深冷設(shè)備LNG冷箱內(nèi)漏的分析及處理

周躍輝

摘 要：針對深冷設(shè)備YT-20型焦?fàn)t氣制天然氣液化冷箱2016年3月份泄露的故障現(xiàn)象，通過分析、判斷，最終找到了引起冷箱內(nèi)混合制冷劑泄漏故障的原因，并從檢修和日常管理等方面提出了技術(shù)性改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：深冷設(shè)備;冷箱;混合制冷劑;內(nèi)部泄漏

中圖分類號： TQ116.34 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-166-2

1 ?設(shè)備簡介

河南京寶新奧新能源有限公司YT-20型焦?fàn)t氣制天然氣液化冷箱深冷設(shè)備由四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計、制造。原料天然氣流量809kmol/h，混合劑流量2254kmol/h，液化LNG產(chǎn)量540kmol/h，原料天然氣壓力1.82MPa，混合制冷劑壓力2.8MPa，液化LNG壓力0.4MPa。于2013年9月建成投產(chǎn)，各項技術(shù)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。在設(shè)備運行期間考慮到冷箱的特殊性，故每次大修和日常維護(hù)期間都對冷箱視為重點。而在2016年3月份的制冷劑補充量有所增加，并且補充量成逐漸上升趨勢，取樣化驗分析發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)部有重組分，經(jīng)分析斷定冷箱內(nèi)部混合制冷劑管道發(fā)生泄漏。

2 ?流程簡介

混合制冷液化流程簡稱MRC，即Mixed Refrigerant Cycle.MRC是以C1和C5的碳?xì)浠衔锛癗2等五種以上的多組分混合制冷劑為工質(zhì)，進(jìn)行逐級的冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹得到不同溫度水平的制冷量，以達(dá)到逐步冷卻和液化天然氣的目的。MRC既達(dá)到類似級聯(lián)式液化流程的目的，又克服了其系統(tǒng)復(fù)雜的缺點。

冷箱實際上是鋁板翅式換熱器加上鋼殼保溫箱。核心部分是鋁板翅式換熱器，設(shè)計和制造的難點易在于此。多股持壓的物流在其中按化工工藝條件和參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜的、有相變的換熱過程，其操作溫度一般為+30℃至-196℃，最高操作壓力約為5MPa。

冷箱技術(shù)關(guān)鍵有三個方面：一是正確、精密的板翅式換熱器原件設(shè)計;二是專用制造技術(shù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚦绦?三是嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控和先進(jìn)的測試技術(shù)。

河南京寶新奧新能源有限公司YT-20型焦?fàn)t氣制天然氣液化冷箱中混合制冷劑包括五種組分：分別是氮氣（N2/12.99%）、甲烷（CH4/37.67%）、乙烯（C2H4/25.15%）、丙烷（C3H8/16.10%）、異戊烷（i-C5H12/8.09%）。

冷箱制冷劑系統(tǒng)隔離：關(guān)閉離心機入口大閥，關(guān)閉一段、二段防喘振前后手閥，二級液相制冷劑去冷箱、二級氣相制冷劑去冷箱閥后加盲板，關(guān)閉一級液相制冷劑進(jìn)冷箱閥門及一段入口分離器加熱管線閥門。

冷箱制冷劑管道置換：利用制冷劑補氮氣閥門向制冷劑系統(tǒng)沖壓，從二級氣相進(jìn)冷箱管線導(dǎo)淋、二級液相進(jìn)冷箱管線導(dǎo)淋、離心機入口分離器底部導(dǎo)淋及冷箱內(nèi)部混冷高溫分離器和混冷低溫分離器底部放空泄壓。

3 ?故障現(xiàn)象

2016年3月在日常的維護(hù)檢修中發(fā)現(xiàn)，冷箱有異?，F(xiàn)象發(fā)生。

①制冷劑補充液量加大;

②經(jīng)分析化驗發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)有重組分;

③冷箱外部閥門及法蘭連接處有結(jié)冰現(xiàn)象;

④冷箱內(nèi)部測溫點溫度有異常;

⑤冷箱底部有積液微量漏出。

冷箱的所有異常的表現(xiàn)引起了工藝和設(shè)備人員的高度重視，設(shè)備部門有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)組織維修人員，開始逐步的查找原因。經(jīng)過圖紙結(jié)合實際觀察分析確定，是冷箱內(nèi)部混合制冷劑管道泄露所制。

