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作者簡介:紀紅利,男,1985年生,2007年畢業(yè)于河北廣播電視大學電子商務專業(yè),現在唐山長城鋼鐵集團九江線材有限公司制氧廠工作,為制氧廠調度。一起粗氬塔氮塞故障的原因分析紀紅利(唐山長城鋼鐵集團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:因為KDONAr 30000/30000/1100型內壓縮流程空分設備氧氣取出量增大而造成氧氣純度下降,進而導致粗氬塔發(fā)生氮塞故障,影響后續(xù)生產的正常運行。簡介空分設備的制氬流程,詳細介紹了故障原因的分析過程和為消除故障采取的處理措施。關鍵詞:大型空分設備;制氬系統(tǒng);粗氬塔;氮塞;氧氣純度

2、中圖分類號:TQ116 43 文獻標識碼:BAnalysis of the cause for trouble of nitrogen blocking in crude argon towerJi HongliKeywords:Larg e sized air separation plant;Argon generation system;Crude argon tow er;Nitrogen blocking;Purity of g aseous ox ygen唐山長城鋼鐵集團九江線材有限公司的KDONAr 30000/30000/1100型空分設備,由河南開元空分集團有限公司設計制造,

3、采用分子篩單層床吸附凈化、空氣增壓機增壓、中壓增壓透平膨脹機制冷、全精餾無氫制氬、雙層浴式主冷、液氧內壓縮流程,于2009年12月25日生產出合格氧產品,一周后生產出氬氣。1 空分設備工藝流程空氣經空壓機壓縮至0 5MPa 并被冷卻,經分子篩純化系統(tǒng)凈化后分為兩股,一股經板翅式換熱器冷卻后直接進入下塔,另一股經空氣增壓機增壓。經過空氣增壓機增壓后的空氣又分為兩股:由空氣增壓機二段抽出壓力為2 174M Pa 的一股空氣,進入增壓透平膨脹機增壓端增壓至2 877M Pa 后進入主換熱器,冷卻后抽出進入膨脹機膨脹,膨脹后的空氣進入下塔;另一股空氣被繼續(xù)增壓至6 0M Pa 后進入主換熱器與液氧換熱

4、,被冷卻的空氣經高壓節(jié)流閥降壓后進入下塔。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液空純度上升,反之則下降。在上塔設置了一個氧氣旁通污氮管閥V14,用于調節(jié)上塔回流比的大小,以調節(jié)氬餾分。從上塔相應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!塔的底部導入,粗氬!塔上部采用粗氬塔底部排出、并經循環(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,由粗氬塔底部導入。粗氬冷凝器采用過冷后的富氧液空作為冷源,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進入精氬塔中,

5、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于2%總液空量的液空返回上塔。在粗氬塔頂部冷凝器設置了一個液空壓力控制閥V706,以便于控制粗氬塔負荷。粗氬氣從精氬塔中部進入。精氬蒸發(fā)器利用下塔來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,液空過冷后返回上塔。來自過冷器并經節(jié)流的液氮進入精氬冷凝器作為冷源,使精氬塔頂部產生回流液,以保證塔內精餾,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 故障處理過程2010年1月23日12:30左右,操作人員發(fā)現粗氬塔阻力由6 0kPa 下降至4 8kPa,氬餾分流量由36000m

6、3/h 下降至30000m 3/h 左右,同時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,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。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型空分設備全精餾無氫制氬系統(tǒng)粗氬塔流程示意打開粗氬塔放空閥V766開始排氮,關閉氧氣旁通污氮管閥V14和氧氣送出管道上的旁通閥V103,以減少氧產量。氧產量由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。1

7、0分鐘后,氮塞現象并未好轉,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)降低氧氣產量,手動打開循環(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。操作人員手動打開V706閥來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差;同時開大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。經過3個多小時的調節(jié),氮

