精餾II塔波動原因及分析處理

王延召

(河南安鋼氣體制造公司 制氧車間，河南 安陽 455000)

1 現 象

KDN12000-100Y型制氮機組采用雙塔設置，帶工藝液氮泵，提取效率高。設計氮氣產量12 000 Nm3/h,并且能以設計氮氣產量的50%～105%變負荷工況范圍內運行，滿足產品最大及最小量要求。2016年6月投產以來，各項參數運行平穩。按照計劃，2018年7月9日～7月17日對制氮機組中修，7月18日8∶30開始開車，到7月20日下午18∶30,制氮工況正常。正常之后卻出現了幾次精餾二塔壓力、阻力、液位大幅波動的現象，有幾次還導致了氮氣純度不合格，只好用氮氣后備系統供氣。

7月20日，20∶30，在分子篩冷吹還有20 min時，精餾II塔的阻力突然從3.0 kPa下降到2.0 kPa，同時精餾II塔下塔壓力和主冷壓力也同時上升。主冷壓力從20 kPa最高升到80 kPa，下塔壓力從0.24 MPa最高升到0.3 MPa。之后II塔的液位及精餾I塔的壓力、進塔空氣量也開始波動，大概10 min后工況又恢復正常，氮氣純度沒有受影響。之后的幾天，每天都有兩三次的波動，現象幾乎與第一次一模一樣。

圖1是27日發生時的曲線，A線(黑)是精餾II塔的阻力，C線(紅)是精餾II塔壓力，E線(綠)是精餾II塔主冷壓力，D線(藍)是II塔塔釜液位，B線(黃)是精餾I塔主冷壓力。

2 原因分析及處理

1. 空氣量波動以及氮氣產量的波動造成工況的波動。以前也出現過用戶氮氣產量大幅波動造成整個空分工況的不穩定。本次檢修時把氮氣產量設置成自動控制，查看曲線，只有500 m3/h的變化，同時看空氣量在工況波動時空氣量的變化也是穩定的，空氣量的變化是在工況波動后引起的，排除了這個原因。但是，查曲線發現分子篩在均壓時空氣量有5000 m3/h幅度的波動。由于檢修時，電腦停機清灰，造成分子篩程序恢復到原始值，均壓閥門開的設置時間只有10 min，6 min的時間均壓就完成了，最后通過逐漸實驗，我們逐漸把均壓閥開的時間設定到50 min，正好在均壓時間內完成均壓，消除了切換時空氣量大幅波動的隱患。同時為了保證運行時空氣量的穩定，通過查閱復盛空壓機說明書，決定將空壓機的控制模式由進氣節流模式更改為基本控制模式，通過保證空壓機機后壓力的穩定來保證空氣量的穩定，進而保證工況的穩定，經過一系列的實驗，空氣量的波動較以前有了明顯的改善。

圖1 精餾塔趨勢圖

2. 由于用戶用氮量在9000 m3/h左右，因此，制氮機組一直沒有滿負荷生產，這次檢修后，根據廠部的要求，實驗生產最大氮氣量。7月25日，從8:00開始手動開放空閥，到8:50氮氣提到12 000 m3/h。純度一直在2×10-6以下。12:15，精餾Ⅱ塔的阻力快速下降，壓力上升，精餾Ⅱ塔的主冷壓力也同時上升，之后主冷液位也上漲，氮氣純度很快超標。為什么前幾次波動氮氣沒有超標，而這次超標呢？分析可能是當時由于放空閥在手動狀態，氮氣最高抽到13000，影響了純度。同時調整工況時，一部分富氧氣沒有經過精餾II塔直接通過水冷塔放空了。造成氮氣提取量不夠，抗干擾能力差。我們調整盡量增加去精餾Ⅱ塔的富氧氣，開大去精餾I塔的回流閥，減少液氮的生產量，使液氮多回精餾Ⅰ塔，提高氮氣純度和氮氣量。對于精餾II塔波動，我們懷疑是開車時，不凝氣排放閥只開了半圈，開的太小造成不凝氣聚集，因此決定將不凝氣排放閥開大到兩圈，可到了晚上又發生了波動，波動原因還是沒有真正找到。

3. 7月27日統計了從7月20日精餾Ⅱ塔投運后發生16次精餾II塔波動，這幾次波動發生在分子篩各個階段的都有，排除了和分子篩切換有關。通過對比曲線，波動時Ⅱ塔阻力都是在從3.0 kPa以上往下降到3.0 kPa左右這個點上，阻力在3.5 kPa以上時，沒發生波動，在查找出原因前要求操作工控制精餾II塔阻力在3.5 kPa以上，盡可能保證工況的穩定。以免影響氮氣純度。

4. 7月27日，17:00廠部組織各專業討論精餾塔阻力波動的原因。分析了兩種可能原因：1)冷凝器氣側原因-阻力下降-不凝氣積聚。2)冷凝器液側原因-壓力升高-節流閥帶氣或V609調壓閥卡滯。針對第一個原因，由于用戶廠區生產有氫氣，是不是吸到空分里面了？現場將不凝氣排放閥開到最大。針對第二個原因的閥門帶氣，通過查曲線，發現塔釜設定值在350 mm，空分波動時液位正常，并且波動后液位降低到250 mm也沒有發生精餾II塔主冷壓力上升現象，我們也現場檢查液位變送器，沒有發現漏氣。同時將精餾II塔液位設高到520 mm，閥門開度，工況沒有異常。對于閥門問題，7月28日，現場手動把V609關到80%，就地沒反應，關到50%沒反應。全開后，再關到30%，沒反應。全開后，再全關，就地動作。查看曲線，在閥門全關時，精餾II塔阻力有下降的趨勢，確定是V609故障造成蒸發側壓力明顯升高使精餾II塔不換熱，阻力下降的情況，進而整個精餾II塔工況的波動。通過討論，將精餾II塔主冷壓力設定值設低到2 kPa，使V609閥保持全開狀態，保證整個工況的穩定。

5. 7月30日，儀表工脫開執行機構連接件后檢查判斷為閥門定位器連接及設定故障，對定位器反饋桿及內部設置重新設置，并調校后閥門動作平穩，控制正常，連接閥體后投入正常使用。V609閥設定值恢復正常投入自動，整個工況運行至今，沒有再發生波動。徹底消除了故障。

3 小 結

本次工況波動處理用時較長，造成了幾次純度破壞，因及時切換到后備系統，雖然沒有對用戶造成影響，但也給我們的工作造成了一些被動。通過這次事故處理我們吸取的教訓就是由于空分精餾是一個系統工程，任何地方的改變都有可能造成工況的改變，我們最開始分析問題時，只是什么地方有問題只分析什么地方，沒有真正的把整個系統考慮進去，漏掉了真正的原因。