空分設(shè)備冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰塊問(wèn)題分析＊

徐少輝，張才禮，周尤剛

(武漢鋼鐵集團(tuán)氧氣有限責(zé)任公司，湖北武漢青山白玉山 430083）

空分設(shè)備冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰塊問(wèn)題分析＊

徐少輝，張才禮，周尤剛

(武漢鋼鐵集團(tuán)氧氣有限責(zé)任公司，湖北武漢青山白玉山 430083）

空分設(shè)備冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰塊問(wèn)題非常普遍，會(huì)給設(shè)備造成隱患和危害。分析了珠光砂結(jié)冰所導(dǎo)致的危害;分析了其結(jié)冰原因;并提出了應(yīng)對(duì)措施。

空分設(shè)備;冷箱;珠光砂;結(jié)冰塊

武鋼集團(tuán)氧氣公司G臺(tái)60 000 m3/h、H臺(tái)60 000 m3/h空分設(shè)備均由德國(guó)林德公司提供，于2006年通過(guò)性能考核，兩臺(tái)設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。G臺(tái)設(shè)備于2010年停車(chē)大修，扒砂時(shí)發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)珠光砂有結(jié)冰塊現(xiàn)象;H臺(tái)于2011年7月停車(chē)大修，扒砂時(shí)亦發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)珠光砂有結(jié)冰塊現(xiàn)象。

兩臺(tái)設(shè)備結(jié)冰塊情況相像，均是由冷箱頂部開(kāi)始往下結(jié)冰塊，結(jié)實(shí)的冰層厚度達(dá)2 m多，再往下就是比較松散的冰花層，其厚度達(dá)4～5 m。另外，筆者通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)珠光砂有結(jié)冰現(xiàn)象的絕非武鋼氧氣公司一家，像新鋼、天津鋼鐵、寶鋼、邢臺(tái)鋼鐵、南京鋼鐵等多家鋼鐵公司的空分設(shè)備均有此現(xiàn)象，涉及多家鋼鐵公司、多家不同廠商生產(chǎn)的空分設(shè)備及多種型號(hào)的空分設(shè)備，由此可見(jiàn)空分設(shè)備冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰塊現(xiàn)象非常普遍。珠光砂結(jié)冰塊對(duì)空分設(shè)備有很大的危害，應(yīng)給予足夠的重視。因?yàn)轫敳勘鶋K厚實(shí)，武鋼氧氣公司采用的是人工鑿冰方式，在這種方式下相關(guān)人員一定要系好安全帶確保安全。

1 珠光砂結(jié)冰造成的隱患及危害

珠光砂由于其具有導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性好、不燃、無(wú)味、吸音等特性，在冷箱保溫層施工中得到大量的應(yīng)用。珠光砂受潮及結(jié)冰塊都會(huì)對(duì)空分系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生危害。

在這次大修中發(fā)現(xiàn)H臺(tái)上塔閥門(mén)FV3211處有嚴(yán)重結(jié)冰塊現(xiàn)象，閥門(mén)及閥桿有下沉位移，并且變形彎曲，中心偏移原位置，導(dǎo)致閥門(mén)不能動(dòng)作，遠(yuǎn)程控制失效?？辗炙?nèi)整個(gè)管道全部下墜約0.5 m，部分不銹鋼支架被拉斷。如果不及時(shí)處理，則會(huì)引起更大的問(wèn)題，如塔體被拉扯破裂引起漏液，進(jìn)而引起冷箱爆裂。還有其他的危害，分析總結(jié)如下:

1．珠光砂吸潮結(jié)成大冰塊。由于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)，使珠光砂整體下沉，塊狀的珠光砂對(duì)管道形成的負(fù)荷比粒狀的大，會(huì)對(duì)管道和容器形成破壞力，造成故障，影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2．冷箱內(nèi)的珠光砂受潮、凍結(jié)，使其保溫性能下降，造成漏冷，增加能耗。同時(shí)，為了保證制氧機(jī)的冷量平衡，就必須增大膨脹機(jī)的膨脹量，以便多產(chǎn)冷，勢(shì)必增加冷損，膨脹氣量的增加，就直接影響到氣體產(chǎn)量，造成產(chǎn)品產(chǎn)量減少，氧氣提取率下降，氣體單耗上升。

