摘要：28000m3/h內壓縮流程空分機組生產運行過程中, 下塔液空液位指示不準, 造成工況波動嚴重。介紹故障分析與處理措施。

 

　　1、問題的提出：

 

　　柳鋼氣體公司28 000 m3/h制氧機組采用了分子篩常溫吸附, 帶增壓透平膨脹機, 規(guī)整填料上塔, 全精餾無氫制氬, 液氧內壓縮流程[2,3], 于2006-02 投入生產運行。投產運行以來, 運行狀態(tài)一直良好, 主要產品產量指標均能達到設計指標。但是在2011 年后發(fā)生了多次因下塔液空液位異常[3] (液空液位大幅波動或液空液位無指示、滿量程) 引起的主塔工況紊亂現(xiàn)象, 尤其是2011-11-16 夜班和2011-11-17 中班, 機組下塔液空液位異常, 表現(xiàn)為液空液位LIC-1 和阻力Pd-1 異常, 儀表無法正常顯示參數(shù)值, V1 閥 (下塔液空節(jié)流進上塔) 只能手動操作, 當分子篩充壓或外部用氧變化時, 工況難以保持穩(wěn)定, ***終導致氧氣純度下降, 停止外送氧氣。主要工況反映為:氬餾分量大幅波動、粗氬塔底部液位上漲、粗氬塔阻力上升、液空出過冷器后的溫度回升、精氬塔氬側的壓力升高、進入精氬塔的工藝氬流量降低。

 

　　對此進行了初步處理: (1) V1 閥手動控制, 查看報表, 保持正常工況下V1 閥48.5%的開度, 但無法保證工況穩(wěn)定。 (2) 安排儀表技術人員, 多次對液空液位變送器進行吹掃, 重點對負壓管進行吹掃, 負壓管有液體吹出, 吹掃后液位顯示時而偏高時而偏低, 不久后又無法顯示。 (3) 排下塔液空, 但下塔液空及下塔阻力仍無法恢復正常。

 

　　為保證機組正常生產, 確保氧氣供應, 組織開展攻關查找原因處理故障, 本文進行總結。

 

　　2、分析與改進：

　　2.1、原因分析：

 

　　按故障現(xiàn)象分析認為:下塔的液空液位和阻力顯示超高, 可能是液位負壓管和阻力正壓管有液體進入, 導致壓力顯示不準。但操作人員對工況判斷不明, 導致節(jié)流閥開度不合適, ***終使主塔工況紊亂。

 

　　取樣的負壓管線有液體進入或氣液夾帶有以下幾種可能:

 

　　(1) 由于該制氧機已經運行了將近5 年, 分餾塔內難免會帶入一些分子篩粉末、CO2等雜質, 經長時間的積累, 這些雜質有可能進入負壓管或附著在負壓取樣管線的管口周圍, 使得取樣管可能存在一定的堵塞;

 

　　(2) 取樣管線在冷箱內不是完全固定而是相對活動的, 隨著裝置運行時間的推移, 冷箱內的保溫充填物 (珠光砂) 會逐漸下沉, 下沉的珠光砂有可能導致負壓管線下沉, 從而使該管線形成一個傾斜向下的坡度 (取樣管正常向上有5°~10°的傾斜) , 此外由于取樣管伸入塔壁過短容易使液體進入, 這樣, 沿著塔內壁往下流動的液體就有可能進入取樣管線, 造成取樣管內氣液夾帶。

 

　　(3) 下塔壓力波動過大, 或有分子篩粉末、CO2等雜質堵塞篩板, 造成下塔液懸, 繼而造成液體進入負壓管中[4]。

 

　　雖然下塔液空液位及阻力均顯示異常, 但***主要造成主塔工況紊亂的原因還是操作人員對工況判斷不明。其主要原因:

 

