2#14000制氧机制氩系统调试总结

作者：安阳钢铁公司制氧厂 陈保权 高晓宁

欢迎访问e展厅 展厅 3 压缩机/分离/过滤机械展厅 压缩机, 空气压缩机, 过滤器, 滤清器, 滤油机, ... 【关键词】全精馏制氩氮塞 【论文摘要】论述安钢集团公司制氧厂2#14000制氧机制氩系统调试期间所出现的问题和所采取的相应措施。为制氩统的正常运行积累了实践经验。 我厂2#14000制氧机设备系由四川空分集团公司设计制造，采用当今国内最先进的第六代全精馏制氩流程。制氩系统由粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔、精氩塔（三个塔均为规整填料塔结构）、计量罐和循环液氩泵等设备组成，具有压降小、操作弹性大、氩提取率高等特点。经过近几个月的调试与运行，目前粗氩流量（FIC702）达到500Nm3/h，粗氩中含氧量（AIAS701）在5×10-6（V/V）O2以下。现将在调试过程中发现的问题和解决方法总结如下。 一、第一次调试 2#14000制氧机建成投产进入调试阶段，当主塔工况稳定后，我们开始进入制氩系统。逐步冷却粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔，并使之建立精馏工况后，发现粗氩中含氧量（AIAS703，下同）居高不下，并出现比粗氩Ⅱ塔顶部气体中含氧量还高的异常现象。测量粗氩Ⅱ塔的阻力计正管中气体含氧为1.8%，阻力计负管（在粗氩Ⅱ塔顶部）中气体含氧为0.8%。而从AIAS703处测量气体含氧量上升为7%，测量粗氩回流液中的含氧是正常的。由此可基本判定在粗氩Ⅱ塔冷凝器的液空蒸发侧有泄漏点，为确定其准确位置，在停车检修前做了如下实验：逐渐提高液空液位（LIC702），并时刻观察粗氩气管道内气体和液氩回流粗氩Ⅱ塔顶部的液体中含氧量的变化。当液空液位升高至2700mm时，两处含氧量均大幅度上升。根据对粗氩冷凝蒸发器内部结构和液空液位设计值综合分析，判定泄漏点应在粗氩Ⅱ塔冷凝蒸发器内部的粗氩气管道上。后经扒塔并打开粗氩Ⅱ塔粗氩Ⅱ塔冷凝蒸发器发现泄漏点在南板式换热器粗氩气出口与封头相接的焊缝外侧（该裂缝长为5cm，最宽处约为5mm），与判断基本吻合。产生裂缝的原因是在设计该管道时，未考虑应力补偿，导致焊缝在低温下拉裂。另外，在此次调试中无论全开或全关液空回流阀（V701），液空回流温度（TIA701）无变化。在8月30日处理空冷塔低温水喷水孔堵塞而临时停车时，将V701阀全开，粗氩Ⅱ塔冷凝蒸发器液空液位不下降，因而判断V701阀堵塞造成液空回流不畅。在停车检修期间，锯开V701阀前管道，在缩径处掏出大量铝屑和碎毛毡，排除后再次运行时，液空回流效果极佳，TIA701达到设计值。 检查粗氩Ⅱ塔冷凝器内漏的同时，看到冷凝蒸发器内南北两个板式换热器的四个封头严重变形、塌陷，几乎贴在换热器上，究其原因可能是封头在其结构设计和制造上存在耐压偏低的问题，操作时液空侧出现压力偏高现象；冷凝蒸发器液空侧安全阀直径太小等原因。在调试过程中怀疑精氩塔精氩回流量达不到设计要求，因此采取了将精氩回流管由φ30改为φ45，并对上述问题加以解决。如裂缝重新焊接并对该管道重新布置，增加管道应力补偿，防止类似事故发生；重新更换封头，由6mm厚的改为12mm厚的铝合金封头，并增加了内衬筋板增强耐压能力，还增加一个DN100的安全阀。同时，在仪控系统中增设一个安全联锁，当粗氩冷凝蒸发器液空侧压力高于72Kpa时，液空蒸汽回上塔阀（FIC701）将自动全开。 