3．會(huì)造成管道變形。管道變形基本分布在冷箱頂部層，冷箱加溫復(fù)熱時(shí)，整個(gè)塔體由冷狀態(tài)位置上升到常溫位置，頂部管道隨塔向上移，可是珠光砂仍處于0℃以下而且結(jié)冰塊，而這些管線不能克服冰層壓力，導(dǎo)致管道變形。另外，珠光砂結(jié)冰塊后自重增加，壓迫、拉扯塔內(nèi)的管道，導(dǎo)致管道變形，嚴(yán)重的甚至拉裂管道，造成漏氣，被迫停產(chǎn)檢修。

4．珠光砂結(jié)冰塊，扒砂時(shí)需要先鑿開(kāi)厚厚的冰層，增加工作難度、時(shí)間以及經(jīng)費(fèi)，影響工作進(jìn)度。H臺(tái)扒砂時(shí)，多名工人輪班24 h值班鑿冰，持續(xù)了一周才除掉冰層，嚴(yán)重影響了大修進(jìn)度。

5．頂部密集結(jié)冰塊形成一個(gè)整體的珠光砂冰層，可能將冷箱頂部封嚴(yán)，阻擋安全閥起作用，形成安全隱患。

鑒于以上的分析總結(jié)，可見(jiàn)珠光砂結(jié)冰塊會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生安全隱患和危害，對(duì)此我們應(yīng)該給予重視，盡量避免珠光砂結(jié)冰塊。

2 珠光砂結(jié)冰塊原因分析

由于冷箱內(nèi)珠光砂處于低溫狀態(tài)，一旦有水或者是水蒸氣進(jìn)入冷箱，便會(huì)被珠光砂吸收，進(jìn)而結(jié)成珠光砂冰塊。因此，對(duì)珠光砂結(jié)冰塊原因的分析實(shí)際上是對(duì)珠光砂結(jié)冰塊的水來(lái)源的分析。

因?yàn)楸鶎蛹性诶湎漤敳?，說(shuō)明主要是在冷箱頂部有水分或是濕空氣進(jìn)入。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查以及對(duì)扒出的珠光砂的觀察，分析珠光砂結(jié)冰塊的水來(lái)源，總結(jié)如下:

1．冷箱內(nèi)的密封氮?dú)夤艿涝O(shè)計(jì)不合理，頂部密封氮?dú)鈮毫Φ?，正壓不夠，濕空氣進(jìn)入冷箱。冷箱內(nèi)的密封氣采用的是同一氣源分上、中、下三路供氣，在中下路滿足正壓要求的情況下，上路因?yàn)楦叨雀?、管路長(zhǎng)，導(dǎo)致上路壓力偏低，無(wú)法滿足一定的正壓要求。武鋼氧氣公司H臺(tái)中下路的正壓可達(dá)0.37 kPa，而上路一般都低于0.02 kPa，低于設(shè)計(jì)的最低正壓0.04 kPa，因此冷箱頂部的正壓基本上達(dá)不到要求，無(wú)法阻止?jié)窨諝獾倪M(jìn)入。

2．冷箱頂部鋼板焊接處焊縫不嚴(yán)，表面漆層老化、起泡，造成下層鋼板銹蝕，雨水滲入。

3．冷箱頂部人孔的密封性能不好，濕空氣進(jìn)入冷箱。頂部人孔蓋子打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)人孔及人孔內(nèi)外的鋼板都已經(jīng)銹蝕，充分說(shuō)明有濕空氣進(jìn)入。

4．管道、閥門(mén)密封皮套有老化。雨水、濕空氣可以通過(guò)閥門(mén)進(jìn)入。

5．裝填過(guò)程中珠光砂吸濕，甚至是將濕珠光砂裝入了冷箱。

3 應(yīng)對(duì)措施

上面分析了珠光砂結(jié)冰塊的原因，那么我們可以采取相對(duì)應(yīng)的措施來(lái)避免結(jié)冰塊?？蓪?shí)行如下措施:

1．首先，我們需要在思想上重視冷箱頂部的密封氣氣壓不足問(wèn)題。頂部是最主要的結(jié)冰塊的地方，而通常頂部密封氣氣壓又不足，因此我們需要密切關(guān)注頂部密封氣氣壓。如果不足，則需加大密封氣氣源的壓力，或者是擴(kuò)大密封氣管道直徑、增加密封氣管道等，一定要保證足夠的正壓。

