一起粗氬塔氮塞故障的原因分析

1、*故障處理*收稿日期:2010 02 25作者簡(jiǎn)介:紀(jì)紅利,男,1985年生,2007年畢業(yè)于河北廣播電視大學(xué)電子商務(wù)專業(yè),現(xiàn)在唐山長(zhǎng)城鋼鐵集團(tuán)九江線材有限公司制氧廠工作,為制氧廠調(diào)度。一起粗氬塔氮塞故障的原因分析紀(jì)紅利(唐山長(zhǎng)城鋼鐵集團(tuán)九江線材有限公司制氧廠,河北省遷安市木廠口鎮(zhèn)松汀村南 064404摘要:因?yàn)镵DONAr 30000/30000/1100型內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備氧氣取出量增大而造成氧氣純度下降,進(jìn)而導(dǎo)致粗氬塔發(fā)生氮塞故障,影響后續(xù)生產(chǎn)的正常運(yùn)行。簡(jiǎn)介空分設(shè)備的制氬流程,詳細(xì)介紹了故障原因的分析過(guò)程和為消除故障采取的處理措施。關(guān)鍵詞:大型空分設(shè)備;制氬系統(tǒng);粗氬塔;氮塞;氧氣純度

2、中圖分類(lèi)號(hào):TQ116 43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:BAnalysis of the cause for trouble of nitrogen blocking in crude argon towerJi HongliKeywords:Larg e sized air separation plant;Argon generation system;Crude argon tow er;Nitrogen blocking;Purity of g aseous ox ygen唐山長(zhǎng)城鋼鐵集團(tuán)九江線材有限公司的KDONAr 30000/30000/1100型空分設(shè)備,由河南開(kāi)元空分集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)制造,

3、采用分子篩單層床吸附凈化、空氣增壓機(jī)增壓、中壓增壓透平膨脹機(jī)制冷、全精餾無(wú)氫制氬、雙層浴式主冷、液氧內(nèi)壓縮流程,于2009年12月25日生產(chǎn)出合格氧產(chǎn)品,一周后生產(chǎn)出氬氣。1 空分設(shè)備工藝流程空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮至0 5MPa 并被冷卻,經(jīng)分子篩純化系統(tǒng)凈化后分為兩股,一股經(jīng)板翅式換熱器冷卻后直接進(jìn)入下塔,另一股經(jīng)空氣增壓機(jī)增壓。經(jīng)過(guò)空氣增壓機(jī)增壓后的空氣又分為兩股:由空氣增壓機(jī)二段抽出壓力為2 174M Pa 的一股空氣,進(jìn)入增壓透平膨脹機(jī)增壓端增壓至2 877M Pa 后進(jìn)入主換熱器,冷卻后抽出進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹,膨脹后的空氣進(jìn)入下塔;另一股空氣被繼續(xù)增壓至6 0M Pa 后進(jìn)入主換熱器與液氧換熱

4、,被冷卻的空氣經(jīng)高壓節(jié)流閥降壓后進(jìn)入下塔。從下塔抽取富氧液空送入上塔參加精餾,抽取富氧液空量多時(shí)液空純度上升,反之則下降。在上塔設(shè)置了一個(gè)氧氣旁通污氮管閥V14,用于調(diào)節(jié)上塔回流比的大小,以調(diào)節(jié)氬餾分。從上塔相應(yīng)部位抽出氬餾分氣約38000m 3/h,59氬含量約9%,氮含量約0 01%。氬餾分直接從粗氬!塔的底部導(dǎo)入,粗氬!塔上部采用粗氬塔底部排出、并經(jīng)循環(huán)粗氬泵加壓后的粗液氬作為回流液。粗氬氣自粗氬!塔頂部排出,由粗氬塔底部導(dǎo)入。粗氬冷凝器采用過(guò)冷后的富氧液空作為冷源,上升氣體在粗氬冷凝器中液化。在粗氬塔頂部抽出約1100m 3/h 粗氬氣(約99%Ar 、#210-6O 2進(jìn)入精氬塔中,

5、繼續(xù)精餾。在粗氬冷凝器中被冷凝的粗液氬作為回流液回粗氬塔。在粗氬冷凝器中蒸發(fā)后的液空蒸汽和相當(dāng)于2%總液空量的液空返回上塔。在粗氬塔頂部冷凝器設(shè)置了一個(gè)液空壓力控制閥V706,以便于控制粗氬塔負(fù)荷。粗氬氣從精氬塔中部進(jìn)入。精氬蒸發(fā)器利用下塔來(lái)的富氧液空作為熱源,促使精氬塔底部的液氬蒸發(fā)成上升蒸汽,液空過(guò)冷后返回上塔。來(lái)自過(guò)冷器并經(jīng)節(jié)流的液氮進(jìn)入精氬冷凝器作為冷源,使精氬塔頂部產(chǎn)生回流液,以保證塔內(nèi)精餾,使氬、氮分離,從而在精氬塔底部得到純液氬并被送入液氬貯槽。2 故障處理過(guò)程2010年1月23日12:30左右,操作人員發(fā)現(xiàn)粗氬塔阻力由6 0kPa 下降至4 8kPa,氬餾分流量由36000m

