空分冷箱基礎(chǔ)溫度低的原因分析與措施

劉素艷，張砷釔

空分冷箱基礎(chǔ)溫度低的原因分析與措施

劉素艷，張砷釔

（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

針對(duì)空分裝置冷箱基礎(chǔ)在運(yùn)行期間溫度出現(xiàn)持續(xù)降低進(jìn)行原因分析，并采取運(yùn)行和停車處理措施，保證了裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。

冷箱；基礎(chǔ)溫度；原因；措施

1 空分冷箱及基礎(chǔ)溫度低簡(jiǎn)述

河南龍宇煤化工有限公司（簡(jiǎn)稱龍宇煤化工）二期空分是一套帶前置空氣純化器（采用分子篩和活性氧化鋁）的空氣分離設(shè)備，2015年試車投產(chǎn)，整套裝置采用分子篩吸附預(yù)凈化、增壓透平膨脹機(jī)、全填料精餾及雙泵內(nèi)壓縮工藝[1]。采用空氣低溫精餾法實(shí)現(xiàn)空氣的分離，通過(guò)壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，經(jīng)過(guò)低溫精餾根據(jù)不同沸點(diǎn)而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮?dú)饧皻鍤獾葰怏w[2]。壓縮空氣經(jīng)過(guò)分子篩吸附器，除去所含的雜質(zhì)，包括水、CO2、碳?xì)浠衔锏取Ｔ俳?jīng)換熱器被冷卻至低溫，在精餾塔中可分離為氧、氮、氬等產(chǎn)品，其中裝置所需冷量由壓縮空氣節(jié)流及膨脹做功制取[3]。整套設(shè)備包括：空氣過(guò)濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、全精餾制氬系統(tǒng)、液體貯存系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。裝置的生產(chǎn)能力為55 000 m3·h-1氧及93 000 m3·h-1氮。空分裝置的冷箱通常分為大冷箱和小冷箱，小冷箱內(nèi)為結(jié)構(gòu)緊湊的高效板式換熱器，大冷箱內(nèi)為氬塔、主塔等。主要由兩部分構(gòu)成：一是巨大的鋼殼保溫箱，二是內(nèi)部核心鋁制板翅式換熱器和鋁制塔罐[4]，冷箱壁與內(nèi)部設(shè)備、管道之間充滿保溫材料珠光砂，正常運(yùn)行時(shí)珠光砂內(nèi)通入氮?dú)庾髅芊鈿猓湎浔谏稀⒅小⑾略O(shè)置有壓力點(diǎn)和分析取樣口，用于定期分析內(nèi)部的氧含量[5]，冷箱底部的水泥基礎(chǔ)上設(shè)置有溫度探頭，用于監(jiān)測(cè)冷箱底部基礎(chǔ)的溫度。

龍宇煤化工二期空分自試車以來(lái)，冷箱底部部分基礎(chǔ)溫度長(zhǎng)期處于偏低狀態(tài)，且伴隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)和大氣溫度的降低而不斷降低。其中基礎(chǔ)溫度點(diǎn)TI01300K顯示最低，在2019年6月份時(shí)低達(dá)-50 ℃左右，冷箱過(guò)橋及冷箱壁有輕微的結(jié)冰現(xiàn)象，冷箱底部的基礎(chǔ)溫度長(zhǎng)期處于低溫狀態(tài)，同時(shí)在夏季氣溫炎熱時(shí)，冷箱基礎(chǔ)會(huì)突然出現(xiàn)不斷地向外冒水現(xiàn)象，且水量稍大，因冒水時(shí)間較短多次排查均未發(fā)現(xiàn)水流來(lái)源，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致冷箱基礎(chǔ)沙化，存在安全隱患，為避免出現(xiàn)安全事故，對(duì)其進(jìn)行原因排查。

