空分裝置水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象及其處理措施

梁 棟

(陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)化工有限責(zé)任公司，山西 壽陽(yáng) 045400)

1 空分裝置水冷塔作用

空分裝置水冷塔是一種混合式換熱器，它可以將從冷箱內(nèi)出來(lái)的干燥的N2和循環(huán)水進(jìn)行換熱，從而使得循環(huán)水溫度進(jìn)一步降低形成冷凍水。通過(guò)冷凍水泵將冷凍水從水冷塔抽出打入空冷塔上部，與空氣進(jìn)行進(jìn)一步換熱，使空氣溫度進(jìn)一步降低，從而減小純化系統(tǒng)的負(fù)荷，保證空分運(yùn)行的穩(wěn)定。

2 水冷塔溢流管布置及其作用

1) 水冷塔溢流管的位置。水冷塔換熱介質(zhì)水從上而下，污氮?dú)鈴南峦希咴谔盍现谐浞纸佑|換熱。水冷塔的填料下端有污氮?dú)夤艿篮鸵缌鞴埽渲幸缌鞴茉谖鄣獨(dú)夤艿老路剑鐖D1所示。

2) 水冷塔溢流管的作用。從冷箱內(nèi)出來(lái)的污氮?dú)?氮?dú)?壓力低于循環(huán)水壓力，水冷塔溢流管就是為了防止水冷塔液位過(guò)高導(dǎo)致循環(huán)水進(jìn)入冷箱換熱器內(nèi)，從而使換熱器通道發(fā)生凍堵，影響空分正常安全運(yùn)行。

3 水冷塔液位的重要性和調(diào)節(jié)方式

1) 水冷塔液位的重要性。水冷塔是空分預(yù)冷系統(tǒng)的重要組成部分，它的液位正常是冷凍水充足的保證。維持水冷塔液位的正常，間接的保證了空冷塔出口溫度的穩(wěn)定，從而對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的負(fù)荷、穩(wěn)定以及使用壽命起到了積極的作用。

2) 水冷塔的液位調(diào)節(jié)。水冷塔進(jìn)水從循環(huán)水總管通過(guò)閥門(mén)直接進(jìn)入水冷塔，水冷塔出口與泵連接，通過(guò)泵進(jìn)入空冷塔上部。正常運(yùn)行中，液位與進(jìn)口閥門(mén)聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)自調(diào)節(jié)，保證液位的穩(wěn)定。停車(chē)需要排液的情況下，水冷塔的液位可通過(guò)塔底的手動(dòng)排液閥直接排入地溝。正常運(yùn)行中，水冷塔液位低會(huì)觸發(fā)聯(lián)鎖停泵信號(hào)，導(dǎo)致冷凍水泵停止運(yùn)行。

圖1 水冷塔管道布置簡(jiǎn)圖

4 水冷塔虹吸現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因

虹吸(syphonage)是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象，將液體充滿(mǎn)一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)后，將開(kāi)口高的一端置于裝滿(mǎn)液體的容器中，容器內(nèi)的液體會(huì)持續(xù)通過(guò)虹吸管向更低的位置流出。原理如圖2所示。

圖2 虹吸原理簡(jiǎn)圖

虹吸的實(shí)質(zhì)是因?yàn)橐后w壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)而產(chǎn)生。因?yàn)閔1p2-ρgh2，那么在A左端的壓強(qiáng)就大于A右端的的壓強(qiáng)，在大氣壓和液體壓強(qiáng)的共同作用下，水朝一個(gè)方向移動(dòng)。

水冷塔液位虹吸產(chǎn)生的原因。正常運(yùn)行中，閥門(mén)隨著液位的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)，幅度較小，不容易產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。在水冷塔排液的檢修作業(yè)后，水冷塔補(bǔ)液的時(shí)候部分操作人員常使用自動(dòng)補(bǔ)液進(jìn)行補(bǔ)液作業(yè)。由于此時(shí)的液位落差比較大，自動(dòng)調(diào)節(jié)會(huì)使閥門(mén)在補(bǔ)液初期處于開(kāi)全狀態(tài)，到達(dá)需要液位的時(shí)候，閥門(mén)在自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用下逐漸關(guān)小，但是由于PID控制的滯后性，閥門(mén)不能直接關(guān)到底，導(dǎo)致液位繼續(xù)上漲，直至液位淹沒(méi)溢流管口，進(jìn)而導(dǎo)致虹吸的產(chǎn)生。隨著虹吸現(xiàn)象的發(fā)生，液位迅速降低，原本正在關(guān)小的閥門(mén)繼續(xù)開(kāi)全補(bǔ)液，從而使虹吸現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間增加。

5 水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象不處理的后果

水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象發(fā)生后，如果不進(jìn)行處理，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成不良的影響。

首先，水冷塔自身的液位無(wú)法得到保障，如果不及時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)，手動(dòng)解除液位自動(dòng)調(diào)節(jié)，那么，虹吸現(xiàn)象會(huì)重復(fù)往返地發(fā)生且不會(huì)終止，會(huì)導(dǎo)致水冷塔液位異常長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生，延長(zhǎng)全廠(chǎng)系統(tǒng)的開(kāi)車(chē)時(shí)間。這一點(diǎn)極容易在檢修后的開(kāi)車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)，當(dāng)中控操作工同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)液和其他開(kāi)車(chē)確認(rèn)操作過(guò)程的時(shí)候，容易造成忽視這一問(wèn)題從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

