空分設(shè)備塔內(nèi)泄漏故障分析及處理的工學(xué)論文

　　論文關(guān)鍵詞：大型空分設(shè)備泄漏原因分析處理

　　論文摘要：介紹了18000m3/h空分塔冷箱內(nèi)泄漏的故障經(jīng)過，分析了冷箱內(nèi)泄漏和氬系統(tǒng)堵塞的原因，簡(jiǎn)述了處理措施，最后對(duì)空分安裝、設(shè)計(jì)提出了建議。

　　新鋼18000m3/h空分是由杭氧提供的空分本體設(shè)備，浙江開元安裝分司安裝，于2003年4月投產(chǎn)，該空分設(shè)備采用常溫分子篩吸附、增壓透平膨脹機(jī)、規(guī)整填料上塔和全精餾無氫制氬技術(shù)、氧氮產(chǎn)品外壓縮的流程。兩年運(yùn)行過程中，相繼出現(xiàn)冷箱跑冷嚴(yán)重，冷箱壁多處結(jié)霜結(jié)冰甚至裂縫，基礎(chǔ)溫度下降，冷箱壓力上升。夏季不得不運(yùn)行兩臺(tái)膨脹機(jī)才能�？辗诌\(yùn)行的冷量，造成液體量低,產(chǎn)品能耗高等問題，為此2005年7月2日至26日,我公司利用25000m3/h空分投產(chǎn)的機(jī)會(huì)對(duì)18000m3/h空分進(jìn)行了扒砂檢修。

　　1故障現(xiàn)象

　　2004年3月出現(xiàn)上塔阻力達(dá)滿量程，對(duì)差壓變送器校驗(yàn)為正常，判斷阻力計(jì)的負(fù)管應(yīng)已斷裂。在2004年10月后，相繼出現(xiàn)V757管路堵塞，V31,V32閥皮套跑冷嚴(yán)重。2005年1月因空分主板式換熱器出現(xiàn)嚴(yán)重偏流利用煉鋼檢修機(jī)會(huì)，對(duì)空分進(jìn)行加溫解凍。重新開機(jī)進(jìn)入積液的過程中出現(xiàn)冷箱壓力逐漸升高，（冷箱下部壓力升到1.8KPa），主換熱器冷箱頂部安全閥被沖開，其內(nèi)部的不銹鋼網(wǎng)破裂，大量的珠光砂向外噴出。下部冷箱壁上閥門的皮套、人孔密封處開始泄漏冷氣，冷箱基礎(chǔ)北面外緣結(jié)冰。

　　由于基礎(chǔ)溫度下降及冷箱內(nèi)壓力偏高，只有把主塔其他安全閥撬開泄壓，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，基礎(chǔ)溫度不斷降低，其中最低是粗氬Ⅱ底部溫度達(dá)－70℃（正常時(shí)為－12℃）。主換熱器冷箱及主塔冷箱頂部結(jié)滿冰，厚度在50mm到80mm之間，2005年1月底主冷箱頂部西面裂開一條長(zhǎng)約150mm的裂縫，四樓的液面計(jì)電加熱器電源箱泄漏出大量的冷氣，沿邊有一條約600mm的裂縫。按當(dāng)時(shí)事態(tài)發(fā)展，冷箱有可能出現(xiàn)大面積開裂。只有增加冷箱密封氣壓力表，監(jiān)控冷箱內(nèi)壓力，同時(shí)根據(jù)冷箱不同部位的基礎(chǔ)溫度和冷箱壓力，調(diào)整冷箱各處安全閥的開度，控制冷量在冷箱的分布，保證冷氣走最長(zhǎng)的距離出冷箱，盡量提高冷氣出冷箱溫度。

　　精氬塔底部液氬返回粗氬Ⅱ底部的.管路，每當(dāng)空分停車后再啟動(dòng)，開啟該管路不久后就發(fā)生堵塞，2005年3月精氬塔系統(tǒng)管路相繼出現(xiàn)堵塞（主要有貯槽余氣回精氬塔管、精氬液面計(jì)正管，液氬進(jìn)液氬泵管等），對(duì)精氬餾塔單體加溫后，再啟動(dòng)不久仍出現(xiàn)以上現(xiàn)象。

　　進(jìn)入5月份隨環(huán)境溫度上升，基礎(chǔ)溫度有所回升，冷箱周圍的結(jié)冰有些減少，但空分裝置的冷量明顯不足，不得不靠運(yùn)行兩臺(tái)膨脹機(jī)來保證空分正常運(yùn)行的冷量，空分產(chǎn)量下降，能耗增加。

