冷箱珠光砂板結(jié)的分析及處理

李 智

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

目前空分設(shè)備的保溫材料一般為礦渣棉、玻璃棉、碳酸鎂以及珠光砂等，其中珠光砂是一種由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖經(jīng)破碎、預(yù)熱、焙燒膨脹而制成的具有多孔結(jié)構(gòu)的、白色、粒狀松散材料，具有容量小、導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性可靠、不燃、無毒、無味、吸音、良好的充填流動(dòng)性、極低的堆積密度和易于裝填等特性，在空分行業(yè)上被廣泛應(yīng)用。但同時(shí)珠光砂具有較強(qiáng)的親水性［1］，在低溫狀態(tài)下的珠光砂吸水量可高達(dá)其本身質(zhì)量的2～9倍。因此珠光砂在空分塔冷箱內(nèi)受潮板結(jié)的現(xiàn)象也比較普遍，一旦珠光砂吸收水分后會(huì)失去保溫性能，對(duì)空分系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行制約也會(huì)越來越大。

2 背景簡介

貴溪冶煉廠動(dòng)力車間1#制氧機(jī)于2017年11月停車檢修，扒砂過程中發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)珠光砂板結(jié)比較嚴(yán)重，板結(jié)的厚度高達(dá)4m，冷箱內(nèi)珠光砂無法自然流下，只能借助電鎬、洋鎬等工具進(jìn)行扒除；4#制氧機(jī)于2018年10月停車大修，扒砂時(shí)同樣發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)有類似的珠光砂板結(jié)的現(xiàn)象，隨著扒砂高度的下降，珠光砂結(jié)冰的現(xiàn)象逐步減弱，冷箱下半部的珠光砂基本都可以自然流出，如圖1所示。

圖1 兩套空分冷箱內(nèi)珠光砂板結(jié)情況

兩套空分由于離上次扒砂檢修時(shí)間都相對(duì)比較長，1#制氧機(jī)距離上次大修時(shí)間大概16年、4#制氧機(jī)大約10年，空分設(shè)備板結(jié)現(xiàn)象相對(duì)均比較嚴(yán)重，板結(jié)的位置也比較相像，板結(jié)最嚴(yán)重的部位都是距離冷箱頂板較近的位置，并且隨著高度的下降，珠光砂結(jié)冰相對(duì)減輕，通過咨詢了解到省內(nèi)萍鋼、方大特鋼等兄弟單位的空分設(shè)備均有珠光砂結(jié)冰的現(xiàn)象，冷箱內(nèi)珠光砂板結(jié)已是比較普遍，因此分析找出珠光砂板結(jié)的原因并提出預(yù)防措施［2］，對(duì)制氧機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

3 珠光砂板結(jié)的危害

3.1 冷損增加能耗增加

冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰后保溫性能直線下降，低溫設(shè)備和管道通過冰塊向外界傳遞冷量，造成冷量的損失，低溫液體產(chǎn)品產(chǎn)量下降，甚至影響到冷箱內(nèi)精餾塔的正常精餾，造成精餾塔的工況不穩(wěn)定。

3.2 冷箱內(nèi)管道受損

珠光砂對(duì)冷箱內(nèi)管道有一定載荷作用，隨著珠光砂的逐步板結(jié)，管道的承載壓力逐漸增加，導(dǎo)致部分管道尤其是水平管段發(fā)生扭曲變形，管道支撐出現(xiàn)拉斷等現(xiàn)象［3］，見圖2。

圖2 管道受損圖

3.3 閥門損壞

冷箱內(nèi)珠光砂受潮結(jié)冰后，在空分設(shè)備加溫的過程中，珠光砂冰塊不能快速融化，嚴(yán)重阻礙了閥門受熱的正常伸縮，導(dǎo)致閥桿彎曲變形，閥門中心偏移原來位置，出現(xiàn)閥門卡頓現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)閥門閥頭下沉，甚至閥門漏液現(xiàn)象［4］，見圖3。

圖3 閥門損壞圖

3.4 延長扒砂的檢修時(shí)間

珠光砂結(jié)冰增加扒砂難度，當(dāng)冷箱上部珠光砂結(jié)冰后，冰塊集中在空分塔上部，不能正常流出，往往下部珠光砂掏空后，而上部板結(jié)的珠光砂無法自然流下，這時(shí)必須依靠工具，將冰塊鑿開，逐步將冰塊清除，在此過程警惕大塊的珠光砂冰塊落下，防止砸壞設(shè)備或者管道。所以造成扒砂時(shí)間大大延長。