2 空分冷箱基礎(chǔ)溫度低原因分析

2.1 運(yùn)行期間原因分析

冷箱基礎(chǔ)溫度低通常情況下有兩種：一種是停車后溫度較低。空分設(shè)備在系統(tǒng)停車后，在設(shè)備不排液的情況下，很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)冷箱基礎(chǔ)溫度降低至-100 ℃以下的情況，會(huì)產(chǎn)生設(shè)備漏液的錯(cuò)覺(jué)，出于安全角度考慮，對(duì)此情況都比較關(guān)注。但如果是設(shè)備泄漏引起的冷箱基礎(chǔ)溫度降低，在系統(tǒng)停車前，設(shè)備有壓力的情況下，應(yīng)該泄漏更嚴(yán)重。如果系統(tǒng)停車前基礎(chǔ)溫度正常，停車后出現(xiàn)冷箱基礎(chǔ)溫度降低至-100 ℃以下的情況，應(yīng)是由于空分設(shè)備停車后無(wú)加溫氣體，分餾塔內(nèi)冷氣向下擴(kuò)散造成，而不是分餾塔漏液。在設(shè)備投入正常運(yùn)行后，這種現(xiàn)象會(huì)自動(dòng)消失[6]。另一種為運(yùn)行時(shí)溫度降低。此類現(xiàn)象較為危險(xiǎn)，通常是冷箱內(nèi)部出現(xiàn)泄漏的可能性較大，此時(shí)設(shè)備有壓力，基礎(chǔ)溫度會(huì)逐步降低，最明顯的變化是冷箱內(nèi)密封氣的氧含量和壓力會(huì)增高，泄漏嚴(yán)重時(shí)密封氣的氧含量及壓力會(huì)遠(yuǎn)高于正常值。也有可能是其他原因造成的透冷，如安裝時(shí)溫度探頭距分餾塔、排液管線等距離過(guò)近，無(wú)法達(dá)到保冷效果，正常運(yùn)行時(shí)冷量不斷傳遞至溫度探頭，亦會(huì)造成溫度顯示過(guò)低，此類現(xiàn)象密封氣氧含量、壓力均正常，無(wú)法直接判斷[7]。根據(jù)公司現(xiàn)場(chǎng)氧含量測(cè)試結(jié)果正常判斷冷箱內(nèi)部泄漏量不嚴(yán)重。因此冷箱內(nèi)可能存在漏點(diǎn)，但也可能是其他原因造成的透冷，這種現(xiàn)象比較異常，且大型的空分裝置一般5年左右就進(jìn)行一次扒砂檢修，檢查冷箱內(nèi)部設(shè)備及管道情況，而二期空分裝置2015年投產(chǎn)后，冷箱一直未進(jìn)行檢修，必須待扒砂后逐步排查原因。

2.2 停車后原因分析

2.2.1 冷箱內(nèi)部查漏及消漏

2021年6月份裝置停車進(jìn)入大修，對(duì)大、小冷箱進(jìn)行扒砂查漏。此次冷箱查漏過(guò)程中，共計(jì)發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)15處，部分儀表管線、設(shè)備拉桿、支撐等出現(xiàn)損壞。在此次查出的所有漏點(diǎn)中，均無(wú)較大的漏點(diǎn)，對(duì)基礎(chǔ)溫度較低的粗氬1塔和主塔進(jìn)行查漏，未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。此次查出的漏點(diǎn)情況與前期運(yùn)行過(guò)程中的密封氣壓力、氧含量正常的現(xiàn)象基本一致。確定了此處溫度較低的主要原因?yàn)榈撞客咐洹⑴芾渌拢⒎抢湎鋬?nèi)出現(xiàn)大面積的泄漏而引起的溫度降低。所有的漏點(diǎn)由原廠家對(duì)其進(jìn)行消漏，并作探傷等處理，多次充壓查漏保證試驗(yàn)合格。

2.2.2 冷箱內(nèi)地面基礎(chǔ)檢查

在對(duì)粗氬1塔和主塔的底部基礎(chǔ)地面進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)塔底基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)成凹陷式，深度大約有10 mm左右，在清理塔底基礎(chǔ)底部珠光砂時(shí)，發(fā)現(xiàn)地面沙化，輕輕敲擊便可敲碎，沙化厚度約10 mm，示意圖如圖1所示。其中，冷箱基礎(chǔ)溫度點(diǎn)的位置處于基礎(chǔ)中間部位，使用套管插入地面基礎(chǔ)內(nèi)。此次發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)的基礎(chǔ)地面存在稍微的傾斜度，總體成凹陷狀態(tài)，最低點(diǎn)為塔器底部的基礎(chǔ)。經(jīng)對(duì)冷箱內(nèi)、外基礎(chǔ)檢查發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)部整體基礎(chǔ)的高度低于冷箱壁外基礎(chǔ)的高度[8]。同時(shí)在此次冷箱扒砂維修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)下雨后冷箱內(nèi)地面容易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)水流為冷箱外側(cè)地面滲至冷箱內(nèi)側(cè)。經(jīng)對(duì)冷箱四周檢查，發(fā)現(xiàn)冷箱底部?jī)?nèi)壁出現(xiàn)不同程度的銹蝕，且冷箱基礎(chǔ)鋼架與水泥地面存在于微量縫隙，見(jiàn)圖2。在下雨時(shí)雨水可順著冷箱壁流下，經(jīng)冷箱基礎(chǔ)鋼架與水泥地面的縫隙流至冷箱內(nèi)。從而導(dǎo)致冷箱內(nèi)珠光砂吸水變潮，保冷效果差，由于二期冷箱未曾扒砂，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7年，每當(dāng)冷箱外側(cè)出現(xiàn)積水時(shí)，水流慢慢地流入冷箱內(nèi)，直至流至主塔和氬塔的基礎(chǔ)底部，在此出現(xiàn)凍結(jié)，長(zhǎng)期以往，塔器底部珠光砂凍結(jié)成塊，保溫失效，在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)透冷至冷箱基礎(chǔ)底部。