6、3/h 下降至30000m 3/h 左右,同時(shí)粗氬冷凝器液空液位開(kāi)始上升,粗氬冷凝器液氬溫度呈下降趨勢(shì),氬餾分氬含量由11%上升到13%,3分鐘后DCS 控制系統(tǒng)上顯示氬餾分氬含量超量程,氧氣純度由99 98%下降至99 7%,并且還有下降趨勢(shì)。由此判斷粗氬塔發(fā)生了氮塞。粗氬塔流程如圖1 所示。圖1 KDON Ar 30000/30000/1100型空分設(shè)備全精餾無(wú)氫制氬系統(tǒng)粗氬塔流程示意打開(kāi)粗氬塔放空閥V766開(kāi)始排氮,關(guān)閉氧氣旁通污氮管閥V14和氧氣送出管道上的旁通閥V103,以減少氧產(chǎn)量。氧產(chǎn)量由29500m 3/h 減少至27000m 3/h 左右,以提高氬餾分中氧含量,降低氮含量。1

7、0分鐘后,氮塞現(xiàn)象并未好轉(zhuǎn),氧氣純度下降到98 8%,并且下層主冷液氧液位由2480mm 上漲至2600mm 左右,同時(shí)氬餾分流量下降至22000m 3/h,粗氬塔阻力下降至3kPa 。只能繼續(xù)降低氧氣產(chǎn)量,手動(dòng)打開(kāi)循環(huán)粗氬泵回流閥,控制回流到主塔的粗氬量,防止氧氣純度繼續(xù)下降;同時(shí)排放下層主冷液氧,將下層主冷液氧液位控制在2400mm 左右。加速主冷液氧的蒸發(fā)以提高氧氣純度。操作人員手動(dòng)打開(kāi)V706閥來(lái)降低粗氬冷凝器壓力以降低粗氬冷凝器液空溫度,增大粗氬冷凝器換熱溫差;同時(shí)開(kāi)大V766閥,放空量由1050m 3/h 上升到1300m 3/h 左右,加快粗氬塔排氮速度。經(jīng)過(guò)3個(gè)多小時(shí)的調(diào)節(jié),氮

8、塞現(xiàn)象消除,制氬系統(tǒng)恢復(fù)正常。但是由于氧氣純度過(guò)低不得不將氧氣放空,減少了對(duì)煉鋼的送氧量,對(duì)煉鋼供氧系統(tǒng)造成的影響較大。3 故障原因分析所謂氮塞就是氬餾分中氮含量增加,粗氬冷凝器的溫差縮小,甚至為零,從而造成粗氬冷凝器無(wú)法工作。而造成氬餾分氮含量增加的原因主要有以下幾點(diǎn):%氧氣純度變化對(duì)氬餾分組分的影響較大,氬餾分中氮含量隨氧純度的降低而增加;&分子篩吸附器均壓時(shí)或者在使用空氣噴射蒸發(fā)器蒸發(fā)液體時(shí),造成進(jìn)塔空氣量減少,而氧產(chǎn)量不變時(shí)氬餾分中氮含量上升;循環(huán)粗氬泵送入粗氬!塔的液體量波動(dòng)較大,也會(huì)影響氬餾分組分,液體量大時(shí)氬餾分中氮含量增加;(氮?dú)猱a(chǎn)量的影響,當(dāng)?shù)獨(dú)猱a(chǎn)量減少時(shí)上塔富氬區(qū)就

9、要下移,造成抽取的氬餾分中氮含量上升。分析氮塞故障發(fā)生前后空分設(shè)備運(yùn)行工況后,認(rèn)為此次氮塞故障是由于氧氣純度降低所致。而造成氧氣純度降低的原因有以下幾點(diǎn):%氧氣取出量過(guò)大;&富氧液空純度過(guò)低;進(jìn)上塔膨脹空氣量過(guò)大;(主冷液氧液位過(guò)高等。從氧氣純度的變化并結(jié)合空分設(shè)備工藝流程,分析此次氮塞故障的原因:(1由于空分設(shè)備采用膨脹空氣進(jìn)下塔流程,60膨脹空氣量變化對(duì)上塔影響并不大,并且膨脹空氣量沒(méi)有改變,排除了膨脹空氣量過(guò)大對(duì)氧氣純度的影響。(2液空純度由富氧液空量控制,而富氧液空節(jié)流閥開(kāi)度并沒(méi)有改變,排除了富氧液空純度過(guò)低對(duì)氧氣純度的影響。(3下層主冷液氧液位在氮塞故障發(fā)生前為2500mm左

