5#制氧機(jī)空冷塔液位波動(dòng)的分析與處理

黃 超

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠動(dòng)力（制氧）車間25000Nm3/h 制氧機(jī)籌建于2006 年，2007 年7 月正式投產(chǎn)。制氧機(jī)組由四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)成套,采用氮水預(yù)冷系統(tǒng)、純化系統(tǒng)、冷、熱端增壓透平膨脹機(jī)、規(guī)整填料塔以及DCS 控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)有氧氣內(nèi)壓縮流程，同時(shí)向用氧單位供送壓力為30KPa 的低壓氧氣和壓力為0.8MPa 的中壓氧氣，低壓氧設(shè)計(jì)流量18000Nm3/h，中壓氧設(shè)計(jì)流量7000Nm3/h。其中預(yù)冷系統(tǒng)主要由空冷塔、冷水機(jī)組、水冷塔及2 臺(tái)高壓（6000V）水泵和2 臺(tái)低壓（380V）水泵組成［1］。

2 空氣預(yù)冷系統(tǒng)原理及流程簡(jiǎn)圖

空冷塔內(nèi)部裝有三層填料，壓縮空氣約90～110℃送入空冷塔的中下部，由下往上穿過各填料層，被從上往下的冷卻水和冷凍水冷卻，并同時(shí)洗滌空氣中部分氧化物、氮化物、二氧化硫、氯離子等有害雜質(zhì)，最后穿過頂部的捕霧的絲網(wǎng)分離器，進(jìn)入分子篩系統(tǒng)，通常情況下，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，出空冷塔空氣的溫度應(yīng)小于15℃，如果以12℃為設(shè)計(jì)點(diǎn)，裝置在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障，那么冷卻塔出口溫度可能超過12℃，那么出口空氣中的含水量的溫度就會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的兩倍［2］。進(jìn)入空冷塔的冷卻水分為兩段，空冷塔下段為循環(huán)水水泵來(lái)的冷卻水，（經(jīng)加壓至1.4MPa 進(jìn)入空冷塔中部，與由頂部流下來(lái)的冷凍水匯合回到水冷塔，此段有中心筒為中部液位）。上段冷凍水是由循環(huán)水來(lái)的冷卻水，經(jīng)水冷塔與由分餾塔來(lái)的多余的純氮及污氮熱交換冷卻后，由冷凍水泵加壓至1.5MPa，去空冷塔上段,這種冷卻方式是靠氣、液直接接觸進(jìn)行換熱的，它的能耗低，但操作不當(dāng)有可能產(chǎn)生帶水事故，使分子篩或主換熱器不能正常工作［3］。內(nèi)部主要包括噴淋水量、噴淋設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備的傳熱傳質(zhì)效率等。其中關(guān)鍵的因素是水氣比，即噴淋水量與氣體流量的比值［4］。目前分子篩流程的制氧機(jī)普遍設(shè)置冷凍機(jī)，在制氧機(jī)運(yùn)行中，視加工空氣入分子篩的溫度來(lái)決定冷凍機(jī)的開、停。一旦加工空氣溫度高于設(shè)計(jì)溫度，用調(diào)節(jié)進(jìn)水冷塔的污氮量增加氣水比也不能達(dá)到要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)投入冷凍機(jī)［5］。

其流程簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 空氣預(yù)冷系統(tǒng)流程

3 故障現(xiàn)象

2017 年10 月10 日，5#制氧機(jī)運(yùn)行正常，控制室人員點(diǎn)檢DCS 發(fā)現(xiàn)空冷塔中部液位趨勢(shì)異常并大幅波動(dòng)，導(dǎo)致空冷塔底部液位、水冷塔液位、空冷塔出口壓力以及空壓機(jī)出口壓力隨之波動(dòng)。

