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① 空分設備塔內泄漏故障分析及處理的工學論文

空分設備塔內泄漏故障分析及處理的工學論文

論文關鍵詞：大型空分設備泄漏原因分析處理

論文摘要：介紹了18000m3/h空分塔冷箱內泄漏的故障經過，分析了冷箱內泄漏和氬系統堵塞的原因，簡述了處理措施，最後對空分安裝、設計提出了建議。

新鋼18000m3/h空分是由杭氧提供的空分本體設備，浙江開元安裝分司安裝，於2003年4月投產，該空分設備採用常溫分子篩吸附、增壓透平膨脹機、規整填料上塔和全精餾無氫制氬技術、氧氮產品外壓縮的流程。兩年運行過程中，相繼出現冷箱跑冷嚴重，冷箱壁多處結霜結冰甚至裂縫，基礎溫度下降，冷箱壓力上升。夏季不得不運行兩台膨脹機才能保空分運行的冷量，造成液體量低,產品能耗高等問題，為此2005年7月2日至26日,我公司利用25000m3/h空分投產的機會對18000m3/h空分進行了扒砂檢修。

1故障現象

2004年3月出現上塔阻力達滿量程，對差壓變送器校驗為正常，判斷阻力計的負管應已斷裂。在2004年10月後，相繼出現V757管路堵塞，V31,V32閥皮套跑冷嚴重。2005年1月因空分主板式換熱器出現嚴重偏流利用煉鋼檢修機會，對空分進行加溫解凍。重新開機進入積液的過程中出現冷箱壓力逐漸升高，（冷箱下部壓力升到1.8KPa），主換熱器冷箱頂部安全閥被沖開，其內部的不銹鋼網破裂，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，冷箱基礎北面外緣結冰。

由於基礎溫度下降及冷箱內壓力偏高，只有把主塔其他安全閥撬開泄壓，隨著運行時間的延長，基礎溫度不斷降低，其中最低是粗氬Ⅱ底部溫度達－70℃（正常時為－12℃）。主換熱器冷箱及主塔冷箱頂部結滿冰，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約150mm的裂縫，四樓的液面計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。按當時事態發展，冷箱有可能出現大面積開裂。只有增加冷箱密封氣壓力表，監控冷箱內壓力，同時根據冷箱不同部位的基礎溫度和冷箱壓力，調整冷箱各處安全閥的開度，控製冷量在冷箱的分布，保證冷氣走最長的距離出冷箱，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，每當空分停車後再啟動，開啟該管路不久後就發生堵塞，2005年3月精氬塔系統管路相繼出現堵塞（主要有貯槽余氣回精氬塔管、精氬液面計正管，液氬進液氬泵管等），對精氬餾塔單體加溫後，再啟動不久仍出現以上現象。

進入5月份隨環境溫度上升，基礎溫度有所回升，冷箱周圍的結冰有些減少，但空分裝置的冷量明顯不足，不得不靠運行兩台膨脹機來保證空分正常運行的冷量，空分產量下降，能耗增加。

2原因分析

18000m3/h空分2005年6月停機後，從25000m3/h空分分子篩後引一股乾燥的空氣對其容器管道進行加溫（估計氣量為500m3/h），經過一個月的加溫，於7月2日開始扒砂檢修。在扒砂過程發現珠光砂中有部分比較潮濕，冷箱頂部珠光砂還有結冰現象。空分塔內管道情況不理想，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重，粗氬Ⅱ塔（東面）、上塔（南面）拉桿根部脫焊。根據檢修前空分運行狀況及扒砂後冷箱內情況分析，冷箱內泄漏主要原因有：

3．1珠光砂結冰

（1）塔內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，箱內底部經常積水，水從孔中流入冷箱中；

（2）部分閥門安裝時，閥桿與冷箱閥門孔不對中，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）當空分停機後冷箱內無密封氣，外界濕空氣中水份，除從冷箱上述部位，進入冷箱中，還可能從呼吸筒中吸入冷箱。

3．2小於18管道根部焊縫斷裂及部分大管變形

（1）儀表導壓管的保護架全部使用∠25的角鐵，扒砂發現，超過2m的儀表導壓管保護架變形非常嚴重，其中上塔阻力負管和AE22分析管的斷裂是因儀表支架變形後壓迫致斷裂的；

（2）PV701和PV702兩個液氬（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置存在問題，PV701不凝氣排放管有3m而無固定支架或保護架，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，其中有產品液氮排放管，粗氬液化器氮氣進污氮管，液空平衡器液空進上塔管，粗氬液化器氮側安全閥導壓管變形移位約200～300mm。主要原因（ⅰ）2005年元月加溫時，整個塔體由冷狀態位置上升到常溫位置（鋁的膨脹系數為0.016mm/m.K），頂部管隨塔向上移，可是珠光砂仍處於0℃以下而且結冰，而這些管線不能克服冰層壓力，導致管道變形；（ⅱ）由於支架設置不正確所致，托架離管道距離過大，垂直管支架抱箍過緊，托架的強度不夠，支架焊接強度不足。 3．3精氬系統部分管道被堵

