韓慶輝

摘 ? 要：作為液氧液氮加壓汽化系統(tǒng)，空分后備系統(tǒng)在空分停車狀況下仍能持續(xù)供應(yīng)O2和N2，在維持系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的同時(shí)，還能推動(dòng)下游工藝裝置生產(chǎn)工作順利運(yùn)行。為最大限度地發(fā)揮出空分后備系統(tǒng)的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)公司經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一，在分析空分后備系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，列出了后備系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題以及解決方案和整改措施，為空分后備系統(tǒng)的不斷完善提供相關(guān)理論參考。

關(guān)鍵詞：空分后備系統(tǒng);運(yùn)行;問(wèn)題;整改

1 ? ?空分后備系統(tǒng)概述

大型空分裝置作為全廠的公用氣體，為下游工藝裝置提供O2、N2，目的就是，保證后續(xù)裝置的生產(chǎn)，要求供應(yīng)氣體壓力穩(wěn)定，持續(xù)供應(yīng)。氣體的供需不平衡會(huì)造成系統(tǒng)工況波動(dòng)，嚴(yán)重的會(huì)引起后續(xù)裝置跳車，損壞機(jī)器設(shè)備，給公司造成經(jīng)濟(jì)損失，因此，對(duì)空分裝置來(lái)說(shuō)后備系統(tǒng)非常必要。后備系統(tǒng)可以將儲(chǔ)罐內(nèi)低溫液體加壓氣化送入管網(wǎng)供下游裝置使用，起到緩沖、穩(wěn)定管網(wǎng)壓力的作用。

2 ? ?空分后備系統(tǒng)流程圖和參數(shù)

本空分裝置為15 000 Nm?/h外壓縮流程制氧裝置，N2 35 000 Nm?/h，精餾塔出來(lái)的N2經(jīng)主換熱器換熱后進(jìn)入N2壓縮機(jī)，壓縮升壓至0.7 MPa送往下游工藝裝置。后備系統(tǒng)含兩臺(tái)低壓液氮泵P301A/B、兩臺(tái)中壓液氮泵P303A/B、容積為5 000 m?的液氮儲(chǔ)罐TK302、容積為1 000 m?的液氧儲(chǔ)罐TK301、容積為50 m?的液氮儲(chǔ)罐TK303。當(dāng)空分系統(tǒng)停車或開車工況下N2調(diào)峰時(shí)，低壓液氮泵最大可向下游工藝裝置提供0.7 MPa、30 000 Nm?/h的低壓氮?dú)?，中壓液氮泵最大可提?.6 MPa、2 500 Nm?/h的中壓N2，如若低壓N2量不足，中壓N2還可以補(bǔ)低壓N2[1]。后備系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

后備系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

3 ? ?后備系統(tǒng)在空分裝置中的作用及改進(jìn)方法

空分裝置故障跳車時(shí)，快速啟動(dòng)低壓液氮泵，液氮經(jīng)過(guò)水浴氣化為下游工藝裝置供氮?dú)?，最大可提?0 000 Nm?/h的低壓N2，完全滿足下游裝置的用氮量。本裝置在2017年3—5月停工期間，后備系統(tǒng)低壓液氮泵運(yùn)行經(jīng)水浴汽化后向下游裝置供N2，保證了下游裝置產(chǎn)品的順利生產(chǎn)。

截至目前，該后備系統(tǒng)已運(yùn)行5年之久，接下來(lái)提出的是后備系統(tǒng)運(yùn)行中存在的一些問(wèn)題和整改方案。

3.1 ?低壓水浴汽化器盤管有砂眼，水滲入盤管里

低壓液氮泵運(yùn)行時(shí)，水浴汽化器中液氮走盤管，汽化器里裝滿水，蒸汽通入水中給水加熱使液氮汽化成N2送往下游工藝裝置。經(jīng)觀察打開水浴汽化器出口導(dǎo)淋一段時(shí)間有水吹出，經(jīng)排查找到原因是汽化器盤管漏水，N2中含有水分。拆開汽化器發(fā)現(xiàn)盤管固定處有一細(xì)小砂眼，對(duì)該砂眼作出處理，氬弧焊焊接白鋼盤管砂眼，水浴汽化器恢復(fù)原狀后，再次打開出口導(dǎo)淋排放氮?dú)庖欢螘r(shí)間，沒有水分吹出。

3.2 ?低壓水浴汽化器氮?dú)獬隹跍囟冗^(guò)低導(dǎo)致迅速結(jié)冰

循環(huán)水泵P308A/B攪拌不均勻或者加熱的蒸汽量不夠，N2管網(wǎng)出口溫度過(guò)低，造成碳鋼管道迅速結(jié)冰。因?yàn)镹2出口管道為碳鋼管道，耐高壓不耐低溫，出口溫度低于﹣5 ℃則管道變脆，管道有爆裂的危險(xiǎn)，不及時(shí)處理則會(huì)釀成大事故，因此，增設(shè)低壓水浴汽化器出口溫度與低壓液氮泵連鎖，溫度低于﹣5 ℃，低壓液氮泵立刻停止運(yùn)轉(zhuǎn)，保護(hù)碳鋼管道。檢查循環(huán)水泵攪拌情況，加大通入水的蒸汽量來(lái)提高水溫，二者都正常才能啟動(dòng)低壓液氮泵。