　　(1) 對下塔液空高或低的工況判斷不明。下塔液空液位高或低在工況上有一定的相同點, 下塔液空液位低時V1 閥通過的流體處于氣、液夾帶的工況, 由于氣體的傳熱系數(shù)比液體的傳熱系數(shù)低, 氣、液夾帶的流體通過過冷器時的換熱效果就要比全液體的流體通過時更差, 反映出來的現(xiàn)象就是出過冷器后的液空溫度升高;當氣、液夾帶的流體通過精氬塔底部的再蒸發(fā)器時, 精氬塔再蒸發(fā)器因溫差加大使蒸發(fā)量增加, 反映出來的現(xiàn)象就是精氬塔的壓力升高, 即進入精氬塔的工藝氬的背壓升高, 進而造成進入精氬塔的工藝氬流量降低。這種工況和下塔液空液位高導致氬餾分高, 產生氮塞而致精氬塔的壓力升高。工藝氬流量降低與此類似。

 

　　(2) 操作人員對上塔工況判斷不明。操作人員發(fā)現(xiàn)主塔氬餾分含氮高就認為上塔回流液過多, 因而關小V1、V4 及V2 等節(jié)流閥, 導致上塔回流液進一步減少。這種判斷和處理過于輕率。氬餾分含氮高, 但氬餾分本身含氬卻不高, 這說明打入上塔的液空含氮過多, 上塔工況并未正常建立。因此, 當下塔液空液位及阻力均顯示異常, 判斷下塔液空液位高或低時, 應該從下塔液空純度和粗氬塔冷凝器液空側溫度來判斷。如果下塔液空純度降低且粗氬塔冷凝器液空側溫度過低, 說明下塔液空液位高, V1 閥開度過小。而判斷V1 閥通過的液空是否氣液夾帶時, 應該結合精氬塔壓力、粗氬塔冷凝器液空側溫度及粗氬塔壓力一起觀察, 只有結合多項指標, 才能有效判斷工況。

 

　　(3) C3 塔液位高未采取有效措施。C3 塔液位升高時未及時調整, 如采取開大粗氬循環(huán)泵回流閥, 或降低粗氬泵頻率等措施, 所以導致過多液體打回主冷, ***終影響到外送氧氣純度。

 

　　2.2、處理措施：

 

　　經過上述分析判斷, 采取了相應的措施:

 

　　(1) 在分子篩充壓或空氣量發(fā)生較大變化時V1 閥轉自動為手動操作, 保持49%左右開度不變, 維持主塔回流液的穩(wěn)定。

 

　　(2) 保持下塔液空純度和C3 塔冷凝器溫度的穩(wěn)定, 下塔液空純度控制在38%左右, C3塔冷凝器溫度控制在-183 ℃左右。

 

　　(3) 當精氬塔壓力超過設定壓力 (12k Pa) , 且C3 塔冷凝器溫度升高時, 應手動操作V1 閥, 關小至正常開度, 此時為V1 閥開度過大, 造成氣液夾帶。

 

　　(4) 利用冶煉部門檢修的時機, 對機組進行了大加溫吹除, 重點對下塔、主換熱器及儀表管線進行吹除和加溫。

 

　　(5) 由于下塔壓力一直保持穩(wěn)定, 通過查閱圖紙, 確認下塔壓力取樣管與下塔液空液位計的負壓取樣管在同一高度, 采用下塔壓力取樣管作為液空液位計和阻力計的負壓取樣管。

 

　　經過處理, 下塔液面及阻力都保持穩(wěn)定, V1 閥也可以自動調節(jié), 通過近幾個月的觀察, 工況一直運行良好, 各項指標均能達到生產要求, 說明問題得到了有效的處理。

 

　　3、結語：

 

　　下塔液空的穩(wěn)定對空分的正常運行至關重要, 由于裝置的運行時間、制造質量、操作水平等多方面因素的影響, 下塔液空液面難免會出現(xiàn)波動, 但只要操作人員和技術人員認真分析、合理應對, 還是能避免工況波動的。