空分裝置主換熱器氧通道凍堵原因及處理措施

張菲菲

(陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)〔集團(tuán)〕有限公司臨猗分公司，山西臨猗 044100)

陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限公司臨猗分公司(以下簡(jiǎn)稱臨猗分公司)KDONAr- 28000/22000/1060型空分設(shè)備采用分子篩前置凈化，空分增壓透平膨脹機(jī)提供所需冷量，雙塔精餾，液氧泵內(nèi)壓縮，全精餾無(wú)氫制氬流程[1-2]。液氧從主冷中抽出，經(jīng)液氧泵加壓至用戶所需壓力，然后進(jìn)入高壓換熱器與高壓空氣進(jìn)行換熱，汽化復(fù)熱至常溫后送用戶。2008年投產(chǎn)后運(yùn)行良好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)設(shè)計(jì)值。2016年4月停車檢修后，液氧泵后壓力與氧氣出口壓差增至0.8 MPa，且氧量越來(lái)越小，無(wú)法滿足用戶所需。

1 故障現(xiàn)象

2016年4月，28 000 m3/h空分裝置由于后工段檢修停車，待檢修完成冷態(tài)開(kāi)車后發(fā)現(xiàn)氧氣出口流量較停車前減少約2 500 m3/h，為了滿足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需要，被迫將液氧泵變頻由85 Hz 提高至90 Hz，回流閥開(kāi)度由36.5%關(guān)至25.7%。雖然氧壓達(dá)到5.1 MPa滿足氧氣壓力，但是泵后壓力與氧氣壓差由0.1 MPa增高至0.8 MPa，氧量較之前減小了2 500 m3/h；同時(shí)，高壓空氣由5.2 MPa增高至6.2 MPa，膨脹機(jī)前溫度由-115 ℃增高至-110 ℃，氮?dú)狻⑽鄣獨(dú)獬鰮Q熱器溫度正常。相關(guān)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

2 故障原因分析

2.1 儀表顯示

首先從與氣化氧壓比較，壓差正常，排除氧氣壓力顯示錯(cuò)誤故障；再聯(lián)系儀表人員對(duì)液氧泵后壓力進(jìn)行校驗(yàn)，也確定壓力表正常，故可以排除儀表顯示原因。

表1 相關(guān)運(yùn)行參數(shù)

2.2 主換熱器氧通道

通過(guò)流量計(jì)的氣量減少，反映出氧氣壓力、流量都下降。氧通道的泄漏有內(nèi)漏和外漏兩種。在高壓主換熱器內(nèi)，膨脹空氣、高壓空氣與返流氣體氮?dú)夂陀梢貉醣盟统龅囊貉踹M(jìn)行換熱[3-4]。主換熱器流程如圖1所示。

由圖1可以看出：高壓空氣壓力高于氧氣壓力，通常設(shè)計(jì)中高壓空氣是氧氣壓力的1.3～1.5倍，不可能泄漏至空氣管道，分析氧氣純度合格，排除了高壓空氣泄漏至氧氣管道的可能。從上塔氮?dú)馀袛啵鯕鈮毫h(yuǎn)高于氮?dú)鈮毫Γ舭l(fā)生泄漏，氮?dú)鈮毫图兌榷紩?huì)發(fā)生較大的變化，實(shí)際氮?dú)鈮毫凹兌榷颊＃梢耘懦齼?nèi)漏。外漏也可分為氣體或者液體外漏，若是氣體外漏，冷箱內(nèi)壓力會(huì)升高，冷箱充氣中含氧量也會(huì)升高(冷箱充氣為污氮?dú)?，但取樣分析氧的體積分?jǐn)?shù)在5%左右，屬于正常；若是液氧泄漏，則會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)溫度大幅度下降，冷箱外壁結(jié)霜，實(shí)測(cè)溫度正常，由此可排除氧通道泄漏。