3.3 ?增設(shè)中壓液氮罐和空浴汽化器

空分故障跳車后，為保證下游工藝裝置不受影響，安全穩(wěn)定生產(chǎn)，空分一般都配有后備系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)這樣的突發(fā)狀況。正常情況下，后備低壓液氮泵惰轉(zhuǎn)，故障跳車后，管網(wǎng)N2壓力降低，應(yīng)立即啟動(dòng)低壓液氮泵補(bǔ)充管網(wǎng)N2，這樣就有一定的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)下游裝置的生產(chǎn)有影響。為了縮短響應(yīng)時(shí)間，增設(shè)中壓液氮罐和空浴汽化器，液氮泵給中壓罐補(bǔ)液至規(guī)定液位，罐內(nèi)壓力保持0.8 MPa。當(dāng)空分故障跳車后，立即開啟中壓罐出口手閥，經(jīng)空浴汽化器向管網(wǎng)補(bǔ)氮?dú)?，同時(shí)，啟動(dòng)惰轉(zhuǎn)的低壓液氮泵，二者協(xié)同向下游裝置供氮?dú)狻?/p>

3.4 ?低壓液氮泵回流閥堵塞

下游裝置對(duì)氣體的需求量不是一成不變的，而是根據(jù)實(shí)際用量起伏波動(dòng)。因此，低溫泵運(yùn)行過(guò)程中，要調(diào)整液體流量來(lái)調(diào)節(jié)氣量，N2供下游裝置的量要做增量或減量操作，需要調(diào)節(jié)回流閥來(lái)控制流量?？辗痔嚕蛪阂旱猛馑?0 000 Nm?/h的低壓氮?dú)?，由于外網(wǎng)對(duì)氮?dú)庑枨罅坎▌?dòng)大，液氮泵氣縛打不上量，打開泵體導(dǎo)淋排氣，重新加載泵頻率提高出口壓力，經(jīng)檢查泵的回流閥被堵塞，無(wú)論回流閥開度增大還是減小，出口壓力始終不變，所以，當(dāng)外網(wǎng)用氮量波動(dòng)較大時(shí)，容易造成低溫泵氣縛。關(guān)閉回流閥截止閥，檢修回流閥，重新安裝，啟動(dòng)低溫液氮泵，調(diào)節(jié)回流閥開度，觀察泵的出口壓力變化情況。外網(wǎng)對(duì)氣體需求量發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)設(shè)定出口壓力調(diào)節(jié)回流閥開度進(jìn)而調(diào)節(jié)氣體量，使氣縛不再發(fā)生[2]。

3.5 ?低壓液氮泵運(yùn)行時(shí)電流過(guò)大的處理和水浴汽化器循環(huán)泵電流的調(diào)節(jié)

液氮泵運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)運(yùn)行電流比之前偏大，在不加載的情況下也偏大。對(duì)泵進(jìn)行檢修，拆開更換泵軸，重新組裝后，空載、加載，電流顯示值均比之前較小。原因是低溫泵經(jīng)常預(yù)冷、加溫，冷熱交替，日積月累，泵軸出現(xiàn)應(yīng)力變形、受力不均，故運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流較平時(shí)偏大。水浴汽化器循環(huán)泵正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)遇到電流過(guò)高報(bào)警，因?yàn)楸贸隹谑珠y不能一次調(diào)整到位，要根據(jù)泵運(yùn)行連續(xù)多次調(diào)節(jié)出口閥的開度，讓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)電流處在工藝值范圍。

3.6 ?空分裝置斷電跳車

空分裝置遇到斷電跳車，所有設(shè)備都停止運(yùn)轉(zhuǎn)，立即開啟壓力為0.8 MPa的50 m?中壓液氮儲(chǔ)罐TK303，通過(guò)空氣汽化器氣化液氮向下游裝置供氣，由于儲(chǔ)罐體積有限，只能維持向外供氣體20 min，20 min之內(nèi)電力不恢復(fù)，下游裝置只能退料停車，也會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，所以，后備系統(tǒng)只增設(shè)中壓儲(chǔ)罐還是有缺陷，不能徹底根除問(wèn)題，會(huì)給公司帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)后備系統(tǒng)做出整改措施，增設(shè)一發(fā)電機(jī)給后備系統(tǒng)低溫泵和汽化器循環(huán)泵提供電力，這樣就可以持續(xù)性地向下游裝置供氣。