4 故障排查

班組崗位人員迅速趕往現(xiàn)場(chǎng)查看并上報(bào)工段，工段接到控制室匯報(bào)后立即展開排查并通知計(jì)控協(xié)助檢查相關(guān)閥門。計(jì)控首先對(duì)DCS 上的液位顯示進(jìn)行檢查，看是否是顯示問題，檢查后確認(rèn)DCS顯示沒有問題；派崗位人員現(xiàn)場(chǎng)檢查液位指示，并將現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)的排氣閥打開，重置現(xiàn)場(chǎng)的磁浮液位翻板，重置后的液位計(jì)和開始一樣也沒問題；DCS手動(dòng)干預(yù)中部液位調(diào)節(jié)閥開度，看現(xiàn)場(chǎng)閥門動(dòng)作如何，經(jīng)檢查閥門動(dòng)作正常，同時(shí)檢查水泵流量及運(yùn)行情況，水泵運(yùn)行正常無(wú)異?，F(xiàn)象；通過這一系列的排查過后，工段決定去空冷塔上查看，在打開中心筒排水側(cè)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有氣排出來(lái)，于是將氣排完后再看DCS 液位，此時(shí)液位不在波動(dòng)，趨于穩(wěn)定。故可判斷是因?yàn)榕潘畟?cè)混入空氣后造成流量汽蝕波動(dòng)。從而使液位顯示反饋出現(xiàn)波動(dòng)不準(zhǔn)的情況。

5 原因分析

空冷塔中部液位分別安裝了兩個(gè)對(duì)外的法蘭，一個(gè)是氣側(cè)，一個(gè)是水側(cè)，同時(shí)連接到差壓計(jì)。此差壓計(jì)是根據(jù)公式P=ρgh 的原理得出液位真實(shí)值，根據(jù)原理水側(cè)的壓力高于氣側(cè)，而水側(cè)混入空氣后則造成壓力波動(dòng)，從而影響了壓差計(jì)的反饋，造成液位大幅波動(dòng)［6］?？諝馐怯煽諌簷C(jī)壓縮過來(lái)的，開機(jī)前空冷塔沒有水，水泵也沒有運(yùn)行，由此可判斷應(yīng)該是在開機(jī)時(shí)空氣進(jìn)入空冷塔時(shí)有空氣串入了水側(cè)，啟動(dòng)空氣預(yù)冷系統(tǒng)后水側(cè)的水和氣混在了一起，從而導(dǎo)致了差壓計(jì)波動(dòng)。

簡(jiǎn)圖如下：

圖2 原因分析圖

6 故障處理及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

6.1 故障處理

由于這兩個(gè)閥門是用法蘭盲住的且在空冷塔中部，不僅要爬樓梯上去，而且排氣排水都需要借助工具拆卸螺絲才可以完成，操作起來(lái)極不方便，針對(duì)這一事件的發(fā)生情況，工段決定進(jìn)行改造，將其改成手操閥并接好管道引到地面上來(lái)操作，一旦下次在發(fā)生類似的情況即可在塔下進(jìn)行排氣操作，這樣不僅能夠及時(shí)處理問題，也能為排查原因節(jié)省時(shí)間。

圖3 故障處理示意圖

故障處理后趨勢(shì)圖對(duì)比如圖4～圖7，對(duì)比數(shù)據(jù)見表1。

圖4 中心筒液位趨勢(shì)波動(dòng)前后對(duì)比圖

圖5 空冷塔液位趨勢(shì)波動(dòng)前后對(duì)比圖

圖6 水冷塔液位趨勢(shì)波動(dòng)前后對(duì)比圖

圖7 系統(tǒng)壓力趨勢(shì)波動(dòng)前后對(duì)比圖

表1 改造前波動(dòng)數(shù)據(jù)和改造后穩(wěn)定數(shù)據(jù)

6.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）針對(duì)問題舉一反三，提高現(xiàn)場(chǎng)閥門的可操性和穩(wěn)定性，安裝閥門初始需要多方面思考，做到防范于未然。

（2）DCS 和現(xiàn)場(chǎng)流程相結(jié)合，對(duì)問題的出現(xiàn)要快速反應(yīng)和排查，找出具體原因分析并解決好，不要遺留下隱患。

（3）一旦造成空壓機(jī)和分子篩系統(tǒng)帶水，后果將非常嚴(yán)重。經(jīng)改造后，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，消除了隱患。

7 結(jié)束語(yǔ)

空氣預(yù)冷系統(tǒng)是空分系統(tǒng)的重要組成部分，主要作用清除空氣中的水分和雜質(zhì)，并且大幅降低空氣出塔的溫度，為分子篩系統(tǒng)保駕護(hù)航，一旦空氣預(yù)冷系統(tǒng)出現(xiàn)問題，勢(shì)必造成分子篩系統(tǒng)的工作負(fù)擔(dān)以及整個(gè)空分設(shè)備的癱瘓，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定。保證各系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是保證生產(chǎn)順行的先決條件。