二、第二次调试 在调试中，氩馏份量（FIC701）只能达到14000Nm3/h左右，粗氩产量（FIC702）也只能达到350Nm3/h，并且粗氩中含氧量（AIAS703）为7×10-6（V/V）。若按粗氩Ⅱ塔的回流比将近40倍计算，则含氧量应在2PPm，粗氩产量在400Nm3/h。经过中国空分设备公司的专家分析，未能确定其原因。怀疑可能是粗氩Ⅱ塔冷凝蒸发器里面有水份冻结或堵塞其换热单元。此外，在调试中出现了多根仪表管堵塞，给操作和制氩的稳定运行带来不便。经过对仪表管吹除未发现有杂质，而且同时多根仪表管堵塞，经认真分析，认为原因可能是上部渗漏的液氮滴敷在这几根仪表管上，使仪表管内的液氩或气氩固化（标准状态下，液氮温度为-195.8℃，氩的固化温度为-189.2℃），导致仪表管堵塞。 通过对上述问题的分析与讨论，我们于2002年元月下旬利用空压机检修再次停车的机会对设备进行全面加温。加温气用中压氮气，加温过程中，用微量水份分析仪（AI401）对氩馏份纯度分析点（AIA701）取样分析，结果水份含量指示满表。据此判断精馏系统中有大量水份存在。进一步分析认为这些水份是由于上次检修时，冷箱内珠光砂只扒到39m处，仅露出粗氩Ⅱ塔冷凝蒸发器、液空回流阀（V701）和精氩塔冷凝器等部位。当时正值10月份，环境温度在20℃以上，而保冷箱内温度在5℃以下，这就造成部分潮湿空气进入上塔、粗氩冷凝器和粗氩Ⅱ塔填料中。氩系统吹除管细并且上次加温时间短，未能将水份完全带走，导致氩系统投运后粗氩冷凝器换热不足，氩馏份流量达不到设计要求和粗氩Ⅱ塔精馏效率低。于是决定延长加温时间，并增加微量水监测点如AIAS701（粗氩中微量氧分析点）、AI705（计量罐后液氩中微量氧分析点）处等。历经10天的加温与吹扫，各监测点水份含量达到10×10-6（V/V）以下。 三、第三次调试 于2002年2月初至今，近一个月的调试，现氩产量最高达520 Nm3/h，氩产品含氧量在5×10-6（V/V）以下。由于又出现多根仪表管堵塞，给制氩系统再次带来调整与操作的困难。针对以上问题我们摸索出一些方法现介绍如下。 1、排除外部因素保证氩馏份纯度的稳定 首先在调试中摸索总结确定一个最佳氩馏份含氧值。因为氩馏份含氧量过高，将影响粗氩产量，氩馏份含氧量过低，将造成氩馏份中含氮量升高，易发生氮塞。本套设备氩馏份含氧量的佳值在85%～88%之间。其次，在调试过程中使用液体工况时，由于氮气管网压力波动，造成液体工况时液体产量不稳定，先是影响下塔精馏工况，最终影响氩馏份纯度和上塔精馏工况。针对以上问题采取了以下措施： ⑴ 使用液体工况当生产液体多时，应适当开大液氮去贮槽的阀门（HV-2），或者适当开大液氮节流阀（FCV2），确保下塔液空纯度的稳定。同时应降低氧产量来保证氩馏份纯度的稳定。 ⑵ 使用液体工况时要多生产液氧，适当开大FCV2阀以保证下塔液空纯度稳定在38%O2左右，或降低氧产量确保氩馏份纯度的稳定。 另外在调试过程中观察到一些关键参数变化幅度大，从而制氩系统的不稳定。如，精氩塔压力参数（PICA703）从1.6KPa波动到20Kpa，使粗氩流量（FIC702）在300 Nm3/h至420 Nm3/h之间波动，也造成氩馏份纯度的不稳定。通过长期跟踪观察，发现上述问题的原因是由于这些参数所控制的阀门开关幅度过大造成的。因此，对其所在控制回路中调节器的比例、积分参数做了相应调整。调整后，上述现象得到控制，基本消除此问题对氩馏份纯度的影响。 2、多根仪表管堵塞后如何稳定制氩系统的运行 在第二次、第三次调试中都出现了多根仪表管堵塞。