10、右,并不高,氮塞故障之后才上升,所以排除主冷液氧液位過(guò)高對(duì)氧氣純度的影響。(4在氮塞故障發(fā)生前,氧氣管網(wǎng)的壓力由1 5kPa下降至1 2kPa,空分設(shè)備氧氣送出流量由28500m3/h左右上升至29550m3/h左右,氧氣純度開(kāi)始下降,隨后便發(fā)生了氮塞?？梢?jiàn),由于氧氣產(chǎn)量增加造成氧氣純度降低,最終導(dǎo)致了粗氬塔氮塞故障。當(dāng)氧氣管網(wǎng)壓力和用氧量發(fā)生波動(dòng)時(shí),就會(huì)使氧氣流量及純度發(fā)生變化。由于送氧量增加造成氧氣純度下降,此時(shí)上塔富氬區(qū)下移。據(jù)有關(guān)資料介紹:氧氣純度變化0 1%,氬餾分氬含量變化0 8%1%左右。由于氮塞發(fā)生時(shí)從上塔抽取的氬餾分減小,造成粗氬塔填料內(nèi)的液體漏下,而沒(méi)有及時(shí)控制循環(huán)粗氬泵流

11、量,使粗氬塔液氬回流至主塔液體量過(guò)多,從而破壞了主塔精餾工況,造成主冷液氧液位上升,使氧氣純度進(jìn)一步降低,反過(guò)來(lái)使得氮塞加劇。所以氮塞時(shí)要及時(shí)減少循環(huán)粗氬泵流量,以減少回流至主塔的回流量,防止上塔液氧純度降低。4 結(jié)束語(yǔ)空分設(shè)備任一運(yùn)行參數(shù)的變化,都會(huì)影響到相關(guān)參數(shù),因此要將參數(shù)變化的幅度限制在工藝允許的范圍內(nèi)。一旦因?yàn)椴僮鞑划?dāng),導(dǎo)致發(fā)生運(yùn)行故障時(shí),要認(rèn)真分析故障原因,并盡快采取合理措施,加以排除。否則,會(huì)使故障程度加深,影響空分設(shè)備甚至后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行。以上是筆者根據(jù)實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合空分設(shè)備流程和相關(guān)理論,對(duì)氮塞故障原因及消除方法做出的分析和總結(jié),供同行參考。參考文獻(xiàn):1湯學(xué)中,顧福

12、民.新編制氧工問(wèn)答M.北京:冶金工業(yè)出版社,2001.2嚴(yán)壽鵬.粗氬塔氮塞的分析及處理J.深冷技術(shù),2003(3:44 46.上海移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)首度應(yīng)用于高危氣體行業(yè)中國(guó)移動(dòng)上海公司首度將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于化工這一高危行業(yè),通過(guò)多點(diǎn)精確遠(yuǎn)程監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)方案,對(duì)上海主要區(qū)域的城市管道運(yùn)輸?shù)墓I(yè)氣體和醫(yī)療氣體等高危氣體實(shí)現(xiàn)精確遠(yuǎn)程監(jiān)控,提升城市安全系數(shù)。2010年6月,中國(guó)移動(dòng)上海公司攜手國(guó)內(nèi)最大的工業(yè)氣體公司液化空氣(中國(guó)有限公司,首度將高危氣體遠(yuǎn)程監(jiān)控全面應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)、數(shù)據(jù)采集、管道運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)核心環(huán)節(jié),覆蓋上海徐匯、閔行、長(zhǎng)寧、楊浦、虹口、青浦、閘北、嘉定、松江等多個(gè)區(qū)縣。目前,中國(guó)移動(dòng)上海公司已為上海城市的高危氣體運(yùn)輸管道安裝了50個(gè)信息采集點(diǎn),預(yù)計(jì)年底采集點(diǎn)總數(shù)將達(dá)200個(gè)左右,為安全及產(chǎn)品質(zhì)量管控提供實(shí)時(shí)監(jiān)控。據(jù)相關(guān)技術(shù)人員介紹說(shuō),中國(guó)移動(dòng)上海公司開(kāi)發(fā)液化空氣(中國(guó)有限公司信息化管理平臺(tái)后,在液化空氣(中國(guó)有限公司輸氣管道上建立信息采集點(diǎn),這些智能電子監(jiān)測(cè)幫手能24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控管道中高危氣體的壓力值、輸送速度、管道密閉性能等信息,并通過(guò)短信實(shí)時(shí)發(fā)送到