8、塞現象消除,制氬系統(tǒng)恢復正常。但是由于氧氣純度過低不得不將氧氣放空,減少了對煉鋼的送氧量,對煉鋼供氧系統(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法工作。而造成氬餾分氮含量增加的原因主要有以下幾點:%氧氣純度變化對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或者在使用空氣噴射蒸發(fā)器蒸發(fā)液體時,造成進塔空氣量減少,而氧產量不變時氬餾分中氮含量上升;循環(huán)粗氬泵送入粗氬!塔的液體量波動較大,也會影響氬餾分組分,液體量大時氬餾分中氮含量增加;(氮氣產量的影響,當氮氣產量減少時上塔富氬區(qū)就

9、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)生前后空分設備運行工況后,認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:%氧氣取出量過大;&富氧液空純度過低;進上塔膨脹空氣量過大;(主冷液氧液位過高等。從氧氣純度的變化并結合空分設備工藝流程,分析此次氮塞故障的原因:(1由于空分設備采用膨脹空氣進下塔流程,60膨脹空氣量變化對上塔影響并不大,并且膨脹空氣量沒有改變,排除了膨脹空氣量過大對氧氣純度的影響。(2液空純度由富氧液空量控制,而富氧液空節(jié)流閥開度并沒有改變,排除了富氧液空純度過低對氧氣純度的影響。(3下層主冷液氧液位在氮塞故障發(fā)生前為2500mm左

10、右,并不高,氮塞故障之后才上升,所以排除主冷液氧液位過高對氧氣純度的影響。(4在氮塞故障發(fā)生前,氧氣管網的壓力由1 5kPa下降至1 2kPa,空分設備氧氣送出流量由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?由于氧氣產量增加造成氧氣純度降低,最終導致了粗氬塔氮塞故障。當氧氣管網壓力和用氧量發(fā)生波動時,就會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,此時上塔富氬區(qū)下移。據有關資料介紹:氧氣純度變化0 1%,氬餾分氬含量變化0 8%1%左右。由于氮塞發(fā)生時從上塔抽取的氬餾分減小,造成粗氬塔填料內的液體漏下,而沒有及時控制循環(huán)粗氬泵流

11、量,使粗氬塔液氬回流至主塔液體量過多,從而破壞了主塔精餾工況,造成主冷液氧液位上升,使氧氣純度進一步降低,反過來使得氮塞加劇。所以氮塞時要及時減少循環(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 結束語空分設備任一運行參數的變化,都會影響到相關參數,因此要將參數變化的幅度限制在工藝允許的范圍內。一旦因為操作不當,導致發(fā)生運行故障時,要認真分析故障原因,并盡快采取合理措施,加以排除。否則,會使故障程度加深,影響空分設備甚至后續(xù)生產系統(tǒng)的運行。以上是筆者根據實際的操作經驗,并結合空分設備流程和相關理論,對氮塞故障原因及消除方法做出的分析和總結,供同行參考。參考文獻:1湯學中,顧福

12、民.新編制氧工問答M.北京:冶金工業(yè)出版社,2001.2嚴壽鵬.粗氬塔氮塞的分析及處理J.深冷技術,2003(3:44 46.上海移動物聯網首度應用于高危氣體行業(yè)中國移動上海公司首度將物聯網應用于化工這一高危行業(yè),通過多點精確遠程監(jiān)控的物聯網方案,對上海主要區(qū)域的城市管道運輸的工業(yè)氣體和醫(yī)療氣體等高危氣體實現精確遠程監(jiān)控,提升城市安全系數。2010年6月,中國移動上海公司攜手國內最大的工業(yè)氣體公司液化空氣(中國有限公司,首度將高危氣體遠程監(jiān)控全面應用于產品生產、數據采集、管道運輸等各個核心環(huán)節(jié),覆蓋上海徐匯、閔行、長寧、楊浦、虹口、青浦、閘北、嘉定、松江等多個區(qū)縣。目前,中國移動上海公司已為上海城市的高危氣體運輸管道安裝了50個信息采集點,預計年底采集點總數將達200個左右,為安全及產品質量管控提供實時監(jiān)控。據相關技術人員介紹說,中國移動上海公司開發(fā)液化空氣(中國有限公司信息化管理平臺后,在液化空氣(中國有限公司輸氣管道上建立信息采集點,這些智能電子監(jiān)測幫手能24小時實時監(jiān)控管道中高危氣體的壓力值、輸送速度、管道密閉性能等信息,并通過短信實時發(fā)送到