2．重視冷箱頂部的防水，防止冷箱頂部滲水。

3．冷箱人孔、管道進(jìn)出冷箱結(jié)合部處都需加強(qiáng)密封。

4．冷箱壁上如果有老化、破損的密封皮套，則需更換，同時(shí)加強(qiáng)保護(hù)。

5．閥門(mén)、閥桿處要做好密封，防止雨水滲入。

6．充分保證重新裝填的珠光砂保持干燥，濕珠光砂一定不能裝入冷箱。吸潮的珠光砂可用干燥的熱空氣進(jìn)行烘干。干燥的熱空氣經(jīng)過(guò)烘干筒吹過(guò)珠光砂后，其相對(duì)濕度上升，含濕量增加，從而把珠光砂中的水分帶走，這個(gè)過(guò)程近似為絕熱過(guò)程。因此，烘干質(zhì)量為M的珠光砂，需要的干燥空氣質(zhì)量mg為:

式中，mg為干燥空氣的質(zhì)量;t1為吹過(guò)珠光砂前的干燥空氣溫度，單位為℃;t2為吹過(guò)珠光砂后的空氣的溫度，單位為℃;h1為烘干前的珠光砂含水率;h2為烘干后的珠光砂含水率;M為珠光砂的質(zhì)量，不計(jì)烘干前后的總質(zhì)量變化，即視M為恒值。具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)［3］。

7．冷箱頂部盡量地減少閥門(mén)設(shè)置，可改為設(shè)置在塔側(cè)面，減少滲透點(diǎn)。

另外，一旦發(fā)現(xiàn)珠光砂結(jié)冰塊，則扒砂時(shí)需要非常小心仔細(xì)、耐心。必須先打開(kāi)冷箱頂部的人孔，從最上層開(kāi)始除冰 (當(dāng)冰塊比較厚實(shí)時(shí)，則建議采用人工鑿冰方式，相關(guān)人員必須系好安全帶確保安全;當(dāng)冰塊比較松脆時(shí)可以采用其他方式除冰），大冰塊必須從冷箱頂部人孔吊出，逐層往下操作，只有這樣才不會(huì)損傷冷箱內(nèi)的管道。而堅(jiān)決不可先開(kāi)啟最下層的排卸口排沙，否則下部排空了而上部由于結(jié)冰塊形成整體，懸掛在冷箱上部，最終可能形成塌砂事故，砸壞工藝管道、儀表管道以及支架等。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文綜述了空分設(shè)備冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰塊這一常見(jiàn)現(xiàn)象，根據(jù)武鋼氧氣公司H臺(tái)六萬(wàn)制氧機(jī)的珠光砂結(jié)冰塊情況及破壞情況，分析了其所有可能造成的危害，其危害不容小覷，應(yīng)給予足夠的重視;并總結(jié)了結(jié)冰塊的水來(lái)源;最后提出了多條相應(yīng)的措施，為解決這一問(wèn)題提供了一些思路。

［1］徐永軍，李增民，等．制氧機(jī)冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰塊事故分析和處理［J］．氣體分離，2004(5）:33．

［2］張文兵，周家建．空分設(shè)備冷箱內(nèi)管道變形和防范措施［J］．深冷技術(shù)，2007(5）:51-53．

［3］楊陽(yáng)．絕熱珠光砂烘干過(guò)程的參數(shù)計(jì)算 ［J］．深冷技術(shù)，1997(3）:11-13．

Analyzing The Problem of Perlite Icing Agglomerate Inside The Cold Box of An Air Separation Unit

XU Shaohui，ZHANG Caili，ZHOU Yougang

(Oxygen Co．，Ltd．，Wuhan Iron and Steel(Group）Corp．，Wuhan 430083，China）

The problem of perlite icing agglomerate inside the cold box ofan air separation unit is very common，and itmay take some hidden danger and harm to the equipment．This article summarizes the destroying by the problem of perlite icing agglomerate;analyses the reasons;and proposes some breastingmeasure．

air separation unit;cold box;perlite;icing agglomerate

TB657.7

B

1007-7804(2012）03-0032-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2012.03.008

2012-02-16

徐少輝 (1982），男，2010年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，碩士研究生，制冷與低溫工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師。