其次，水冷塔的作用決定其本身容量，當(dāng)虹吸現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，液位最高值往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常值，水冷塔內(nèi)的儲(chǔ)水量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常需要，而每一次的虹吸現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致全塔的水從地溝或者其他途徑排出，反復(fù)的虹吸將會(huì)造成大量的循環(huán)水被浪費(fèi)。

第三，水冷塔溢流管的虹吸現(xiàn)象是液位過(guò)高引發(fā)的，當(dāng)溢流管無(wú)法及時(shí)將液位迅速降低時(shí)會(huì)導(dǎo)致液位過(guò)高，而溢流管的位置在污氮?dú)?氮?dú)?入口下方，如果液位高過(guò)污氮?dú)?氮?dú)?入口，循環(huán)水可能通過(guò)污氮?dú)?氮?dú)?管道進(jìn)入冷箱內(nèi)部，會(huì)導(dǎo)致冷箱凍堵，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。

6 水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象的解決方法

液位自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)液位低時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度較大，在設(shè)定達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，閥門(mén)開(kāi)始關(guān)小，在閥門(mén)關(guān)小的過(guò)程中液位還會(huì)繼續(xù)上漲，直至超過(guò)溢流口，當(dāng)液位漲到一定程度，溢流管內(nèi)部充滿(mǎn)液體，發(fā)生虹吸現(xiàn)象。

發(fā)生虹吸現(xiàn)象后，有兩種解決方式。方法一如下。

1) 從附近軟管站工廠(chǎng)空氣口接一根長(zhǎng)度合適的軟管；

2) 將軟管的另一頭接入溢流管的排氣口；

3) 中控操作人員接觸水冷塔上水閥門(mén)和液位的自調(diào)節(jié)；

4) 中控操作人員將手動(dòng)將水冷塔上水閥門(mén)關(guān)死；

5) 打開(kāi)工廠(chǎng)空氣閥門(mén)，同時(shí)通知中控崗位注意工廠(chǎng)空氣壓力；

6) 現(xiàn)場(chǎng)操作人員觀察溢流管出口是否有水排出來(lái)判斷虹吸是否解除；

7) 虹吸現(xiàn)象解除后，中控操作人員與現(xiàn)場(chǎng)操作人員確認(rèn)液位后，將缺少的液位補(bǔ)齊。

該方法優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省水資源，缺點(diǎn)是操作繁瑣，具體如下。

1) 水冷塔內(nèi)液位不一定會(huì)全部排完；

2) 一般現(xiàn)場(chǎng)軟管站未配套合適的軟管，得到現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)房去找軟管；

3) 溢流管的排氣管口高度一般超過(guò)兩米，接管的話(huà)涉及特殊作；業(yè)登高作業(yè)，程序上需要辦理票證并審批；

4) 該方法涉及到工廠(chǎng)空氣公用工程；

5) 該方法最后仍然得人工手動(dòng)補(bǔ)充液位。

方法二：

1) 中控人員解除水冷塔液位自動(dòng)調(diào)節(jié)，并手動(dòng)將水冷塔上水閥關(guān)閉；

2) 現(xiàn)場(chǎng)操作人員觀察水冷塔溢流管無(wú)排水后，通知中控人員；

3) 中控操作人員確認(rèn)虹吸現(xiàn)象解除后重新手動(dòng)補(bǔ)水；

4) 當(dāng)液位上升至合適位置時(shí)，關(guān)閉水冷塔上水閥。

該方法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是一定程度上浪費(fèi)循環(huán)水，具體如下。

1) 水冷塔內(nèi)液位會(huì)降到最低；

2) 操作不涉及特殊作業(yè)的審批。

第一種方法受限制因素頗多，首先水冷塔附近要有合適方便的空氣源，其次由于水冷塔溢流管上方的排氣口位置較高，故而通氣操作設(shè)計(jì)到登高作業(yè)，而登高作業(yè)屬于特殊作業(yè)，需要審批，流程繁瑣，不能及時(shí)消除虹吸現(xiàn)象。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在準(zhǔn)備階段有可能虹吸現(xiàn)象會(huì)造成水冷塔液位排到最低點(diǎn)。

第二種方法，現(xiàn)場(chǎng)人員確認(rèn)虹吸現(xiàn)象發(fā)生后，總控人員解除液位自調(diào)節(jié)，同時(shí)關(guān)閉水冷塔補(bǔ)水進(jìn)口閥，待液位降到最低時(shí)溢流管兩端的壓力持平，現(xiàn)場(chǎng)操作人員確認(rèn)溢流口無(wú)水排出，且其上方排氣口不再往內(nèi)部吸入空氣，虹吸現(xiàn)象解除。為了避免虹吸的反復(fù)出現(xiàn)，總控人員手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，重新補(bǔ)液，直至液位達(dá)到要求，關(guān)閉閥門(mén)，此時(shí)可重新投入液位自調(diào)節(jié)模式。

總體來(lái)說(shuō)，方法二比方法一更切合實(shí)際操作需要，因此在發(fā)生水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象以后，宜采用第二種方法進(jìn)行處置。

7 結(jié)語(yǔ)

水冷塔溢流管的虹吸現(xiàn)象多為人員操作失誤造成，且發(fā)生在日常檢修過(guò)程中。操作人員應(yīng)當(dāng)精心操作，明確事故原因，避免因粗心導(dǎo)致的失誤，從而造成事故的發(fā)生，要從根本上來(lái)杜絕事故。同時(shí)，操作人員應(yīng)該熟練掌握正確的操作方法，做到遇到事故不緊張，從容面對(duì)，可以有效遏制事故造成的不利影響，讓事故的不利影響降到最低。