4 珠光砂板結(jié)的原因分析

4.1 冷箱密封氣壓力不足

冷箱密封氣的作用是保持空分塔冷箱內(nèi)處于干燥正壓的條件，防止水分進(jìn)入冷箱被珠光砂吸收。目前冷箱密封氣一般為空分自身生產(chǎn)的氮?dú)猓芊鈿夤艿涝O(shè)計(jì)一般分置3至5層，并且采用一根氮?dú)饽腹埽S著空分塔高度的上升，氮?dú)鈮毫χ饾u下降，達(dá)到頂層的密封氣就相對(duì)較小，不能滿足正壓要求，導(dǎo)致冷箱頂部長期處于負(fù)壓狀態(tài)，一旦濕空氣進(jìn)入冷箱，珠光砂就會(huì)吸收空氣中國的水分結(jié)冰。

4.2 制氧機(jī)停機(jī)檢修時(shí)冷箱無氮?dú)獗Ｗo(hù)

空分塔冷箱在機(jī)組正常運(yùn)行的情況，由自身產(chǎn)出的氮?dú)庾鳛槔湎浔Ｗo(hù)氣。可制氧機(jī)一旦出現(xiàn)計(jì)劃性檢修或者臨時(shí)檢修時(shí)，制氧機(jī)本身無法產(chǎn)出氮?dú)猓湎鋬?nèi)無保護(hù)氣，此時(shí)冷箱內(nèi)珠光砂層無法保持正壓［5］，雨水以及潮濕空氣就會(huì)進(jìn)入冷箱內(nèi)，造成珠光砂的板結(jié)。

4.3 冷箱板腐蝕穿孔

由于本區(qū)域環(huán)境空氣呈弱酸性，空分塔防腐措施逐漸失效，冷箱板出現(xiàn)不同程度的腐蝕，有些冷箱板甚至出現(xiàn)腐蝕穿透，雨水進(jìn)入冷箱珠光砂層，而珠光砂本身溫度較低，珠光砂出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。

5 珠光砂板結(jié)的預(yù)防措施

5.1 優(yōu)化密封氣管道布置

原有的冷箱密封氣管道一般為2～3層布置，并且密封氣一般從冷箱最低層通過一個(gè)密封氣總閥直接進(jìn)入各層密封氣管道，各層密封氣管道未設(shè)單獨(dú)閥門對(duì)層壓力進(jìn)行控制，所以就會(huì)出現(xiàn)冷箱越高位置的密封氣相對(duì)越低，甚至最頂層基本出現(xiàn)沒有壓力的情況。通過此次檢修，將密封氣管道增設(shè)1～2層，并且每一層密封氣均設(shè)置了一臺(tái)截止閥，高度越高的密封氣閥門開度較大，高度相對(duì)較低的密封氣閥門開度較小，確保了冷箱內(nèi)每一層的密封氣壓力，保證冷箱內(nèi)的正壓，避免潮濕空氣或者雨水進(jìn)入冷箱導(dǎo)致珠光砂結(jié)冰。優(yōu)化密封氣管道布置后，冷箱內(nèi)密封氣壓力平穩(wěn)（如圖4）。

圖4 冷箱內(nèi)密封氣參數(shù)趨勢(shì)圖

5.2 增設(shè)各套制氧機(jī)之間冷箱密封氣的連通管

將4#制氧機(jī)的氮?dú)馔ㄟ^管道、閥門接入5#制氧機(jī)的密封氣管道中，實(shí)現(xiàn)冷箱密封氣的互備，保證制氧機(jī)停機(jī)時(shí)冷箱內(nèi)密封氮?dú)獾恼９?yīng)，避免停機(jī)期間潮濕空氣或者雨水進(jìn)入冷箱導(dǎo)致珠光砂結(jié)冰［6］。

5.3 對(duì)冷箱板定期做好防腐

加強(qiáng)對(duì)空分塔冷箱的日常點(diǎn)檢，周期性對(duì)空分塔冷箱板統(tǒng)一進(jìn)行除銹防腐，防止冷箱板由于腐蝕出現(xiàn)穿孔甚至漏冷現(xiàn)象。

5.4 加強(qiáng)空分塔冷箱的日常維護(hù)

日常監(jiān)控好各個(gè)冷箱密封氣壓力測(cè)點(diǎn)，保證各個(gè)壓力穩(wěn)定在0.05kPa以上，并且定期檢測(cè)空分塔頂部呼吸閥是否有氮?dú)庹Ｅ懦觯乐節(jié)窨諝膺M(jìn)入冷箱。

6 結(jié)語

隨著國家對(duì)安全生產(chǎn)的要求越來越高，特別是空分塔作為整個(gè)空分裝置的重大危險(xiǎn)源，冷箱的正常與否關(guān)系著整個(gè)空分的安全，所以我們必須提高對(duì)空分裝置的日常運(yùn)行維護(hù)力度，消除空分塔的安全隱患，確保制氧機(jī)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。