一起粗氩塔氮塞故障的原因分析

1、*故障处理*收稿日期:2010 02 25作者简介:纪红利,男,1985年生,2007年毕业于河北广播电视大学电子商务专业,现在唐山长城钢铁集团九江线材有限公司制氧厂工作,为制氧厂调度。一起粗氩塔氮塞故障的原因分析纪红利(唐山长城钢铁集团九江线材有限公司制氧厂,河北省迁安市木厂口镇松汀村南 064404摘要:因为KDONAr 30000/30000/1100型内压缩流程空分设备氧气取出量增大而造成氧气纯度下降,进而导致粗氩塔发生氮塞故障,影响后续生产的正常运行。简介空分设备的制氩流程,详细介绍了故障原因的分析过程和为消除故障采取的处理措施。关键词:大型空分设备;制氩系统;粗氩塔;氮塞;氧气纯度

2、中图分类号:TQ116 43 文献标识码: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唐山长城钢铁集团九江线材有限公司的KDONAr 30000/30000/1100型空分设备,由河南开元空分集团有限公司设计制造,

3、采用分子筛单层床吸附净化、空气增压机增压、中压增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩、双层浴式主冷、液氧内压缩流程,于2009年12月25日生产出合格氧产品,一周后生产出氩气。1 空分设备工艺流程空气经空压机压缩至0 5MPa 并被冷却,经分子筛纯化系统净化后分为两股,一股经板翅式换热器冷却后直接进入下塔,另一股经空气增压机增压。经过空气增压机增压后的空气又分为两股:由空气增压机二段抽出压力为2 174M Pa 的一股空气,进入增压透平膨胀机增压端增压至2 877M Pa 后进入主换热器,冷却后抽出进入膨胀机膨胀,膨胀后的空气进入下塔;另一股空气被继续增压至6 0M Pa 后进入主换热器与液氧换热

4、,被冷却的空气经高压节流阀降压后进入下塔。从下塔抽取富氧液空送入上塔参加精馏,抽取富氧液空量多时液空纯度上升,反之则下降。在上塔设置了一个氧气旁通污氮管阀V14,用于调节上塔回流比的大小,以调节氩馏分。从上塔相应部位抽出氩馏分气约38000m 3/h,59氩含量约9%,氮含量约0 01%。氩馏分直接从粗氩!塔的底部导入,粗氩!塔上部采用粗氩塔底部排出、并经循环粗氩泵加压后的粗液氩作为回流液。粗氩气自粗氩!塔顶部排出,由粗氩塔底部导入。粗氩冷凝器采用过冷后的富氧液空作为冷源,上升气体在粗氩冷凝器中液化。在粗氩塔顶部抽出约1100m 3/h 粗氩气(约99%Ar 、#210-6O 2进入精氩塔中,

5、继续精馏。在粗氩冷凝器中被冷凝的粗液氩作为回流液回粗氩塔。在粗氩冷凝器中蒸发后的液空蒸汽和相当于2%总液空量的液空返回上塔。在粗氩塔顶部冷凝器设置了一个液空压力控制阀V706,以便于控制粗氩塔负荷。粗氩气从精氩塔中部进入。精氩蒸发器利用下塔来的富氧液空作为热源,促使精氩塔底部的液氩蒸发成上升蒸汽,液空过冷后返回上塔。来自过冷器并经节流的液氮进入精氩冷凝器作为冷源,使精氩塔顶部产生回流液,以保证塔内精馏,使氩、氮分离,从而在精氩塔底部得到纯液氩并被送入液氩贮槽。2 故障处理过程2010年1月23日12:30左右,操作人员发现粗氩塔阻力由6 0kPa 下降至4 8kPa,氩馏分流量由36000m

6、3/h 下降至30000m 3/h 左右,同时粗氩冷凝器液空液位开始上升,粗氩冷凝器液氩温度呈下降趋势,氩馏分氩含量由11%上升到13%,3分钟后DCS 控制系统上显示氩馏分氩含量超量程,氧气纯度由99 98%下降至99 7%,并且还有下降趋势。由此判断粗氩塔发生了氮塞。粗氩塔流程如图1 所示。图1 KDON Ar 30000/30000/1100型空分设备全精馏无氢制氩系统粗氩塔流程示意打开粗氩塔放空阀V766开始排氮,关闭氧气旁通污氮管阀V14和氧气送出管道上的旁通阀V103,以减少氧产量。氧产量由29500m 3/h 减少至27000m 3/h 左右,以提高氩馏分中氧含量,降低氮含量。1

7、0分钟后,氮塞现象并未好转,氧气纯度下降到98 8%,并且下层主冷液氧液位由2480mm 上涨至2600mm 左右,同时氩馏分流量下降至22000m 3/h,粗氩塔阻力下降至3kPa 。只能继续降低氧气产量,手动打开循环粗氩泵回流阀,控制回流到主塔的粗氩量,防止氧气纯度继续下降;同时排放下层主冷液氧,将下层主冷液氧液位控制在2400mm 左右。加速主冷液氧的蒸发以提高氧气纯度。操作人员手动打开V706阀来降低粗氩冷凝器压力以降低粗氩冷凝器液空温度,增大粗氩冷凝器换热温差;同时开大V766阀,放空量由1050m 3/h 上升到1300m 3/h 左右,加快粗氩塔排氮速度。经过3个多小时的调节,氮

