粗氬液化器液氮調節閥閥后管道泄漏的分析和應急處理

　　KDON-15000/15000型空分設備粗氬液化器液氮調節閥閥后管道大量漏液，為了不影響空分設備正常供應氧、氮、氬產(chǎn)品，改變精氬系統的工藝流程后，保持空分設備繼續運行。簡(jiǎn)介制氬系統的工藝流程和運行狀況，分析應急處理措施的可行性和實(shí)施效果。

1、制氬系統流程和運行狀況

　　五礦集團營(yíng)口中板有限責任公司1#KDON-15000/15000型空分設備由杭氧設計、制造，采用分子篩吸附凈化、膨脹空氣進(jìn)上塔、全精餾無(wú)氫制氬、內壓縮流程，2003年投產(chǎn)，產(chǎn)品氧氣、氮氣、氬氣的產(chǎn)量及純度均達標。

　　空分設備于2010年6月17日停運，2010年9月13日再次投入生產(chǎn)。通過(guò)大加熱、冷卻、積液和正常調整等階段，于2010年9月19日正式生產(chǎn)出氧氣。出氧后根據公司的生產(chǎn)安排，空分設備處于減負荷運行狀態(tài)：空氣量60000~65000m³/h(設計空氣量77000m³/h)，氧氣產(chǎn)量12000m³/h左右，氮氣產(chǎn)量13000m³/h。由于減負荷運行，氬餾分的氧、氮含量與正常生產(chǎn)時(shí)相比變化很大，盡管采取了低氬餾分量、低負荷運行方式，仍不能使粗氬中氮含量下降。后來(lái)通過(guò)調整主塔工況，包括膨脹空氣少量旁通、調整污氮進(jìn)上塔調節閥V2和液氮進(jìn)上塔調節閥V3開(kāi)度等方法來(lái)改變液空、污液氮純度，使液空、污液氮純度大幅偏離設計值，從而消除因減負荷運行使氬餾分中氧、氮含量

　　偏離設計值較大的現象。一周后終于使粗氬中氬含量AI705上升至接近98.5%，投運粗氬液化器和精氬塔。

　　KDON-15000/15000型空分設備制氬系統流程如圖1所示。

圖1 KDON-15000/15000型空分設備制氬系統流程簡(jiǎn)圖

2、故障現象與分析

　　2010年10月7日精氬塔投入運行，氬提取量為300m³/h。第二天，發(fā)現精餾塔冷箱西側15~20m高的中間部位出現大面積結霜現象，結霜部位寬度約3~5m、高度約5~6m，而且霜的痕跡顯現了塔皮內鋼結構框架的形狀，這明顯是低溫液體順塔皮內鋼結構框架流淌造成的冷箱結霜現象。

　　在結霜部位上方有以下液體閥門(mén)：手動(dòng)閥V702(粗氬冷凝器液氬回流閥)、手動(dòng)閥V704(粗氬冷凝器液空恒流閥)、氣動(dòng)調節閥V711(粗氬液化器液氮調節閥)、氣動(dòng)調節閥V706(精氬冷凝器液氮調節閥)和手動(dòng)閥V714(精氬冷凝器液氬回流閥)。根據施工圖紙確定冷箱西側結霜位置內部管道布置稀少，所以判斷為上述幾個(gè)閥門(mén)或閥門(mén)前后管道出現了問(wèn)題。此時(shí)有操作人員反映，此次投產(chǎn)空分設備時(shí)V711閥的開(kāi)度要比停運前大很多，相關(guān)參數比較見(jiàn)表1。

表1 空分設備停車(chē)前與故障時(shí)制氬系統相關(guān)參數比較

　　除粗氬量降低外，其他參數變化很小，但V711閥開(kāi)度卻大幅增加，再根據結霜情況，暫時(shí)判斷為V711閥或與之相關(guān)管道出現了問(wèn)題。

