制氧液氮貯存加壓汽化控制系統(tǒng)分析和改造

摘 要：液氮貯存加壓汽化系統(tǒng)，選用CP-1500000型低溫液體貯槽、CRYOSTAR液氮泵和水浴蒸發(fā)器，PLC系統(tǒng)選用施耐德Unity Pro系統(tǒng)。文章詳細介紹了液氮貯存加壓汽化系統(tǒng)自動控制的原理、邏輯聯(lián)鎖及存在的問題，并進行原因分析和改進，保證液氮輸送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)健詞：液氮貯槽；汽化器；a控制

引言

液氮貯存加壓系統(tǒng)在整個空分裝置中扮演著事故備用系統(tǒng)和調(diào)峰作用的角色[1]，為保證低壓和中壓氮氣的連續(xù)供應(yīng)和降低氮氣的放散率，建設(shè)了液氮貯槽及相應(yīng)的加壓輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)液氮貯存和汽化供氮。利用常壓貯槽中的液氮對液氮泵進行預(yù)冷，液氮泵冷透后，利用液氮泵將常壓貯槽內(nèi)的液氮加壓輸送到水浴蒸發(fā)器，液氮汽化并復(fù)熱后，輸送到管網(wǎng)。

1 工藝流程及設(shè)備簡介

本系統(tǒng)設(shè)有低壓液氮泵一臺，中壓液氮泵一臺，1500m3常壓貯槽一臺。常壓貯槽的液氮通過低壓液氮泵NP1升壓至1.0MPa后送入低壓水浴蒸發(fā)器，經(jīng)水浴蒸發(fā)器加熱汽化后輸送至低壓氮管網(wǎng)；另一路通過中壓液氮泵NP2升壓至3.0MPa后送入中壓水浴蒸發(fā)器，經(jīng)水浴蒸發(fā)器加熱汽化后輸送至中壓氮氣管網(wǎng)。

2 液氮貯存內(nèi)筒壓力控制

2.1 液氮貯槽內(nèi)筒升壓控制

本貯槽設(shè)置有一個增壓器，以防貯槽對外供液或其它場合時內(nèi)筒產(chǎn)生負壓。增壓控制閥PV1805B處于常閉狀態(tài)，當(dāng)貯槽產(chǎn)生負壓時，閥自動打開，增壓器開始工作，保持貯槽內(nèi)筒為正壓；當(dāng)內(nèi)筒壓力大于7kPa時，增壓控制閥PV1805B自動關(guān)閉。

2.2 液氮貯槽內(nèi)筒超壓控制

貯槽內(nèi)筒內(nèi)貯液體因自然蒸發(fā)而使壓力不斷升高，達到設(shè)定值（11kPa）時，調(diào)節(jié)閥PV1805A開啟卸壓；當(dāng)貯槽壓力達到12kPa時，呼吸閥PSV1803、PSV1804自動開啟卸壓；當(dāng)意外升壓至15kPa時，爆破片爆破，以有效地保護內(nèi)筒。

3 水浴蒸發(fā)器水溫控制

3.1 液氮進入水浴蒸發(fā)器內(nèi)盤管，與管外的熱水進行熱交換，輸出氣體溫度保持在15℃左右。由調(diào)節(jié)閥控制進入水箱的蒸汽量來調(diào)節(jié)水溫，一般保持在60℃左右。當(dāng)水溫低于30℃時就不能保證熱交換的效果，不能完全汽化液氮，必須聯(lián)鎖停液氮泵。

3.2 水浴蒸發(fā)器后溫度保護：水浴蒸發(fā)器后管道流體溫度低于0℃時，聯(lián)鎖停泵。液氮貯存汽化系統(tǒng)是氮氣供應(yīng)的備用系統(tǒng)，當(dāng)管網(wǎng)壓力低時投入運行補充管網(wǎng)壓力，是間隙運行。冬天氣溫較低，能達到-15℃左右，運行前水浴蒸發(fā)器后管道溫度基本與大汽溫度一致，這樣系統(tǒng)就不能運行，為此在調(diào)試時在計算機監(jiān)控畫面上設(shè)了一個聯(lián)鎖“投入/解除”按鈕，在冬天氣溫低啟液氮泵前，將聯(lián)鎖解除，觀察送出溫度正常后再將聯(lián)鎖投入。

4 液氮泵控制

液氮泵屬于低溫液體泵，低溫液體泵操作不好很容易汽化，汽化后會在蝸殼里充滿熱氣體，冷液體進入后，冷熱兩種介質(zhì)相遇，溫差過大，擊裂蝸殼，瞬間產(chǎn)生抱軸現(xiàn)象。

