粗氬液化器液氮調(diào)節(jié)閥閥后管道泄漏的分析和應(yīng)急處理

粗氬液化器液氮調(diào)節(jié)閥閥后管道泄漏的分析和應(yīng)急處理KDON-15000/15000型空分設(shè)備粗氬液化器液氮調(diào)節(jié)閥閥后管道大量漏液，為了不影響空分設(shè)備正常供給氧、氮、氬產(chǎn)品，改變精氬系統(tǒng)的工藝流程后，保持空分設(shè)備繼續(xù)運行。簡介制氬系統(tǒng)的工藝流程和運行狀況，分析應(yīng)急處理措施的可行性和實施效果。1、制氬系統(tǒng)流程和運行狀況

五礦集團(tuán)***中板有限責(zé)任公司1#KDON-15000/15000型空分設(shè)備由杭氧設(shè)計、制造，采用分子篩吸附凈化、膨脹空氣進(jìn)上塔、全精餾無氫制氬、內(nèi)壓縮流程，20**年投產(chǎn)，產(chǎn)品氧氣、氮氣、氬氣的產(chǎn)量及純度均達(dá)標(biāo)。

空分設(shè)備于20**年6月17日停運，20**年9月13日再次投入生產(chǎn)。通過大加熱、冷卻、積液和正常調(diào)整等階段，于20**年9月19日正式生產(chǎn)出氧氣。出氧后根據(jù)公司的生產(chǎn)安排，空分設(shè)備處于減負(fù)荷運行狀態(tài)：空氣量60000~65000m3/h(設(shè)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(fù)荷運行，氬餾分的氧、氮含量與正常生產(chǎn)時相比變化很大，盡管采取了低氬餾分量、低負(fù)荷運行方式，仍不能使粗氬中氮含量下降。后來通過調(diào)整主塔工況，包括膨脹空氣少量旁通、調(diào)整污氮進(jìn)上塔調(diào)節(jié)閥V2和液氮進(jìn)上塔調(diào)節(jié)閥V3開度等方法來改變液空、污液氮純度，使液空、污液氮純度大幅偏離設(shè)計值，從而消除因減負(fù)荷運行使氬餾分中氧、氮含量

偏離設(shè)計值較大的現(xiàn)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(shè)備制氬系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1KDON-15000/15000型空分設(shè)備制氬系統(tǒng)流程簡圖2、故障現(xiàn)象與分析

20**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(xiàn)精餾塔冷箱西側(cè)15~20m高的中間部位出現(xiàn)大面積結(jié)霜現(xiàn)象，結(jié)霜部位寬度約3~5m、高度約5~6m，而且霜的痕跡顯現(xiàn)了塔皮內(nèi)鋼構(gòu)造框架的形狀，這明顯是低溫液體順?biāo)?nèi)鋼構(gòu)造框架流淌造成的冷箱結(jié)霜現(xiàn)象。

在結(jié)霜部位上方有以下液體閥門：手動閥V702(粗氬冷凝器液氬回流閥)、手動閥V704(粗氬冷凝器液空恒流閥)、氣動調(diào)節(jié)閥V711(粗氬液化器液氮調(diào)節(jié)閥)、氣動調(diào)節(jié)閥V706(精氬冷凝器液氮調(diào)節(jié)閥)和手動閥V714(精氬冷凝器液氬回流閥)。根據(jù)施工圖紙確定冷箱西側(cè)結(jié)霜位置內(nèi)部管道布置稀少，所以判斷為上述幾個閥門或閥門前后管道出現(xiàn)了問題。此時有操作人員反映，此次投產(chǎn)空分設(shè)備時V711閥的開度要比停運前大很多，相關(guān)參數(shù)比較見表1。

表1空分設(shè)備停車前與故障時制氬系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)比較

除粗氬量降低外，其他參數(shù)變化很小，但V711閥開度卻大幅增加，再根據(jù)結(jié)霜情況，暫時判斷為V711閥或與之相關(guān)管道出現(xiàn)了問題。

首先直接用蒸汽對結(jié)霜塔皮解凍，隨后在結(jié)霜位置上方、V711閥下方開孔，直接向冷箱內(nèi)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(xù)下流對下部設(shè)備以及冷箱根底造成傷害?？墒峭ㄟ^多日對通入氣體位置、吹入深度以及氣量的調(diào)整，塔皮結(jié)霜現(xiàn)象雖有緩解，但卻無法完全消除。而且冷箱根底溫度已逐漸下降至-80℃。在不能判斷是否為此漏點造成故障的情況下只能停運精氬系統(tǒng)。

停運粗氬液化器和精氬塔的第二天，塔皮上的結(jié)霜現(xiàn)象消除，據(jù)此進(jìn)一步確認(rèn)為V711閥后管道泄漏。3、應(yīng)急處理措施

但停運精氬系統(tǒng)后，因為不抽取氬餾分，不利于主塔氧、氮分離，會嚴(yán)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(tǒng)，就要從V712閥處排出粗氬氣，會造成能耗增加和冷量浪費。而且，液氬的市場需求量很大，售價很高，不生產(chǎn)會給公司帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。如果對空分設(shè)備冷箱開展扒砂大修，則耗資大、歷時長，會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V711閥而直接使精氬塔投運的應(yīng)急措施。

由精氬系統(tǒng)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，只不過回流液供應(yīng)的位置不同，能否將兩臺設(shè)備的任務(wù)由一臺設(shè)備完成?也就是說，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的液氬作為整個精氬塔的回流液。熱質(zhì)交換后，精氬蒸發(fā)器中汽化的蒸汽通過精氬塔中部后雖所剩無幾，但蒸汽中的不凝氮氣幾乎不會被冷凝，會一直上升至精氬冷凝器直至從V751閥排出。精氬系統(tǒng)工藝流程改變?nèi)鐖D2所示。

圖2精氬系統(tǒng)工藝流程改變示意圖

精氬系統(tǒng)工藝流程改造的難點：

(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(yù)知。

(2)精氬塔的回流液完全來自精氬冷凝器，勢必增加精氬塔上半部和精氬冷凝器的工作負(fù)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(fù)荷能增加多少，需要不斷摸索和嘗試。4、實施效果

改變精氬系統(tǒng)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(diào)整V707閥開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(dá)標(biāo)。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(shè)計值的8