圖1 粗氬塔底部基礎(chǔ)示意圖

圖2 冷箱基礎(chǔ)鋼架與水泥地面縫隙

2.2.3 冷箱外基礎(chǔ)檢查

經(jīng)檢查，冷箱外壁的水泥基礎(chǔ)地面亦是凹陷狀，四周較高，冷箱位置較低，下雨天氣冷箱外側(cè)的地面上容易造成積水，高壓氧泵設(shè)計(jì)有防爆墻，防爆墻內(nèi)地勢(shì)更低，在下雨天氣防爆墻內(nèi)能形成積水，且無(wú)法流出，長(zhǎng)期積聚在此，不斷地腐蝕著冷箱壁，向冷箱內(nèi)滲水。因高壓氧泵與冷箱內(nèi)粗氬1塔相鄰，水流首先滲至氬塔底部，當(dāng)氬塔底部飽和后，向主塔底部延滲，造成后期主塔下側(cè)溫度點(diǎn)TI01300L溫度亦開(kāi)始下降。

二期冷箱在交付使用時(shí)，冷箱周圍的低溫泵泵箱基礎(chǔ)四角被墊起，但泵箱下方與地面中間存在較大縫隙，分析原因?yàn)榻ㄔO(shè)時(shí)期未進(jìn)行灌漿或灌漿高度不高等原因?qū)е卤孟涞撞恳泊嬖诖罅糠e水現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 高壓氧泵防爆墻內(nèi)積水及泵箱基礎(chǔ)

同時(shí)發(fā)現(xiàn)冷箱外側(cè)地面的基礎(chǔ)垂直方向出現(xiàn)裂縫，高度約5～10 cm，整體進(jìn)行開(kāi)裂，且有水流流出，如下圖4所示，懷疑冷箱基礎(chǔ)在基建時(shí)未按標(biāo)準(zhǔn)施工，且冷箱基礎(chǔ)溫度較低，從而導(dǎo)致黏合處開(kāi)裂。

圖4 冷箱外側(cè)地面基礎(chǔ)垂直方向開(kāi)裂

3 采取措施

3.1 運(yùn)行期間采取的措施

制定并實(shí)施特護(hù)方案由工藝班組負(fù)責(zé)對(duì)冷箱頂部和底部密封氣進(jìn)行氧含量分析，頻次每班一次，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)氧含量上漲時(shí)立即匯報(bào)；現(xiàn)場(chǎng)人員每小時(shí)檢查一次冷箱密封氣壓力，中控人員加強(qiáng)冷箱密封氣遠(yuǎn)傳壓力的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)壓力大幅度波動(dòng)時(shí)，立即匯報(bào)并采取有效措施。當(dāng)冷箱壓力大于 300 mm水柱時(shí)，關(guān)閉冷箱充壓閥，打開(kāi)頂部人孔進(jìn)行泄壓；密切觀察冷箱有沒(méi)有新結(jié)霜處和結(jié)霜加重的產(chǎn)生。

因冷箱底部基礎(chǔ)屬于水泥整體澆注型，基礎(chǔ)尺寸過(guò)大，東西長(zhǎng)度21 m，冷箱西側(cè)空間約10 m，東側(cè)約8 m，為避免冷箱基礎(chǔ)溫度繼續(xù)降低，必須恢復(fù)冷箱基礎(chǔ)的通風(fēng)散熱。使用不銹鋼管制作冷箱通風(fēng)孔疏通工具，進(jìn)行敲擊疏通。為避免再次凍結(jié)堵塞，在大冷箱基礎(chǔ)通風(fēng)口按照順序強(qiáng)制通入分子篩后的工廠空氣，按順序?qū)?3個(gè)管口進(jìn)行輪換吹掃，至2020年1月份，冷箱基礎(chǔ)溫度TI01300K由-70 ℃左右回升至-40 ℃左右，不再回升。2021年3月中旬氣溫回升后停止通風(fēng)，冷箱基礎(chǔ)溫度開(kāi)始持續(xù)下降，近一年粗氬I塔基礎(chǔ)溫度-65～-40℃。此過(guò)程中冷箱外觀正常，冷箱上、中、下部密封氣氧含量均在正常值5%左右，冷箱密封氣遠(yuǎn)傳壓力正常，未出現(xiàn)大幅波動(dòng)現(xiàn)象。

