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 Hongli(Oxygen Gener ation Factory ,Jiuj iang Wir e Co.,Ltd.,Tangshan Changcheng Iron &Steel Group ,south o f Songding Village,M uchangkou T ow n ,Qian an 064404,H ebei,P.R.ChinaAbstract :Increase

3、of ex traction rate of g aseous ox ygen from M odel KDONAr 30000/30000/1100inner compression process air separation plant results in lowering of purity of gaseous oxygen and in turn results in trouble of nitrogen blocking in crude argon tow er,w hich w ill im pair the consequent norm al production.H

4、 ere,the argon generation process in air separation plant is briefed,the causes for the trouble are analyzed and the measures to eliminate the said trouble are described.Keywords:Larg e sized air separation plant;Argon generation system;Crude argon tow er;Nitrogen blocking;Purity of g aseous ox ygen

5、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,由河南開元空分集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)制造,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

6、 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,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

7、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,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

8、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 3/h 下降至30000m 3/h 左右,同時(shí)粗氬冷凝器液空液位開始上升,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粗氬塔放空閥V766開始排氮,關(guān)閉氧氣旁通污氮管閥V14和氧氣送出管道上的旁

9、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。10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

10、差;同時(shí)開大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

11、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

12、制,而富氧液空節(jié)流閥開度并沒(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%

13、,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

14、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