特别是粗氩Ⅱ塔塔釜液位计正负管的堵塞，给制氩操作带来极大不便。开始我们采用将由粗氩Ⅱ塔塔釜液位（LIC701）控制的循环氩泵后液体入粗氩Ⅰ塔顶部的阀门（LCV701）改为手动控制以稳定制氩生产。方法如下：观察氩馏份纯度（AIA701）开始加速下降时，将LCV701阀关小2%～4%，就可以阻止AIA701下降；当AIA701加速上升时（LCV701阀关小，即粗氩Ⅰ塔回流比减少，上升气体中含氧量增加；反之，LCV701阀开大则上升气体中含氧量下降）。这样就可以将AIA701控制在1.5%～2%范围内波动，实现制氩生产的稳定，但操作频繁，稳定性差。在第三次调试中出现堵塞后，为了能实现自动控制，几经变更，现今将LIC701负管接至粗氩Ⅱ塔阻力（PdI702）的负管上，正管接在循环氩泵泵前压力管上。目前没有发现堵塞现象且液面稳定（通过计算将LIC701由原来的1500mm提高至1880mm），自动控制能够实现。 3、氮塞是制氩系统最严重的事故之一。不但使氩精馏系统彻底破坏，而且使主塔精馏也被破坏，影响氧气供应，恢复时间也较长。通过几个月的观察发现，一旦氩馏份出现大幅度波动后，全精馏制氩系统就易发生氮塞现象。因此，氩馏份纯度的稳定是防止发生氮塞的首要因素。若发生氮塞应如何处理呢？ 首先氮塞是一个渐进过程，及时发现氮塞的前兆，及时调整，就能避免工况进一步恶化。2#14000制氩系统发生氮塞的现象为：余气放空阀（PV750）全开，精氩塔压力（PICA703）持续上涨，粗氩气中含氩量（AI706）开始降低，粗氩Ⅱ塔阻力（PdI702）和粗氩Ⅰ塔阻力（PdI701）开始下降，氩馏份量（FIC701）开始减少，氩馏份纯度（AI701）开始加速下降，制氩精馏工况破坏，主塔精馏工况破坏。 ⑴ 当余气放空阀（PV750）全开后，精氩塔压力（PICA703）仍不下降，粗氩中含氩量（AI706）下降，此时应将余气吹除阀（V751）全开增加余气放空量。一般当粗氩中含氩量（AI706）在93%左右时，用此法就能恢复制氩精馏工况。同时采用降低氧产量或适当开大液氮去贮槽的阀门（HC02）等措施使氩馏份含氧量升高。 ⑵ 当粗氩中含氩量（AI706）降至90%以下，并且氩馏份量（FIC701）降至17000Nm3/h以下（正常时FIC701在18000Nm3/h～18500Nm3/h），就应打开粗氩气放空阀（V756）放空，必要时对精氩塔作相应的调整。 ⑶ 如果氩馏份量（FIC701）继续下降，并且氩馏份纯度（AI701）也大幅度下降，就应大幅度降低氧产量，开大液氮去贮槽的阀门（HC2）。若采取上述措施仍无效，氧气纯度急剧下降至98%以下，氩馏份量（FIC701）降为零，粗氩Ⅰ、Ⅱ塔阻力降为零，则按氮塞处理。 以上所述，是我们在三次制氩调试中所遇到的问题及解决方法。有些问题还有待在实践中进一步探究其原因。如粗氩中含氧量为什么不达标，是制造问题或是其他原因；仪表管堵塞的真正原因以及液空回流阀（V701）重新堵塞造成氩馏份量达不到设计值（FIC701设计值为19000Nm3/h）等。在此，欢迎大家提出建议和意见。 作者简介 姓名：陈保权，男，1970年3月出生，2001年6月毕业于开封空分设备厂职工大学。现工作于河南省安阳钢铁公司制氧厂，从事制氧工作。 通信地址：河南省安阳钢铁公司制氧厂五车间 邮编：455004 电话：0372-3121242(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/14/2004)