空分裝置冷箱內氧含量超標原因分析

李 靈，郭 濤，婁倫武，閣世媚，楊通山

(貴州赤天化桐梓化工有限責任公司 貴州桐梓 563200)

空分裝置利用深度冷凍原理，根據空氣中各組分沸點的差異，將液化后的空氣在精餾塔中精餾，從而獲得氧氣、氮氣及稀有氣體[1]。貴州桐梓化工有限責任公司產氧量為43 000 m3/h(標態)的2套空分裝置自2011年12月開車以來一直運行穩定，其具體運行情況介紹如下。

1 生產工藝主體裝置

空分設備采用分子篩吸附預凈化、增壓透平膨脹機、全精餾制氬及液體泵內壓縮工藝。整套設備包括空氣過濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、儀控系統、電控系統等。

2 運行維護過程中產生的問題

經過多年的生產運行，經歷和處理了許多問題，如更換設備、技術改造、調整工藝參數等，其中值得一提的是主冷箱低壓板翅式換熱器泄漏和粗氬進低壓板翅式換熱器泄漏的事故。主冷箱低壓板翅式換熱器泄漏是通過冷箱基座溫度、冷箱密封氣壓力以及換熱溫差判斷出來的，尤其是冷箱密封氣壓力。將主冷箱頂部人孔拆開，直接看到從主冷箱下部頂部噴珠光砂，后空分裝置作停車處理，將主冷箱近7 000 m3的珠光砂全部卸出，前后檢修時間歷時一個月才恢復生產，使整套空分裝置在一個月之內都處于半負荷下運行，嚴重影響了公司的經濟效益。以下就深冷分離空分工藝中發生的粗氬進低壓板翅式換熱器泄漏事故進行詳細介紹。

3 事故經過

在空分裝置長期運行過程中，空分主體裝置冷箱是巡檢經常忽略的地方，主要原因為冷箱內均是低溫設備和管道，而空隙處均由珠光砂填充，整個冷箱處于全密封的環境下，無法直觀地觀察到跑、冒、滴、漏現象，因此難以發現泄漏情況。為了便于檢修，整個冷箱分為主冷箱和副冷箱，中間用碳鋼結構隔開。

2019年7月22日，受到河南義馬氣化廠“7·19”空分裝置爆炸事故的影響和啟發,安排人員對空分主冷箱和副冷箱內的氧含量進行監測，08：30用有毒有害氣體檢測儀分別在冷箱2只安全閥處進行監測，發現主冷箱正常，而副冷箱氧含量超標報警，且直接超檢測儀測量量程(量程為35%)。在運行過程中，空分裝置冷箱內是低溫環境，為了保證珠光砂干燥，在冷箱內充有純氮氣，使冷箱處于微正壓狀態，避免濕空氣進入冷箱內結冰。

由于有毒有害氣體檢測儀已經無法測量副冷箱內的氧氣濃度，因此立即通知公司質檢中心取樣分析以確認數據的準確性，同時判斷泄漏位置。第1次取樣分析結果如下：時間09：00，冷箱密封氣中氧氣體積分數為39.72%。

人工取樣分析發現，副冷箱內氧含量超標且存在泄漏，但中控室的監測參數并不能反映出來。分析其原因有兩種可能：①副冷箱內的高壓板翅式換熱器有泄漏[2]；②氧氣管道有沙眼。但從分析結果及中控室參數可判斷泄漏量相當小，因此需要加大冷箱密封氣量，再檢測副冷箱內的氧含量變化情況。增大密封氮氣量后，分別進行了3次取樣分析，結果見表1。

表1 加大密封氮氣量后取樣分析結果

通過加大冷箱密封氮氣量，并配合人工取樣分析，判斷泄漏處在擴大，因此決定空分裝置作停車處理。

空分裝置停車后，用空氣復熱至常溫，將副冷箱的珠光砂卸出，并將設備管道清理干凈，用壓縮氣體對氧氣管道充壓，對高壓板翅式換熱器及氧氣管道進行查漏，但沒有發現泄漏點。分析原因：①泄漏點太小，溫度升高后無法查到；②判斷方向錯誤，是否存在其他管道泄漏的可能。經分析，認為第2種的可能性較大，因為冷箱內的氧體積分數在40%左右，可能是由于粗氬管道泄漏造成氧含量超標，因此對低壓板翅式換熱器進行查漏，結果發現低壓板翅式換熱器的焊縫出現泄漏。

4 原因分析

對低壓板翅式換熱器焊縫泄漏并造成副冷箱內氧含量高的原因進行了分析，推測有以下兩種可能。

(1)副冷箱內低壓板翅式換熱器有6臺，在開停車和正常運行時，每臺換熱器的工況是相同的，只有1臺換熱器泄漏可能是由于焊縫有缺陷，在長時間應力的作用下出現疲勞，從而造成焊縫泄漏，且副冷箱未設置監控手段，長時間泄漏后漏點逐漸擴大。

(2)粗氬排放系統氧含量高的原因主要是由于空分系統運行負荷偏低，在設定負荷的86%左右。粗氬冷凝器液空回流閥開度較大，粗氬冷凝器液位未達到正常循環所需的高度。塔頂污氮組分含氧量偏高，提餾段氬富集區偏上。

5 經驗教訓

經過本次泄漏事故及河南義馬氣化廠“7.19”空分裝置爆炸事故，總結出以下幾點操作建議。

(1)加大空分裝置冷箱及副冷箱內密封氣的分析頻次，巡檢時要求操作工用檢測儀測量冷箱及副冷箱內的氧含量。

(2)穩定冷箱密封氣流量，總控人員加強對冷箱壓力及溫度的監控，如有變化及時監測和處理。

(3)重視粗氬系統的調節，盡可能降低粗氬系統的氧含量。

(4)重視空分裝置的安全工作，做到有隱患及時處理，加強系統的巡檢，提高員工安全意識，及時處理跑、冒、滴、漏問題。