　　首先直接用蒸汽對結霜塔皮解凍，隨后在結霜位置上方、V711閥下方開(kāi)孔，直接向冷箱內吹入干燥常溫氣，希望讓泄漏液體直接汽化，防止低溫液體凍壞塔皮和繼續下流對下部設備以及冷箱基礎造成傷害�？墒峭ㄟ^(guò)多日對通入氣體位置、吹入深度以及氣量的調整，塔皮結霜現象雖有緩解，但卻無(wú)法完全消除。而且冷箱基礎溫度已逐漸下降至-80℃。在不能判斷是否為此漏點(diǎn)造成故障的情況下只能停運精氬系統。

　　停運粗氬液化器和精氬塔的第二天，塔皮上的結霜現象消除，據此進(jìn)一步確認為V711閥后管道泄漏。

3、應急處理措施

　　但停運精氬系統后，因為不抽取氬餾分，不利于主塔氧、氮分離，會(huì )嚴重影響上塔的精餾工況，使氧、氮產(chǎn)品的純度和氧提取率降低。如果不停運精氬系統，就要從V712閥處排出粗氬氣，會(huì )造成能耗增加和冷量浪費。而且，液氬的市場(chǎng)需求量很大，售價(jià)很高，不生產(chǎn)會(huì )給公司帶來(lái)很大的經(jīng)濟損失。如果對空分設備冷箱進(jìn)行扒砂大修，則耗資大、歷時(shí)長(cháng)，會(huì )影響公司的正常生產(chǎn)。因此，想到了將粗氬液化器視作一條管道使用，不打開(kāi)V711閥而直接使精氬塔投運的應急措施。

　　由精氬系統的工藝流程可知，粗氬液化器與精氬冷凝器都是為精氬塔提供回流液，只不過(guò)回流液供給的位置不同，能否將兩臺設備的任務(wù)由一臺設備完成?也就是說(shuō)，將粗氬液化器看作是一條管道，將粗氬直接抽取入精氬塔作為精氬塔上部的上升蒸汽，而精氬蒸發(fā)器中被壓力氮氣蒸發(fā)的大部分氬和微量氮蒸汽作為精氬塔下部的上升蒸氣，將精氬冷凝器中被液氮冷凝下來(lái)的液氬作為整個(gè)精氬塔的回流液。熱質(zhì)交換后，精氬蒸發(fā)器中汽化的蒸汽通過(guò)精氬塔中部后雖所剩無(wú)幾，但蒸汽中的不凝氮氣幾乎不會(huì )被冷凝，會(huì )一直上升至精氬冷凝器直至從V751閥排出。精氬系統工藝流程改變如圖2所示。

圖2 精氬系統工藝流程改變示意圖

　　精氬系統工藝流程改造的難點(diǎn)：

　　(1)粗氬Ò塔至粗氬液化器之間的管道直徑為110mm，而粗氬液化器至精氬塔的管道直徑為45mm，到底能抽多少量的工藝氬，不可預知。

　　(2)精氬塔的回流液完全來(lái)自精氬冷凝器，勢必增加精氬塔上半部和精氬冷凝器的工作負荷，精氬冷凝器液氮量要增加多少，精氬塔上半部和精氬冷凝器的負荷能增加多少，需要不斷摸索和嘗試。

4、實(shí)施效果

　　改變精氬系統工藝流程后，10月19日再次投運精氬塔，控制精氬塔上部壓力為17~22kPa，抽取粗氬氣200m3/h左右，調整V707閥開(kāi)度以控制精氬塔阻力至正常水平，產(chǎn)品氬中氧、氮含量均達標。在之后的幾天，逐漸降低精氬塔上部壓力，在保證產(chǎn)品純度的前提下，生產(chǎn)液氬400m3/h，為設計值的80%。保證了大修之前空分設備的正常生產(chǎn)。

5、結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)空分設備使用年限的增加，困擾生產(chǎn)的各種問(wèn)題會(huì )越來(lái)越多。如何解決這些問(wèn)題，不但要靠豐富的經(jīng)驗和不斷地學(xué)習，更需要去用心思考。只有這樣，才能保證空分設備長(cháng)期、穩定運行。