4 ?查找漏點

冷箱內(nèi)部制冷劑管道泄露的事實一經(jīng)確定，設(shè)備部領(lǐng)導(dǎo)班子召開緊急會議，研究查漏、除漏的處理方案。

首先，公司領(lǐng)導(dǎo)組織了冷箱除漏小組，針對提出的冷箱壁打孔尋找漏點的方案進(jìn)行深入討論，尋找漏電的原理是：通過冷箱壁打孔觀察內(nèi)部珠光砂的物理狀態(tài)情況，再結(jié)合冷箱圖紙來判斷冷箱內(nèi)部混合制冷劑漏點的部位。其次，領(lǐng)導(dǎo)小組針對冷箱壁打孔存在的危險進(jìn)行了充分的考察論證，最終確定冷箱壁打孔存在的危險是在可控范圍之內(nèi)的：保證冷箱內(nèi)部處于正壓狀態(tài)，做好防爆消防防護(hù)措施，即使冷箱內(nèi)部可燃?xì)怏w引燃也不會發(fā)生爆炸，配備相應(yīng)的滅火器可以即時的把火撲滅。綜上所述，冷箱壁打孔尋找漏點的方案是相對安全可行的。除漏的方案確定后，領(lǐng)導(dǎo)小組就積極的組織檢修人員，對冷箱內(nèi)部漏點部位進(jìn)行查找、確定，其次確定漏點部位后，根據(jù)漏點情況用什么有效的快速處理方法，盡最大可能減少停車除漏的時間，使停車損失減少到最小。

按照傳統(tǒng)的冷箱泄露處理方法，在對冷箱檢修期間，全廠要停車把冷箱切出，對冷箱內(nèi)的珠光砂進(jìn)行徹底清除，經(jīng)置換合格后檢修人員方可從人孔進(jìn)入，對制冷劑管道進(jìn)行一一排查，找出漏點確定處理方案。

經(jīng)過公司領(lǐng)導(dǎo)及設(shè)備、工藝工程師的縝密討論，公司決定采用邊生產(chǎn)邊查漏的方案。具體方案是：在安全部門及公司領(lǐng)導(dǎo)的監(jiān)督下，檢修工用磁力鉆（鉆頭Φ16mm）在冷箱的可疑部位鉆孔，從冷箱高層向下鉆孔排查，通過鉆孔觀察冷箱該層內(nèi)部珠光砂的狀態(tài)來判斷漏點部位（混合制冷劑中異戊烷是液態(tài)，如果該層珠光砂抱團(tuán)，說明該處存在漏點）。

在該方案實施前應(yīng)先做到檢修前確認(rèn)：

①確認(rèn)冷箱開始檢修前，工藝處理已經(jīng)完成，閥門已經(jīng)確認(rèn)完畢，盲板已安裝完成，置換完成，壓力已排至0;

②確認(rèn)條件，工具準(zhǔn)備齊全，如：墊片、盲法蘭、冷箱堵頭、檢漏工具、各種型號扳手，備用螺栓、吊葫蘆等足夠;

③確認(rèn)踏板牢固可靠，作業(yè)票辦理完整，安全防護(hù)措施落實到位，勞保用品穿戴齊全，作業(yè)必須使用防爆工具;

④確認(rèn)檢修項目負(fù)責(zé)人、人員分組情況、小組人員已確定，分工明確。

5 ?漏點確定及處理

檢修及工藝人員經(jīng)過對冷箱的逐層鉆孔分析，通過圖紙結(jié)合冷箱實際情況逐步分析推斷。在距冷箱頂部6米處冷箱中珠光砂出現(xiàn)抱團(tuán)現(xiàn)象，初步判斷漏點位置，在該層多次鉆孔觀察確定漏點位置。領(lǐng)導(dǎo)及參加維修人員積極提出處理意見，對漏點處周圍處進(jìn)行連續(xù)鉆孔，然后用直徑Φ8mmx3長度分為1.7m、1.4m、0.8m的鋼管，對漏點四周不同深度打入發(fā)泡劑筑成一個密閉空間，把漏點處隔離出來。在對應(yīng)的漏點處開一個人孔，進(jìn)入發(fā)泡劑隔離的空間查找漏點出的準(zhǔn)確位置。見圖1（冷箱夾層中存有易燃易爆氣體，在此期間要特別注意隨時檢測周圍氣體的成分，并隨身攜帶可燃?xì)怏w報警儀，所有工具均符合防爆標(biāo)準(zhǔn)。）

在隔離的漏點處人孔打開后，檢修人員穿戴氧氣呼吸器從人孔進(jìn)入隔離空間內(nèi)，查找漏點具體位置。經(jīng)檢修人員的細(xì)心檢查，在混冷高溫分離器出口，Φ125mm×5的彎管拐角處發(fā)現(xiàn)漏點，漏點直徑有1.0mm左右。漏點直徑計算過程如下：

