽壓力低于低報警值，同時注意柱塞式汽化氬泵有無漏液現象。

啟動：啟動汽化氬泵后，逐步關排液閥，調節泵出口壓力，在泵出口壓力大于管網氬氣壓力時，開啟出口閥，將氬氣輸送至管網。

因柱塞式汽化氬泵流量輸出是脈沖式，對吸入管道與出口管道產生振動，汽化氬泵運行時必須注意管道振動狀況。同時確認汽化氬泵阻尼器頂部必須無霜，如有結霜現象，必須停泵處理，保證設備安全。

5.1.2 停機操作

汽化氬泵停運后，全關進出口閥門、開啟排液閥，將泵體低溫液氬排盡后，不必對汽化氬泵加溫，使其自然復溫即可。

汽化氧泵停運后，調節液氬貯槽壓力調節閥，使貯槽壓力達到正常運行值。

5.2 維護措施

柱塞式汽化氬泵運行時管道閥門振動大，故對振動較大處管道閥門設置支架，保證設備安全。

同時，汽化氬泵密封器、出口閥門、單向閥故障率較高，故對上述易損部件訂購備件。在汽化氬泵部件損壞時，可立即更換，保證汽化氬泵安全穩定運行。

6 結束語

根據空分設備配備的不同類型、不同用途低溫液體泵的特點，結合低溫液體泵具體運行環境，采用針對性的操作方法與維護改造措施，保證低溫液體泵安全穩定運行與空分設備工況正常。

[1]田現德，沈榮等.循環粗氬泵回流路的優化改造[J].深冷技術，2011（6）：45-46.