空分后備系統運行及整改措施

韓慶輝

摘 ? 要：作為液氧液氮加壓汽化系統，空分后備系統在空分停車狀況下仍能持續供應O2和N2，在維持系統穩定、安全運行的同時，還能推動下游工藝裝置生產工作順利運行。為最大限度地發揮出空分后備系統的價值，實現公司經濟效益和社會效益的有機統一，在分析空分后備系統運行的基礎上，列出了后備系統運行中存在的問題以及解決方案和整改措施，為空分后備系統的不斷完善提供相關理論參考。

關鍵詞：空分后備系統;運行;問題;整改

1 ? ?空分后備系統概述

大型空分裝置作為全廠的公用氣體，為下游工藝裝置提供O2、N2，目的就是，保證后續裝置的生產，要求供應氣體壓力穩定，持續供應。氣體的供需不平衡會造成系統工況波動，嚴重的會引起后續裝置跳車，損壞機器設備，給公司造成經濟損失，因此，對空分裝置來說后備系統非常必要。后備系統可以將儲罐內低溫液體加壓氣化送入管網供下游裝置使用，起到緩沖、穩定管網壓力的作用。

2 ? ?空分后備系統流程圖和參數

本空分裝置為15 000 Nm?/h外壓縮流程制氧裝置，N2 35 000 Nm?/h，精餾塔出來的N2經主換熱器換熱后進入N2壓縮機，壓縮升壓至0.7 MPa送往下游工藝裝置。后備系統含兩臺低壓液氮泵P301A/B、兩臺中壓液氮泵P303A/B、容積為5 000 m?的液氮儲罐TK302、容積為1 000 m?的液氧儲罐TK301、容積為50 m?的液氮儲罐TK303。當空分系統停車或開車工況下N2調峰時，低壓液氮泵最大可向下游工藝裝置提供0.7 MPa、30 000 Nm?/h的低壓氮氣，中壓液氮泵最大可提供4.6 MPa、2 500 Nm?/h的中壓N2，如若低壓N2量不足，中壓N2還可以補低壓N2[1]。后備系統工藝流程如圖1所示。

后備系統的相關參數如表1所示。

3 ? ?后備系統在空分裝置中的作用及改進方法

空分裝置故障跳車時，快速啟動低壓液氮泵，液氮經過水浴氣化為下游工藝裝置供氮氣，最大可提供40 000 Nm?/h的低壓N2，完全滿足下游裝置的用氮量。本裝置在2017年3—5月停工期間，后備系統低壓液氮泵運行經水浴汽化后向下游裝置供N2，保證了下游裝置產品的順利生產。

截至目前，該后備系統已運行5年之久，接下來提出的是后備系統運行中存在的一些問題和整改方案。

3.1 ?低壓水浴汽化器盤管有砂眼，水滲入盤管里

低壓液氮泵運行時，水浴汽化器中液氮走盤管，汽化器里裝滿水，蒸汽通入水中給水加熱使液氮汽化成N2送往下游工藝裝置。經觀察打開水浴汽化器出口導淋一段時間有水吹出，經排查找到原因是汽化器盤管漏水，N2中含有水分。拆開汽化器發現盤管固定處有一細小砂眼，對該砂眼作出處理，氬弧焊焊接白鋼盤管砂眼，水浴汽化器恢復原狀后，再次打開出口導淋排放氮氣一段時間，沒有水分吹出。

3.2 ?低壓水浴汽化器氮氣出口溫度過低導致迅速結冰

循環水泵P308A/B攪拌不均勻或者加熱的蒸汽量不夠，N2管網出口溫度過低，造成碳鋼管道迅速結冰。因為N2出口管道為碳鋼管道，耐高壓不耐低溫，出口溫度低于﹣5 ℃則管道變脆，管道有爆裂的危險，不及時處理則會釀成大事故，因此，增設低壓水浴汽化器出口溫度與低壓液氮泵連鎖，溫度低于﹣5 ℃，低壓液氮泵立刻停止運轉，保護碳鋼管道。檢查循環水泵攪拌情況，加大通入水的蒸汽量來提高水溫，二者都正常才能啟動低壓液氮泵。

3.3 ?增設中壓液氮罐和空浴汽化器

空分故障跳車后，為保證下游工藝裝置不受影響，安全穩定生產，空分一般都配有后備系統來應對這樣的突發狀況。正常情況下，后備低壓液氮泵惰轉，故障跳車后，管網N2壓力降低，應立即啟動低壓液氮泵補充管網N2，這樣就有一定的響應時間，對下游裝置的生產有影響。為了縮短響應時間，增設中壓液氮罐和空浴汽化器，液氮泵給中壓罐補液至規定液位，罐內壓力保持0.8 MPa。當空分故障跳車后，立即開啟中壓罐出口手閥，經空浴汽化器向管網補氮氣，同時，啟動惰轉的低壓液氮泵，二者協同向下游裝置供氮氣。

3.4 ?低壓液氮泵回流閥堵塞

下游裝置對氣體的需求量不是一成不變的，而是根據實際用量起伏波動。因此，低溫泵運行過程中，要調整液體流量來調節氣量，N2供下游裝置的量要做增量或減量操作，需要調節回流閥來控制流量。空分跳車，低壓液氮泵外送30 000 Nm?/h的低壓氮氣，由于外網對氮氣需求量波動大，液氮泵氣縛打不上量，打開泵體導淋排氣，重新加載泵頻率提高出口壓力，經檢查泵的回流閥被堵塞，無論回流閥開度增大還是減小，出口壓力始終不變，所以，當外網用氮量波動較大時，容易造成低溫泵氣縛。關閉回流閥截止閥，檢修回流閥，重新安裝，啟動低溫液氮泵，調節回流閥開度，觀察泵的出口壓力變化情況。外網對氣體需求量發生變化時，通過設定出口壓力調節回流閥開度進而調節氣體量，使氣縛不再發生[2]。