圖1 主換熱器流程

出換熱器的氧氣壓力、流量因阻力增大而降低，從工藝方面考慮，在板式換熱器中，正、反流氣體同時(shí)流過(guò)不同的通道進(jìn)行溫度傳遞，此過(guò)程是一個(gè)穩(wěn)定的傳熱過(guò)程。由于氧量的減少，傳熱量減小，傳熱系數(shù)降低，導(dǎo)致高壓空氣進(jìn)氣量減少，壓力升高。因此，判斷氧通道堵塞是導(dǎo)致氧量下降的直接原因。再分析本次停車后，現(xiàn)場(chǎng)人員未及時(shí)關(guān)閉外送儀表氣閥門，后工段由于儀表氣壓力降低，被迫開(kāi)啟老廠儀表空氣，由于老廠儀表空氣壓力(0.7 MPa)高于空分裝置所提供的壓力(0.5 MPa)，導(dǎo)致含濕空氣倒入儲(chǔ)罐。儀表空氣流程如圖2所示。

圖2 儀表空氣流程

停車后氧氣放空閥內(nèi)漏，氧通道內(nèi)壓力降低，采用儀表氣進(jìn)行充壓，可防止壓力降低后濕空氣進(jìn)入。由于事先不知道老廠儀表空氣竄入，這些含濕空氣在主換熱器通道內(nèi)凍結(jié)，進(jìn)而堵塞板式換熱器通道，造成啟動(dòng)液氧泵時(shí)泵后壓力與出換熱器氧氣壓力的壓差增大。

3 故障處理措施

為保證空分設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，2016年4月 26日，臨猗分公司決定對(duì)28 000 m3/h空分裝置進(jìn)行加溫吹除，停液氧泵，停膨脹機(jī)，高壓板式換熱器停止工作。由于生產(chǎn)任務(wù)緊，本次排液采用帶壓排液，空壓機(jī)、增壓機(jī)壓力盡可能控制在最低參數(shù)內(nèi)運(yùn)行，三段出口壓力控制在0.45 MPa，高壓空氣壓力控制在3.0 MPa以下。進(jìn)塔空氣經(jīng)低壓板式換熱器空氣通道進(jìn)入，出塔空氣經(jīng)低壓板式換熱器污氮?dú)馔ǖ琅懦觯刂坪梦鄣獨(dú)獬隹跍囟取Ｋ?nèi)液體排放結(jié)束后，打開(kāi)冷箱周圍所有吹除閥，加速塔內(nèi)冷量外排，同時(shí)高壓板式換熱器高壓空氣通道、氮?dú)馔ǖ馈⒀鯕馔ǖ篱_(kāi)始流通，控制好氮?dú)獬隹跍囟取Ｓ捎谘跬ǖ郎a(chǎn)正常時(shí)為液體，管道直徑小，加之上塔壓力低，空氣吹除流量小，因此必須開(kāi)啟液氧泵后儀表空氣吹除閥，加速通道的復(fù)熱速度。裝置在加溫吹除期間合理調(diào)整好空氣的分配，使塔內(nèi)溫度均勻升溫至0 ℃以上，然后對(duì)氧氣通道以及冷箱內(nèi)各出口氣進(jìn)行露點(diǎn)分析，露點(diǎn)溫度為-60 ℃以下即表明吹除加溫合格。整個(gè)吹除加溫時(shí)間為48 h，2017年4月28日啟動(dòng)膨脹機(jī)，38 h后生產(chǎn)出氧氣產(chǎn)品，各項(xiàng)參數(shù)正常。

4 結(jié)語(yǔ)

此次氧通道凍堵事故主要是由于公司公用工程管理不到位，對(duì)液氧泵的加溫、密封氣干燥度的重要性認(rèn)識(shí)不足，為防微杜漸，決定在2套空分裝置緊急停車后，第一時(shí)間關(guān)閉外送儀表氣閥，避免后系統(tǒng)含濕空氣倒回儀表貯槽，同時(shí)在儀表氣正常后必須對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行置換合格后方可外送。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹忠信.主換熱器空氣通道堵塞原因分析及處理[J].深冷技術(shù)，2009(4)：14- 15.

[2] 王黎明，劉廣州.高壓主換熱器通道凍堵原因的分析及處理[J].廣州化工，2011，39(24)：121- 122.

[3] 李振威，喻朝飛，盧強(qiáng)，等.空分塔污氮過(guò)冷液化器液空流路堵塞分析處理[J].設(shè)備管理與維修，2013(8)：35- 37.

[4] 韓喜民.KDON- 14000/1500型空分裝置的安裝與運(yùn)行問(wèn)題總結(jié)[J].化肥工業(yè)，2008，35(6)：38- 40.