氬回收系統(tǒng)膜壓機(jī)的安全運(yùn)行

李成龍

氬回收系統(tǒng)膜壓機(jī)的安全運(yùn)行

李成龍

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠,江蘇南京210035）

為提高空分設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，將KDON—20000/20000型空分設(shè)備配置的500 m3氬儲(chǔ)槽頂部放空的氬氣加以回收利用，詳細(xì)介紹了改造方案和運(yùn)行中的問題及解決的方法。

空分設(shè)備；膜壓機(jī)；回收利用

1 概述

南京鋼鐵聯(lián)合有限公司1#兩萬制氧于2003年7月建成投產(chǎn)，采用的是杭氧生產(chǎn)的KDON—20000/20000型第六代外壓縮產(chǎn)品，采用分子篩吸附，增壓透平膨脹機(jī)制冷，高效規(guī)整填料上塔和全精餾無氫制氬，設(shè)計(jì)氧氣產(chǎn)量為20000 m3/h，氧氣純度99.6%,氮?dú)猱a(chǎn)量為20000 m3/h，氮?dú)饧兌龋ㄑ鹾浚?×10-6，氬氣產(chǎn)量為755 m3/h，氬氣純度為99.999%。

1#兩萬自建成投產(chǎn)后，運(yùn)行至今各項(xiàng)指標(biāo)都較正常，但是氬儲(chǔ)槽放散率一直較大，沒有很好解決。我公司氬槽使用的是500 m3常壓儲(chǔ)槽，設(shè)計(jì)壓力0.04 MPa(G)，液位上限＜7850 mm，下限>550 mm，采用珠光砂粉末絕熱，日蒸發(fā)率0.29%，在實(shí)際運(yùn)行過程中，因?yàn)橐后w管道的復(fù)熱和液體流動(dòng)的影響，蒸發(fā)率應(yīng)大于實(shí)際值。原杭氧設(shè)計(jì)流程從液氬儲(chǔ)槽頂部接一根回氣管回到精氬塔中部，但由于回氣管管徑較細(xì)，只有40 mm，且回氣管線較長(zhǎng)，在實(shí)際生產(chǎn)中，氬槽壓力為35 kPa左右，精氬塔工作壓力在25 kPa左右，約有10個(gè)kPa左右的壓差，并不足以使氬槽回氣順利返回精氬塔。氬氣在空氣中只有0.932%的體積，是花費(fèi)了很大成本生產(chǎn)出來的，白白浪費(fèi)極為可惜，如何回收成為了一個(gè)課題。

2 措施

（1）采取擴(kuò)大液氬儲(chǔ)槽與精氬塔壓差的方法。首先提升氬儲(chǔ)槽壓力，但是由于充槽車時(shí)儲(chǔ)槽內(nèi)壓力變化較大，加上防爆片質(zhì)量得不到保證，易導(dǎo)致防爆片疲勞，經(jīng)常在36 kPa左右即動(dòng)作，所以氬槽壓力上升有限。其次，降低精氬塔壓力，從25 kPa左右下降至10 kPa，這將導(dǎo)致精氬塔精餾效果下降，氬中含氮量略有上升，從0.6×10-6上升為約1×10-6左右，但仍屬于正常工況，氬氣放空量略有下降，但放空量依然較大。

（2）考慮到回氣管路上止回閥存在阻力，影響氬氣回收，可以拆除回氣管道上的止回閥V8，但這將帶來隱患，當(dāng)氬系統(tǒng)工況惡化時(shí)，精氬塔的壓力超過氬貯槽壓力時(shí)，氣體有可能倒回到儲(chǔ)槽，氬儲(chǔ)槽的含氧、含氮量均控制在1.5×10-6以下，極易污染。后經(jīng)慎重研究決定，拆除止回閥，在生產(chǎn)中對(duì)該點(diǎn)加強(qiáng)管理，在工況不穩(wěn)定時(shí)，關(guān)閉回氣閥V3，并列入交班內(nèi)容。經(jīng)過以上改進(jìn)，放空量有進(jìn)一步縮小趨勢(shì)，但仍有不小的量，不能從根本上解決問題。

（3）準(zhǔn)備借鑒我公司林德一萬制氧的經(jīng)驗(yàn)，在儲(chǔ)槽頂部加一臺(tái)冷凝器，引一路液氮做冷源，將放空氣體液化，但考慮到我單位實(shí)際情況，空分保冷箱離儲(chǔ)槽較遠(yuǎn)，并且由于冷量問題，平時(shí)幾乎不生產(chǎn)液氮，

后決定放棄這一方案。

（4）根據(jù)單位實(shí)際情況，決定上一臺(tái)膜壓機(jī)將放空氬氣打入管網(wǎng)。因我公司用戶對(duì)氬氣純度要求較高，需99.999%以上，而膜壓機(jī)是一種無污染的清潔機(jī)器，又考慮到進(jìn)、排氣壓力差較大的實(shí)際情況，經(jīng)過比較選擇了某公司的G3V-25/30型隔膜壓縮機(jī)。