3.5 ?低壓液氮泵運行時電流過大的處理和水浴汽化器循環泵電流的調節

液氮泵運行一段時間后發現運行電流比之前偏大，在不加載的情況下也偏大。對泵進行檢修，拆開更換泵軸，重新組裝后，空載、加載，電流顯示值均比之前較小。原因是低溫泵經常預冷、加溫，冷熱交替，日積月累，泵軸出現應力變形、受力不均，故運轉時電流較平時偏大。水浴汽化器循環泵正常運行時，會遇到電流過高報警，因為泵出口手閥不能一次調整到位，要根據泵運行連續多次調節出口閥的開度，讓泵的運轉電流處在工藝值范圍。

3.6 ?空分裝置斷電跳車

空分裝置遇到斷電跳車，所有設備都停止運轉，立即開啟壓力為0.8 MPa的50 m?中壓液氮儲罐TK303，通過空氣汽化器氣化液氮向下游裝置供氣，由于儲罐體積有限，只能維持向外供氣體20 min，20 min之內電力不恢復，下游裝置只能退料停車，也會造成較大的經濟損失，所以，后備系統只增設中壓儲罐還是有缺陷，不能徹底根除問題，會給公司帶來巨大的經濟損失。因此，對后備系統做出整改措施，增設一發電機給后備系統低溫泵和汽化器循環泵提供電力，這樣就可以持續性地向下游裝置供氣。

3.7 ?空分裝置斷蒸汽跳車

空分裝置因斷蒸汽跳車，水浴汽化器的水沒有熱源加熱，不能氣化液氮向下游裝置供N2。50 m?的中壓液氮儲罐和空氣汽化器只能短時間向下游供氣，而且不能保證下游裝置的用氮量。故對低壓和中壓水浴汽化器進行工藝整改，在汽化器內部各增加一電加熱器，沒有蒸汽加熱時，開啟電加熱器對汽化器的水進行加熱，使水溫升高，氣化液氮，送往下游工藝裝置。

3.8 ?液氮儲槽卸車管線口加裝緊急切斷閥

管道介質是低溫液氧或者液氮，在裝卸液氧液氮過程中，由于操作失誤或者大意，管道接口出現拉斷情況，則會出現管道破裂、介質泄漏等問題。當管道兩端出現拉力時，管道的弱點必然會隨著拉力的增加而出現，這種脆弱達到一定程度之后可能會導致管道發生一定程度的破裂。不管是小孔、中孔還是大孔破裂，這種破裂方式都會導致物料的泄散，這是十分危險的，尤其是物料本身具有可燃等特性的時候。故加裝一緊急切斷閥來保護管道、防止介質泄漏，這種閥門的工作原理是：當安裝在管線中的緊急切斷閥承受一定拉力時，這種閥門會自動斷開，這樣對該閥門兩側的管道進行一定程度的控制，阻斷管道介質的泄漏，而且能夠有效保證管線的健康與安全，甚至能夠延長管線的使用壽命，還能夠保護人們的生命健康和財產安全。

3.9 ?液氮儲槽TK302被污染

空分裝置在2015年開工后，生產出合格的液氧液氮，液氧送入TK301儲槽，液氮送入TK302儲槽。在常規的一次檢測液氮純度中檢測到TK302儲槽內的液體氧質量濃度大于1×10-5，隨后進行多次檢測化驗，結果還是一樣，對空分流程進行全面排查，液氮產品純度是合格的，說明液氮儲槽內液體被污染了。

經過排查，發現原因是：低壓液氮泵P301A運行向下游工藝裝置供氣，停泵后對該泵進行加溫干燥，加溫氣源為儀表氣。分析之前的儲槽產品純度測得均為合格，自從低溫泵加溫干燥后測得儲槽產品純度不合格。經檢查，低溫泵的入口閥有輕微內漏，加溫氣源壓力為0.7 MPa，對泵加溫干燥時壓力高于儲罐內筒壓力，空氣通過內漏的閥門進入儲槽造成污染。第二個原因是，兩臺低溫液氮泵的軸封密封氣也是壓力為0.7 MPa的儀表氣，該氣體可能通過軸封進入泵內并經回流閥進入液氮儲槽造成污染。

對該事故作出的處理如下：第一步對內漏的閥門進行處理，消除內漏影響。第二步對泵的加溫干燥氣和軸封氣源進行工藝改造，更換成N2氣源來加溫干燥。這樣即使入口閥門稍微內漏也不至于污染儲槽內的液氮。經上述工藝改造后，液氮儲槽產品再也沒有出現過污染的情況。

4 ? ?結語

建立完整的后備系統，保證后備系統可靠、穩定、安全運行，就是保證后續工藝裝置的生產運行。后備系統的動、靜設備都處于備用狀態，要隨時做好投用準備，所以，平時要對后備系統加強巡檢檢查，做好動靜設備、閥門的維護，始終保證后備系統處于工作狀態。后備系統不僅提高了空分裝置的可靠性，也為公司降低了生產成本，創造了巨大的經濟效益。

[參考文獻]

[1]裘 超.空分設備后備系統流程配置及其動態模擬淺析[J].深冷技術，2017（3）：1-4.

[2]朱國營，張文書.淺談后備系統在空分裝置中的應用[J].化工管理，2018（23）：37-38.