3.2 停車檢查后處理措施

為消除冷箱基礎(chǔ)溫度點(diǎn)過(guò)低的異常現(xiàn)象，因冷箱底部與混凝土銜接處滲漏，冷箱底部鋼質(zhì)部件銹蝕，對(duì)冷箱底部鋼鐵銹蝕及銜接處防水進(jìn)行防滲漏維修處理。主要項(xiàng)目及要求有：砼面層剔鑿溝槽，鋼構(gòu)表面除銹ST2級(jí)，砼表面涂抹固砼抗?jié)B劑，鋼質(zhì)構(gòu)件表面涂抹轉(zhuǎn)銹鈍化劑，銜接陰角處做聚合物抗裂耐沖刷砂漿八字坡角，作業(yè)面砼面層及砂漿面層涂抹高滲透環(huán)氧底涂[9]，鋼質(zhì)構(gòu)件及砼作業(yè)面層涂抹聚瀝膜手刮型兩布三涂，抹砂漿保護(hù)層厚度 ≥30 mm，具體施工如下。

3.2.1 冷箱外側(cè)基礎(chǔ)修復(fù)

首先對(duì)冷箱外側(cè)基礎(chǔ)垂直開(kāi)裂的一層整體進(jìn)行打掉，對(duì)與水泥相銜接的部位進(jìn)行打磨除銹，后對(duì)冷箱地面進(jìn)行重新灌漿，此次灌漿高度高于原有基礎(chǔ)高度50 mm，消除了低溫泵泵箱下積水的現(xiàn)象，并在水泥與泵箱及冷箱壁相銜接處使用水泥等砂漿砌成45°夾角，防止水流滲入冷箱底部。同時(shí)由冷箱壁向外在灌漿時(shí)做成坡度，便于冷箱的排水，此次將冷箱外側(cè)前期容易積水的部位全部進(jìn)行了消除。

3.2.2 冷箱內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)修復(fù)

先對(duì)粗氬1塔及主塔底部的凹陷部位進(jìn)行灌漿，灌漿高度約80 mm左右，使塔下基礎(chǔ)高度遠(yuǎn)高于冷箱內(nèi)部基礎(chǔ)高度；后對(duì)冷箱內(nèi)部基礎(chǔ)地面整體進(jìn)行灌漿，灌漿高度低于塔下基礎(chǔ)高度，但高于冷箱外側(cè)地面基礎(chǔ)高度，避免再次出現(xiàn)冷箱外側(cè)水流灌至冷箱內(nèi)側(cè)的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

大修后開(kāi)車?yán)湎浠A(chǔ)溫度均在正常范圍內(nèi)，運(yùn)行一個(gè)月后下塔的基礎(chǔ)溫度在11.8 ℃，粗氬1塔的基礎(chǔ)溫度在-8 ℃左右，冷箱內(nèi)其余基礎(chǔ)溫度均在 8～16 ℃之間，在下雨后對(duì)冷箱地面積水進(jìn)行檢查，排水效果良好，無(wú)積水現(xiàn)象。對(duì)冷箱的密封氣進(jìn)行分析和檢查，氧含量和壓力均在正常范圍內(nèi)，至此，歷時(shí)多年的冷箱基礎(chǔ)溫度過(guò)低的現(xiàn)象圓滿消除，此舉消除了空分冷箱基礎(chǔ)溫度低的重大隱患，同時(shí)亦保證了冷箱的正常運(yùn)行。

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Cause Analysis and Measures of Low Foundation Temperature of Air Separation Cooling Box

,

（Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China）

In view of the continuous decrease of the temperature of the cold box foundation of the air separation unit during operation, the reasons were analyzed, and the operation and shutdown treatment measures were put forward to ensure the long-term operation of the unit.

Cold box; Foundation temperature; Reasons; Measures

TQ051

A

1004-0935（2022）04-0562-04

2021-10-12

劉素艷（1977-），女，河南省焦作市人，工程師， 1996年畢業(yè)于河南省化工學(xué)校化工機(jī)械專業(yè)，研究方向：設(shè)備管理。