　　2原因分析

　　18000m3/h空分2005年6月停機(jī)后，從25000m3/h空分分子篩后引一股干燥的空氣對(duì)其容器管道進(jìn)行加溫（估計(jì)氣量為500m3/h），經(jīng)過一個(gè)月的加溫，于7月2日開始扒砂檢修。在扒砂過程發(fā)現(xiàn)珠光砂中有部分比較潮濕，冷箱頂部珠光砂還有結(jié)冰現(xiàn)象�？辗炙�內(nèi)管道情況不理想，有四處18管斷裂，多處管道變形厲害，多處支架變形或根部脫焊，尤其是單臂托架和固定支架變形嚴(yán)重，粗氬Ⅱ塔（東面）、上塔（南面）拉桿根部脫焊。根據(jù)檢修前空分運(yùn)行狀況及扒砂后冷箱內(nèi)情況分析，冷箱內(nèi)泄漏主要原因有：

　　3．1珠光砂結(jié)冰

　�。�1）塔內(nèi)儀表電加熱器電源箱鑲在冷箱壁上，而下部有許多8左右孔，箱內(nèi)底部經(jīng)常積水，水從孔中流入冷箱中；

　�。�2）部分閥門安裝時(shí)，閥桿與冷箱閥門孔不對(duì)中，許多皮套不能很好密封，水從閥門閥桿中滲入；

　　（3）冷箱上人孔蓋密封不夠，水滲入冷箱中；

　�。�4）當(dāng)空分停機(jī)后冷箱內(nèi)無密封氣，外界濕空氣中水份，除從冷箱上述部位，進(jìn)入冷箱中，還可能從呼吸筒中吸入冷箱。

　　3．2小于18管道根部焊縫斷裂及部分大管變形

　�。�1）儀表導(dǎo)壓管的保護(hù)架全部使用∠25的角鐵，扒砂發(fā)現(xiàn)，超過2m的儀表導(dǎo)壓管保護(hù)架變形非常嚴(yán)重，其中上塔阻力負(fù)管和AE22分析管的斷裂是因儀表支架變形后壓迫致斷裂的；

　�。�2）PV701和PV702兩個(gè)液氬（氮）平衡器不凝氣排放管的根部斷裂，主要因管道走向和支架設(shè)置存在問題，PV701不凝氣排放管有3m而無固定支架或保護(hù)架，PV702頂部不凝氣排放管支架與根部有5m多無固定支架或保護(hù)架，上述兩管均在冷箱的中部穿過，不能承受珠光砂的靜重而壓彎斷裂；

　　（3）管道變形。管道變形基本分布在冷箱頂部層，其中有產(chǎn)品液氮排放管，粗氬液化器氮?dú)膺M(jìn)污氮管，液空平衡器液空進(jìn)上塔管，粗氬液化器氮側(cè)安全閥導(dǎo)壓管變形移位約200～300mm。主要原因（ⅰ）2005年元月加溫時(shí)，整個(gè)塔體由冷狀態(tài)位置上升到常溫位置（鋁的膨脹系數(shù)為0.016mm/m.K），頂部管隨塔向上移，可是珠光砂仍處于0℃以下而且結(jié)冰，而這些管線不能克服冰層壓力，導(dǎo)致管道變形；（ⅱ）由于支架設(shè)置不正確所致，托架離管道距離過大，垂直管支架抱箍過緊，托架的強(qiáng)度不夠，支架焊接強(qiáng)度不足。 3．3精氬系統(tǒng)部分管道被堵

　　發(fā)生堵塞的管線均與精氬塔相接，并且都位于精氬蒸發(fā)器液氮平衡器PV702的下方，管線內(nèi)的工作壓力為0.05MPa,溫度為-180.75℃,液氬的凝固點(diǎn)約為-189.15℃。精氬蒸發(fā)器液氮平衡器PV702內(nèi)壓力為0.5MPa，溫度為-177℃，其不凝氣排放管的根部斷裂，液氮從斷裂口向下流，液氮壓力迅速下降（從0.5MPa降為冷箱內(nèi)壓力），致使液氮溫度由-177℃降到-193℃以下，這一溫度低于液氬的凝固點(diǎn)，使精氬塔底部液進(jìn)粗氬Ⅱ底部的管路、貯槽回精氬塔管、精氬液面計(jì)正管等管線內(nèi)液氬凝固，堵塞管線。

　　4檢修及處理

　　此次檢修進(jìn)行了系統(tǒng)安排，對(duì)塔內(nèi)可能存在的隱患逐一排查和整改。

　　1、增加基礎(chǔ)加溫管，珠光砂加入冷箱后進(jìn)行基礎(chǔ)加溫干燥。冷箱密封氣管與純氮總管相連，當(dāng)空分臨時(shí)停車時(shí)可切換到純氮總管供密封氣。

　　2、對(duì)經(jīng)冷箱中間變形管改變走向，盡量沿冷箱壁走，便于設(shè)置支架、托架，難于設(shè)置支架的使用6銅管（退火）設(shè)置吊架，此次檢修使用近500m銅管，儀表測(cè)量管保護(hù)架采用∠45角鐵，并用2.5mm2銅線把測(cè)量管固定在保護(hù)架內(nèi),對(duì)于較長(zhǎng)的保護(hù)架而無法固定的兩邊拉6銅管，以防承受珠光砂載荷時(shí)彎曲或移動(dòng)。