8、塞现象消除,制氩系统恢复正常。但是由于氧气纯度过低不得不将氧气放空,减少了对炼钢的送氧量,对炼钢供氧系统造成的影响较大。3 故障原因分析所谓氮塞就是氩馏分中氮含量增加,粗氩冷凝器的温差缩小,甚至为零,从而造成粗氩冷凝器无法工作。而造成氩馏分氮含量增加的原因主要有以下几点:%氧气纯度变化对氩馏分组分的影响较大,氩馏分中氮含量随氧纯度的降低而增加;&分子筛吸附器均压时或者在使用空气喷射蒸发器蒸发液体时,造成进塔空气量减少,而氧产量不变时氩馏分中氮含量上升;循环粗氩泵送入粗氩!塔的液体量波动较大,也会影响氩馏分组分,液体量大时氩馏分中氮含量增加;(氮气产量的影响,当氮气产量减少时上塔富氩区就

9、要下移,造成抽取的氩馏分中氮含量上升。分析氮塞故障发生前后空分设备运行工况后,认为此次氮塞故障是由于氧气纯度降低所致。而造成氧气纯度降低的原因有以下几点:%氧气取出量过大;&富氧液空纯度过低;进上塔膨胀空气量过大;(主冷液氧液位过高等。从氧气纯度的变化并结合空分设备工艺流程,分析此次氮塞故障的原因:(1由于空分设备采用膨胀空气进下塔流程,60膨胀空气量变化对上塔影响并不大,并且膨胀空气量没有改变,排除了膨胀空气量过大对氧气纯度的影响。(2液空纯度由富氧液空量控制,而富氧液空节流阀开度并没有改变,排除了富氧液空纯度过低对氧气纯度的影响。(3下层主冷液氧液位在氮塞故障发生前为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过高对氧气纯度的影响。(4在氮塞故障发生前,氧气管网的压力由1 5kPa下降至1 2kPa,空分设备氧气送出流量由28500m3/h左右上升至29550m3/h左右,氧气纯度开始下降,随后便发生了氮塞。可见,由于氧气产量增加造成氧气纯度降低,最终导致了粗氩塔氮塞故障。当氧气管网压力和用氧量发生波动时,就会使氧气流量及纯度发生变化。由于送氧量增加造成氧气纯度下降,此时上塔富氩区下移。据有关资料介绍:氧气纯度变化0 1%,氩馏分氩含量变化0 8%1%左右。由于氮塞发生时从上塔抽取的氩馏分减小,造成粗氩塔填料内的液体漏下,而没有及时控制循环粗氩泵流

11、量,使粗氩塔液氩回流至主塔液体量过多,从而破坏了主塔精馏工况,造成主冷液氧液位上升,使氧气纯度进一步降低,反过来使得氮塞加剧。所以氮塞时要及时减少循环粗氩泵流量,以减少回流至主塔的回流量,防止上塔液氧纯度降低。4 结束语空分设备任一运行参数的变化,都会影响到相关参数,因此要将参数变化的幅度限制在工艺允许的范围内。一旦因为操作不当,导致发生运行故障时,要认真分析故障原因,并尽快采取合理措施,加以排除。否则,会使故障程度加深,影响空分设备甚至后续生产系统的运行。以上是笔者根据实际的操作经验,并结合空分设备流程和相关理论,对氮塞故障原因及消除方法做出的分析和总结,供同行参考。参考文献:1汤学中,顾福

12、民.新编制氧工问答M.北京:冶金工业出版社,2001.2严寿鹏.粗氩塔氮塞的分析及处理J.深冷技术,2003(3:44 46.上海移动物联网首度应用于高危气体行业中国移动上海公司首度将物联网应用于化工这一高危行业,通过多点精确远程监控的物联网方案,对上海主要区域的城市管道运输的工业气体和医疗气体等高危气体实现精确远程监控,提升城市安全系数。2010年6月,中国移动上海公司携手国内最大的工业气体公司液化空气(中国有限公司,首度将高危气体远程监控全面应用于产品生产、数据采集、管道运输等各个核心环节,覆盖上海徐汇、闵行、长宁、杨浦、虹口、青浦、闸北、嘉定、松江等多个区县。目前,中国移动上海公司已为上海城市的高危气体运输管道安装了50个信息采集点,预计年底采集点总数将达200个左右,为安全及产品质量管控提供实时监控。据相关技术人员介绍说,中国移动上海公司开发液化空气(中国有限公司信息化管理平台后,在液化空气(中国有限公司输气管道上建立信息采集点,这些智能电子监测帮手能24小时实时监控管道中高危气体的压力值、输送速度、管道密闭性能等信息,并通过短信实时发送到