4.1 泵體排放控制：開泵時必須打開泵體排放，以防止泵氣化，損壞設(shè)備，泵運行正常后可關(guān)閉排放。

4.2 回流控制：低溫液體泵在正常運行時，嚴禁出口閥或回流閥突然全關(guān)，形成封閉狀態(tài)，這樣會使蝸殼里的液體很快變成氣體，造成汽化，損壞設(shè)備。

4.3 密封氣差壓聯(lián)鎖：密封氣壓力低時不允許啟液氮泵。壓差低起不到密封作用，低溫液體會大量從密封氣排氣口排出，另外，也會順著迷宮密封漏入外罩，造成密封溫度低，無法啟動。

4.4 電機軸承溫度聯(lián)鎖：電機軸承溫度高于115℃時，自動停液氮泵。

4.5 液氮泵自動啟泵功能：當(dāng)自動投入時，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定值時，聯(lián)鎖液氮泵啟泵。

5 自動調(diào)節(jié)保護手段不完善的地方及改進措施

5.1 汽化后管道溫度的保護值（零度）不合理，冬天氣溫低，為了滿足冬季運行的需要，采取了開泵前取消聯(lián)鎖，待溫度正常后再投入聯(lián)鎖的措施，在這段時間內(nèi)沒有溫度保護，并且要是運行人員疏忽大意，忘記將聯(lián)鎖投入，一旦低溫液氮進入輸送管道（碳鋼管），就會造成管路過冷淬裂事故，危險性很大。

改造方案：根據(jù)碳鋼管的特性和本地區(qū)冬季氣溫的情況，采用兩套溫度聯(lián)鎖值，夏天環(huán)境氣溫高，聯(lián)鎖值設(shè)為零度；冬天環(huán)境氣溫低，在啟泵時將聯(lián)鎖值設(shè)為-15℃，泵啟動正常后PLC程序自動將聯(lián)鎖值改為0度。這樣即解決了冬天液氮啟動的問題，又保證了液化貯存輸送系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

5.2 水浴蒸發(fā)器是對液氮進行汽化的設(shè)備，它的性能直接決定了汽化效果，水溫和水位直接決定了汽化效果，水位是一個很重要參數(shù)，因此加裝了水浴蒸發(fā)器液位計，并設(shè)定水位低聯(lián)鎖保護，當(dāng)水位低時不允許啟動液氮泵。

5.3 取消液氮泵電機運行返回信號作為聯(lián)鎖投入的判據(jù)：原程序，液氮泵電機運行返回信號是保護是否投入的判據(jù)，只有當(dāng)電機運行信號為“1”時，所有保護才投入；若在電機運行過程中，電機運行信號丟失，液氮泵不會自停，并且有故障時也不能自動停泵，這樣將沒有保護。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，修改程序，取消電機運行返回信號這一判斷，只要有故障信號，就發(fā)出停泵命令。

5.4 增加水泵電機運行信號聯(lián)鎖：原程序，兩臺水泵都故障時不允許啟動液氮泵，信號取自熱繼電器。熱繼電器只是電氣回路中的一個保護，電氣回路故障有多種原因，如線路、斷路器故障、接觸器故障等，熱繼電器信號不能代表水泵是否運行。增加水泵電機運行信號聯(lián)鎖，當(dāng)兩臺水泵都不運行時，不允許啟動液氮泵。

6 結(jié)束語

液氮是靠水浴式汽化器汽化后送出的，任何時期，蒸汽都需要處于保安狀態(tài)，保證生產(chǎn)用液氮汽化所需的壓力和流量；任何時候也得保證水和儀表氣的供應(yīng)，而且貯槽及水浴蒸發(fā)器應(yīng)始終保持一定液位，以防異常情況發(fā)生。同時操作人員應(yīng)嚴格按照規(guī)程操作，不能完全依賴安全保護裝置，應(yīng)堅持點檢與巡檢，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時予以處理，防患于未然。

參考文獻

[1]凝晶.低溫液體貯存加壓汽化系統(tǒng)流程及中壓貯槽自增壓問題探討[J].深冷技術(shù)，2004，（6）：5～7.

作者簡介：曹云祥（1976-），男（漢族），廣西全州縣人，1999年畢業(yè)于華北電力大學(xué)。工程師職稱，工程碩士，曾從事電氣、自動化及儀表系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試及維護工作。現(xiàn)從事鋼廠能源系統(tǒng)儀表及自動化項目工程施工組織及設(shè)備維護工作。