　　3、塔內(nèi)儀表電纜線經(jīng)引線孔從中引出并密封好，液面計(jì)正管加熱器配電箱由原來襄嵌在冷箱內(nèi)改安裝在冷箱外壁，襄嵌孔用鋼板滿焊，所有冷箱壁裂縫全部滿焊。

　　4、冷箱人孔、管道進(jìn)出冷箱結(jié)合部橡皮墊的兩面采用玻璃膠密封。冷箱壁上閥門密封皮套采用雙層，新的在內(nèi)，舊的在外。

　　5、冷箱內(nèi)支架全部逐一檢查，對(duì)支架與冷箱焊接處未滿焊全部整改，管道與托架距離不足重新設(shè)置，壓彎的托架增設(shè)斜撐，斜撐設(shè)置點(diǎn)與冷箱垂直距離大于水平肩的長(zhǎng)的三分之二，大于DN80管道采用雙肩支架。

　　6、冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰是這次泄漏的主要原因之一，珠光砂的干燥與否也是空分冷箱長(zhǎng)期安全運(yùn)行的關(guān)鍵。檢修后，新鋼公司氣體廠利用公司6#高爐改造期間，繼續(xù)利用25000m3/h空分分子篩后空氣對(duì)冷箱內(nèi)珠光砂進(jìn)行干燥。

　　5經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

　　大型空分設(shè)備冷箱塔比較高，管系比較復(fù)雜，要保證長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須從設(shè)計(jì)、安裝到日常維護(hù)做到科學(xué)性和系統(tǒng)性的統(tǒng)一。

　　1、設(shè)計(jì)時(shí)冷箱中在上、中、下考慮基礎(chǔ)加溫管,以便日常運(yùn)行中充壓均勻及扒砂檢修時(shí)能把塔內(nèi)珠光砂加溫透，避免較低溫的珠光砂出冷箱后吸潮和珠光砂冰塊掉下砸壞設(shè)備。冷箱內(nèi)管道、容器不僅要充分考慮熱膨脹冷縮及自補(bǔ)償，而且要考慮便于管架、閥架的安裝，從分離塔體上進(jìn)出的液體管或比較小的氣體管，塔體應(yīng)考慮有設(shè)置支架的地方，以便管道可以和塔體自由收縮。工藝管道盡量采用大于25管道，小于25時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置保護(hù)架。冷箱密封氣管不應(yīng)從冷箱中央穿過，應(yīng)沿冷箱壁鋪設(shè)。

　　2、空分設(shè)備冷箱內(nèi)安裝工程質(zhì)量是確保冷箱長(zhǎng)期運(yùn)行的重要措施之一，而閥門、容器、管道的安裝質(zhì)量又是整個(gè)冷箱設(shè)備安裝最關(guān)鍵的部分。閥架、管架與冷箱壁焊接處必須滿焊。容器的拉架在空分塔整體冷調(diào)試前應(yīng)處于自由狀態(tài)，避免在低溫下因容器收縮造成損壞或影響垂直度。管架的設(shè)置應(yīng)保持被設(shè)管架的管道有足夠的穩(wěn)定性，不能隨便晃動(dòng)，并且要考慮到管道的熱膨脹收縮及自補(bǔ)償；垂直走向管道應(yīng)設(shè)置必要的固定支架，大于DN80管道采用雙肩支架，卡箍與管道之間不能過緊也不能過松。測(cè)量管路與測(cè)量?jī)x表相連時(shí)，管路應(yīng)向上鋪設(shè)，且應(yīng)安裝在托架內(nèi)，測(cè)量管從根部到冷箱壁之間的上部必須設(shè)保護(hù)架，保護(hù)架應(yīng)采用∠45角鐵，材質(zhì)最好使用不銹鋼，對(duì)于固定點(diǎn)在上部的容器或管道上的測(cè)量管，保護(hù)架與測(cè)量管有一定的距離，距離必須大于容器或管道上移長(zhǎng)度（比如精氬塔下部測(cè)量管與保護(hù)架的距離應(yīng)大于18mm以上）。小于90管道盡量沿冷箱壁走，便于設(shè)置支架。安裝過程中注意冷箱的防水、防潮。安裝過程中支架抱箍上的四氟墊，防止焊接過程中燒壞，不能有焊瘤直接與管道接觸，避免管道伸縮移動(dòng)磨破管道。

　　3、雖然有科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和高質(zhì)量的安裝，正常的維護(hù)是必不可少的�？辗滞懂a(chǎn)后一個(gè)月左右，應(yīng)打開頂部人孔，檢查珠光砂充滿情況，若缺少應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。為了防止外界空氣中的水分進(jìn)入冷箱內(nèi)，空分塔內(nèi)處于低溫時(shí)應(yīng)充入惰性氣體，保持冷箱內(nèi)壓力約為200～300Pa，特別在空分臨時(shí)停車時(shí)也不應(yīng)忽視。冷箱壁上閥門密封皮套因露天日曬雨淋，常常一年左右開始老化破損，老化破損皮套必須進(jìn)行更換，最好采用雙層或外面增加保護(hù)層。