3.7 ?空分裝置斷蒸汽跳車

空分裝置因斷蒸汽跳車，水浴汽化器的水沒有熱源加熱，不能氣化液氮向下游裝置供N2。50 m?的中壓液氮儲(chǔ)罐和空氣汽化器只能短時(shí)間向下游供氣，而且不能保證下游裝置的用氮量。故對(duì)低壓和中壓水浴汽化器進(jìn)行工藝整改，在汽化器內(nèi)部各增加一電加熱器，沒有蒸汽加熱時(shí)，開啟電加熱器對(duì)汽化器的水進(jìn)行加熱，使水溫升高，氣化液氮，送往下游工藝裝置。

3.8 ?液氮儲(chǔ)槽卸車管線口加裝緊急切斷閥

管道介質(zhì)是低溫液氧或者液氮，在裝卸液氧液氮過(guò)程中，由于操作失誤或者大意，管道接口出現(xiàn)拉斷情況，則會(huì)出現(xiàn)管道破裂、介質(zhì)泄漏等問(wèn)題。當(dāng)管道兩端出現(xiàn)拉力時(shí)，管道的弱點(diǎn)必然會(huì)隨著拉力的增加而出現(xiàn)，這種脆弱達(dá)到一定程度之后可能會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生一定程度的破裂。不管是小孔、中孔還是大孔破裂，這種破裂方式都會(huì)導(dǎo)致物料的泄散，這是十分危險(xiǎn)的，尤其是物料本身具有可燃等特性的時(shí)候。故加裝一緊急切斷閥來(lái)保護(hù)管道、防止介質(zhì)泄漏，這種閥門的工作原理是：當(dāng)安裝在管線中的緊急切斷閥承受一定拉力時(shí)，這種閥門會(huì)自動(dòng)斷開，這樣對(duì)該閥門兩側(cè)的管道進(jìn)行一定程度的控制，阻斷管道介質(zhì)的泄漏，而且能夠有效保證管線的健康與安全，甚至能夠延長(zhǎng)管線的使用壽命，還能夠保護(hù)人們的生命健康和財(cái)產(chǎn)安全。

3.9 ?液氮儲(chǔ)槽TK302被污染

空分裝置在2015年開工后，生產(chǎn)出合格的液氧液氮，液氧送入TK301儲(chǔ)槽，液氮送入TK302儲(chǔ)槽。在常規(guī)的一次檢測(cè)液氮純度中檢測(cè)到TK302儲(chǔ)槽內(nèi)的液體氧質(zhì)量濃度大于1×10-5，隨后進(jìn)行多次檢測(cè)化驗(yàn)，結(jié)果還是一樣，對(duì)空分流程進(jìn)行全面排查，液氮產(chǎn)品純度是合格的，說(shuō)明液氮儲(chǔ)槽內(nèi)液體被污染了。

經(jīng)過(guò)排查，發(fā)現(xiàn)原因是：低壓液氮泵P301A運(yùn)行向下游工藝裝置供氣，停泵后對(duì)該泵進(jìn)行加溫干燥，加溫氣源為儀表氣。分析之前的儲(chǔ)槽產(chǎn)品純度測(cè)得均為合格，自從低溫泵加溫干燥后測(cè)得儲(chǔ)槽產(chǎn)品純度不合格。經(jīng)檢查，低溫泵的入口閥有輕微內(nèi)漏，加溫氣源壓力為0.7 MPa，對(duì)泵加溫干燥時(shí)壓力高于儲(chǔ)罐內(nèi)筒壓力，空氣通過(guò)內(nèi)漏的閥門進(jìn)入儲(chǔ)槽造成污染。第二個(gè)原因是，兩臺(tái)低溫液氮泵的軸封密封氣也是壓力為0.7 MPa的儀表氣，該氣體可能通過(guò)軸封進(jìn)入泵內(nèi)并經(jīng)回流閥進(jìn)入液氮儲(chǔ)槽造成污染。

對(duì)該事故作出的處理如下：第一步對(duì)內(nèi)漏的閥門進(jìn)行處理，消除內(nèi)漏影響。第二步對(duì)泵的加溫干燥氣和軸封氣源進(jìn)行工藝改造，更換成N2氣源來(lái)加溫干燥。這樣即使入口閥門稍微內(nèi)漏也不至于污染儲(chǔ)槽內(nèi)的液氮。經(jīng)上述工藝改造后，液氮儲(chǔ)槽產(chǎn)品再也沒有出現(xiàn)過(guò)污染的情況。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

建立完整的后備系統(tǒng)，保證后備系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，就是保證后續(xù)工藝裝置的生產(chǎn)運(yùn)行。后備系統(tǒng)的動(dòng)、靜設(shè)備都處于備用狀態(tài)，要隨時(shí)做好投用準(zhǔn)備，所以，平時(shí)要對(duì)后備系統(tǒng)加強(qiáng)巡檢檢查，做好動(dòng)靜設(shè)備、閥門的維護(hù)，始終保證后備系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。后備系統(tǒng)不僅提高了空分裝置的可靠性，也為公司降低了生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

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