膜壓機(jī)參數(shù)如下：

型號(hào)：G3V─25/30；

型式：二級(jí)，雙缸V型，水冷；

介質(zhì)：氬氣；

流量：25 m3/h；

進(jìn)氣壓力：常壓；

排油壓力：一級(jí)1.0~1.1 MPa(G)；二級(jí)3.5~3.6 MPa(G)；

排氣壓力：一級(jí)0.9 MPa(G)；二級(jí)3.0 MPa(G)；

電機(jī)功率：15 kW；

軸功率≤11 kW。

安裝后簡(jiǎn)易流程見圖1。

圖1 氬回收系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

但是，由于考慮不細(xì)致，運(yùn)行中出現(xiàn)了一些問題。膜壓機(jī)與首次液氬氣化泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)膜壓機(jī)進(jìn)口管路結(jié)霜嚴(yán)重，膜壓機(jī)運(yùn)行聲音異常。檢查發(fā)現(xiàn)，膜壓機(jī)進(jìn)口壓力達(dá)到0.2 MPa，檢查液氬儲(chǔ)槽回氣管路吹除閥V6，發(fā)現(xiàn)大量液體，立即停運(yùn)膜壓機(jī)。膜壓機(jī)壓縮介質(zhì)為常溫、常壓氣體。低溫、高壓氣體使膜壓機(jī)的材質(zhì)與液壓潤(rùn)滑油難以承受，將造成機(jī)器的損壞。從儲(chǔ)槽至膜壓機(jī)管路及管路上的一個(gè)1.24 m3的小緩沖罐均為碳鋼材質(zhì)，溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在-20℃以上，普通碳鋼不能承受低溫，其金相組織和材料力學(xué)性能在-60℃以下即發(fā)生顯著變化，并隨著溫度進(jìn)一步降低而加劇劣化。加之，1#兩萬在2003年開機(jī)時(shí)，曾發(fā)生過液空返灌空氣管道導(dǎo)致3 m的管道被炸壞的慘痛教訓(xùn)。所以，應(yīng)嚴(yán)格杜絕普通碳鋼管在過低溫度下工作的可能性。

3 整改措施

分析原因認(rèn)為：液氬氣化泵為柱塞泵，在運(yùn)行時(shí)，部分液氬氣化，為保證液氬泵正常工作，回氣管路必須保證一定的回氣流量，否則泵易帶氣，造成泵損壞，而設(shè)計(jì)的液氬氣化泵回氣管路與貯槽回氣管相連，膜壓機(jī)進(jìn)口管路接在貯槽回氣管上，這樣就會(huì)氬泵的回氣進(jìn)入膜壓機(jī)進(jìn)口管路，造成壓力超高，溫度偏低，最高時(shí)在0.2 MPa且結(jié)霜嚴(yán)重。幸虧發(fā)現(xiàn)及時(shí)，否則，極易造成膜壓機(jī)的損壞。

經(jīng)研究后決定，今后運(yùn)行膜壓機(jī)時(shí)，采取如下措施：

（1）在膜壓機(jī)進(jìn)口加了一個(gè)50 kPa的進(jìn)口壓力高限連鎖停車點(diǎn)。

（2）空分運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉儲(chǔ)槽回氣閥V1，膜壓機(jī)繼續(xù)從儲(chǔ)槽抽氣，液氬氣化泵回氣自V2回精氬塔。

（3）空分停機(jī)時(shí)，關(guān)閉空分塔回氣閥V3，液氬氣化泵回氣回氬儲(chǔ)槽，為防止損壞膜壓機(jī)，應(yīng)該停止膜壓機(jī)運(yùn)行，但此種情況氬氣放空最大，應(yīng)該盡量避免。

（4）考慮到利用液體貯槽自身攜帶的氣化器，將膜壓機(jī)進(jìn)口管接至換熱器液體側(cè)管路上，使氣體經(jīng)過換熱器換熱后，再進(jìn)入膜壓機(jī)。為避免換熱器液體側(cè)管路有液體，操作中V7閥應(yīng)確認(rèn)關(guān)閉無泄漏，并掛警示牌避免誤操作液體直接進(jìn)入膜壓機(jī)。

（5）由于V7閥處于關(guān)閉狀態(tài)，要關(guān)注氬槽壓力，避免吸負(fù)壓，必要時(shí)停止膜壓機(jī)運(yùn)行，恢復(fù)貯槽自身換熱器功能。

4 結(jié)束語

經(jīng)過以上改進(jìn)，膜壓機(jī)運(yùn)行正常，氬槽壓力控制在35 kPa左右，幾乎沒有放空。按電平均0.7元/kW·h，氬氣3元/m3，膜壓機(jī)抽氣量25 m3/h，電機(jī)功率15 kW，全年運(yùn)行8000 h計(jì)算，可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約為(25×3－15×0.7)×8000=516000元，設(shè)備一次性投資十萬元左右，以后每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用5000元已足夠，由此可見，經(jīng)濟(jì)效益極為可觀。1#兩萬的成功經(jīng)驗(yàn)，已向我公司2#兩萬推廣，2#兩萬為1000 m3液氬儲(chǔ)槽，氣化量更大，新增兩臺(tái)同型號(hào)的膜壓機(jī)，經(jīng)濟(jì)效益更大。任何一項(xiàng)技術(shù)改造，事先都要把工作做細(xì)，對(duì)每一個(gè)點(diǎn)仔細(xì)推敲，只有這樣，才能避免事故的發(fā)生，創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益。

Safe Operation of Diaphragm Presser in Argon Recovery System

LI Chenglong
(Oxygen Generation Plant of Nanjing Iron&Steel United Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210035,China)

In order to improve the economy of the air separation plant,argon released from the top of the 500 m3argon storage vessel in the KDON-20000/20000 air separation plant is to be recovered.The revamping program and problems occurred in operation as well as solutions are introduced in detail.

air separation plant；diaphragm presser；recovery

TB657.7

B

1006-6764(2013)10-0032-02

2013－04－19

李成龍（1976－），男，1997年畢業(yè)于江蘇廣播電視大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)從事制氧生產(chǎn)工作。