發生堵塞的管線均與精氬塔相接，並且都位於精氬蒸發器液氮平衡器PV702的下方，管線內的工作壓力為0.05MPa,溫度為-180.75℃,液氬的凝固點約為-189.15℃。精氬蒸發器液氮平衡器PV702內壓力為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降為冷箱內壓力），致使液氮溫度由-177℃降到-193℃以下，這一溫度低於液氬的凝固點，使精氬塔底部液進粗氬Ⅱ底部的管路、貯槽回精氬塔管、精氬液面計正管等管線內液氬凝固，堵塞管線。

4檢修及處理

此次檢修進行了系統安排，對塔內可能存在的隱患逐一排查和整改。

1、增加基礎加溫管，珠光砂加入冷箱後進行基礎加溫乾燥。冷箱密封氣管與純氮總管相連，當空分臨時停車時可切換到純氮總管供密封氣。

2、對經冷箱中間變形管改變走向，盡量沿冷箱壁走，便於設置支架、托架，難於設置支架的使用6銅管（退火）設置吊架，此次檢修使用近500m銅管，儀表測量管保護架採用∠45角鐵，並用2.5mm2銅線把測量管固定在保護架內,對於較長的保護架而無法固定的兩邊拉6銅管，以防承受珠光砂載荷時彎曲或移動。

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

4、冷箱人孔、管道進出冷箱結合部橡皮墊的兩面採用玻璃膠密封。冷箱壁上閥門密封皮套採用雙層，新的在內，舊的在外。

5、冷箱內支架全部逐一檢查，對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置，壓彎的托架增設斜撐，斜撐設置點與冷箱垂直距離大於水平肩的長的三分之二，大於DN80管道採用雙肩支架。

6、冷箱內珠光砂結冰是這次泄漏的主要原因之一，珠光砂的乾燥與否也是空分冷箱長期安全運行的關鍵。檢修後，新鋼公司氣體廠利用公司6#高爐改造期間，繼續利用25000m3/h空分分子篩後空氣對冷箱內珠光砂進行乾燥。

5經驗與體會

大型空分設備冷箱塔比較高，管系比較復雜，要保證長期安全穩定運行，必須從設計、安裝到日常維護做到科學性和系統性的統一。

1、設計時冷箱中在上、中、下考慮基礎加溫管,以便日常運行中充壓均勻及扒砂檢修時能把塔內珠光砂加溫透，避免較低溫的珠光砂出冷箱後吸潮和珠光砂冰塊掉下砸壞設備。冷箱內管道、容器不僅要充分考慮熱膨脹冷縮及自補償，而且要考慮便於管架、閥架的安裝，從分離塔體上進出的液體管或比較小的氣體管，塔體應考慮有設置支架的地方，以便管道可以和塔體自由收縮。工藝管道盡量採用大於25管道，小於25時應考慮設置保護架。冷箱密封氣管不應從冷箱中央穿過，應沿冷箱壁鋪設。

2、空分設備冷箱內安裝工程質量是確保冷箱長期運行的重要措施之一，而閥門、容器、管道的安裝質量又是整個冷箱設備安裝最關鍵的部分。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試前應處於自由狀態，避免在低溫下因容器收縮造成損壞或影響垂直度。管架的設置應保持被設管架的管道有足夠的穩定性，不能隨便晃動，並且要考慮到管道的熱膨脹收縮及自補償；垂直走向管道應設置必要的固定支架，大於DN80管道採用雙肩支架，卡箍與管道之間不能過緊也不能過松。測量管路與測量儀表相連時，管路應向上鋪設，且應安裝在托架內，測量管從根部到冷箱壁之間的上部必須設保護架，保護架應採用∠45角鐵，材質最好使用不銹鋼，對於固定點在上部的容器或管道上的測量管，保護架與測量管有一定的距離，距離必須大於容器或管道上移長度（比如精氬塔下部測量管與保護架的距離應大於18mm以上）。小於90管道盡量沿冷箱壁走，便於設置支架。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，避免管道伸縮移動磨破管道。

3、雖然有科學合理的設計和高質量的安裝，正常的維護是必不可少的。空分投產後一個月左右，應打開頂部人孔，檢查珠光砂充滿情況，若缺少應及時補充。為了防止外界空氣中的水分進入冷箱內，空分塔內處於低溫時應充入惰性氣體，保持冷箱內壓力約為200～300Pa，特別在空分臨時停車時也不應忽視。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行更換，最好採用雙層或外面增加保護層。

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