制冷劑每天泄露補充量：M=1500kg

（補充的液態(tài)混合制冷劑主要成分為異戊烷和丙烷，也有少量的乙烯溶入丙烷和異戊烷中，但溶入量很少計算時可忽略不計。）

（在混合制冷劑中丙烷和異戊烷體積比為1：1）

ρ丙烷=600kg·m-3 ?ρ異戊烷=650 kg·m-3 ?ρ混=625 kg·m-3

每天混合制冷劑泄露體積：V=M/ρ混=2.4m3

每秒泄漏量：Q=0.000028m3

混合制冷劑泄露前壓力：P1=300kPa

混合制冷劑泄露后壓力：P2=0.5kPa（計算時可忽略不計）

混合制冷劑泄露前流速可看做零：μ1=0

混合制冷劑泄漏時流速由伯努利方程代入已知數(shù)據(jù)可得：

gz1+μ12/2+P1/ρ混+ωe=gz2+μ22/2+P2/ρ混

μ2=30.98m/s

漏洞截面積：S=Q/μ2 ? ?S=π·R2

漏洞直徑：d=R=0.00107m

考慮到冷箱內(nèi)易燃易爆氣體的復(fù)雜危險性，公司有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及工程師決定，使用抱箍帶壓堵漏的處理方案。

6 ?原因分析

①在DN125的混合制冷劑主管彎頭拐角處有一溶洞沙眼，此洞是安裝過程中遺留的缺陷，而在檢漏過程中該缺陷并沒有表現(xiàn)出來。經(jīng)過將近3年的運行，小沙眼變成足以破壞運行工況的小洞口。當(dāng)設(shè)備正常運行時，混合制冷劑由小沙眼漏出。

②泄露處位置所制，漏點剛好處于彎管拐角處，正是混合制冷劑改變方向與彎管著力處。彎管拐角處正是受力點，混合制冷劑對彎管拐角處的摩擦力較大，從而增加了管壁的磨損，導(dǎo)致彎管處泄露。

③管道彎管本身質(zhì)量所制，彎管在焊接出廠時本身就存在缺陷，在所處環(huán)境發(fā)生變化時缺陷表現(xiàn)出來，就產(chǎn)生了制冷劑泄露。

7 ?經(jīng)驗與結(jié)論

通過對冷箱內(nèi)泄露故障的處理，深刻認(rèn)識到深冷設(shè)備從設(shè)計、安裝、調(diào)試到正式投入運行以及正常運行期間的維護(hù)保養(yǎng)，都是一項嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作，在以后的生產(chǎn)過程中應(yīng)注意以下幾個方面：

①設(shè)備安裝、做質(zhì)檢氣密性實驗時，用戶都要全程跟蹤調(diào)查。

②無論設(shè)備檢修還是驗收時，都要逐項檢查，不留任何死角。

③冷箱密封要嚴(yán)實，其內(nèi)部密封氣要保持正壓，防止空氣進(jìn)入冷箱內(nèi)部，這樣會使冷箱環(huán)境發(fā)生變化，影響設(shè)備狀態(tài)。

④在日常工藝操作過程中，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，嚴(yán)格控制各項工藝技術(shù)參數(shù)，尤其是各項控制點處溫度、壓力不能發(fā)生驟變，操作要緩慢。

我公司對深冷設(shè)備LNG冷箱故障的檢修，與以往傳統(tǒng)的檢修方式有很大的區(qū)別，在處理故障的方案上有技術(shù)性的創(chuàng)新。冷箱避打孔是存在很大的安全隱患，但經(jīng)過技術(shù)性論證：只要冷箱內(nèi)部保持正壓，內(nèi)部氧含量控制在安全范圍之內(nèi)，安全防范措施到位，即使所存在的安全隱患也在可控范圍內(nèi)，所以冷箱壁打孔尋找漏點的處理方案是可行的。其次在處理故障時前期工作比較漫長，在大修停車前準(zhǔn)備工作歷時近兩個月之久。但從檢修回復(fù)生產(chǎn)的時間上來說，我公司對冷箱的檢修方案確實是個大膽的技術(shù)性創(chuàng)新，冷箱內(nèi)部除漏到恢復(fù)生產(chǎn)僅僅用了三天時間，為大修快速恢復(fù)生產(chǎn)爭取到了最短的時間。

此次檢修冷箱除漏方案，不僅為公司減少了近百萬元的經(jīng)濟損失，而且取得了很大的技術(shù)性創(chuàng)新，有很多地方值得借鑒。我公司的這次冷箱內(nèi)部混合制冷劑泄露處理方案，為以后處理冷箱內(nèi)部泄露積累了寶貴的經(jīng)驗。