空分裝置冷箱泄漏分析與處理

梁濤 楊俊旭 劉衛(wèi) 李根

摘要：本文基于對煤化工企業(yè)空分裝置系統(tǒng)運作的了解，闡述了空分裝置冷箱泄漏的具體原因，針對可能產生的冷箱低溫、富氧、超壓噴砂和砂爆等風險進行深入分析，并提出防止冷箱富氧、控制冷箱超壓、加大巡檢監(jiān)控風有效處理措施，為煤化工企業(yè)發(fā)展奠定良好基礎。

關鍵詞：空分裝置;冷箱泄露;巡檢監(jiān)控

引言：隨著科技的進步和社會的發(fā)展，空分裝置在煤化工企業(yè)生產運作過程中起著愈來愈重要的作用，如果空分裝置出現(xiàn)冷箱泄漏的情況，則會對其長期正常運行的安全性和穩(wěn)定性產生嚴重影響，因此，必須針對裝置的實際運作情況，制定相應的處理方案，推進煤化工企業(yè)走可持續(xù)發(fā)展之路。

1.空分裝置冷箱泄漏的原因

煤化工企業(yè)空分裝置冷箱泄漏的主要原因，大多數(shù)情況下是由于熱運動及冷箱中存在的冰在已經設計和運用的膨脹循環(huán)管之外凍結而產生的泄漏現(xiàn)象。具體情況還要針對實際泄漏情況進行細微劃分，較大的泄漏故障可能會導致設備嚴重故障，以致于為后期的生產運作留下潛在的安全隱患。在此基礎上，冷箱內部工作條件的要求較為苛刻，因此內部管線部件的材質、強度和設計的合理性，成為冷箱是空分裝置的重要環(huán)節(jié)，同時也是相對薄弱的整體構成部分，管線的長度、焊縫的數(shù)量、自身強度都是關鍵的影響因素，如果遭受沖擊變形或斷裂，則可能導致整個冷箱被迫扒砂檢修，而隨著煤化工的發(fā)展，氧氣需求量不斷增加，因此需加強對冷箱的設計和研究，保障空分裝置運行的安全性和穩(wěn)定性。

2.空分裝置冷箱泄漏風險分析

2.1低溫和富氧危險

當空分裝置內部低溫氣體出現(xiàn)嚴重泄漏時，會對冷箱壁和支撐進行一定程度的氣體沖刷，極易使冷箱壁出現(xiàn)凍裂現(xiàn)象，以及支撐遭到損壞。當冷箱內部低溫液體流出時，極易沿著外部的珠光砂留到下面的冷箱上，與此同時，由于其自身特性，對迅速降低冷箱外部的基礎溫度，促使基礎被凍壞。相同的，低溫液體也極易在冷箱上向四周擴散，最終導致冷箱壁大部分和支撐等空分裝置零部件被凍壞。針對富氧來說，其主要是應用有效方法將空氣中的氧氣進行收集，并促使收集后氣體中的富氧含量≥21%。如果冷箱內的氧含量始終處于不斷提升的狀態(tài)，同時富氧、氣氧和液氧的含有氧元素的物質作為泄漏的介質，那么當工作區(qū)域存在明火、靜電火花時，極易產生爆炸、火災等安全事故，存在一定的危險性[1]。

2.2冷箱超壓噴砂與砂爆

當空分裝置內部低溫液體泄漏后，其在流動過程中由于內外溫度差的變化，會使液體出現(xiàn)氣化現(xiàn)象，同時隨著冷箱內壓力的不斷提高，當?shù)竭_一定程度時，會出現(xiàn)超壓噴砂的情況，甚至會使冷箱的局部位置出現(xiàn)鼓包、破裂的現(xiàn)象，加大內部物質泄漏程度，當氣體出現(xiàn)大量泄漏時，也會導致冷箱的內壓超過標準程度現(xiàn)象。除此之外，如果泄漏的液體隨著時間的延長而量化增加，則會促使冷箱內的珠光砂中匯集大量的低溫液體，在此基礎上，由于珠光砂并沒有高質量的導熱性能，所以在短時間內不會促使泄漏液體出現(xiàn)急劇氣化現(xiàn)象。除此之外，如果當泄漏液體在流動過程中遇到溫度較高的熱源時，會使液體快速膨脹至原有體積的600倍，從而迅速提高冷箱內原本存在的壓力，導致空分裝置的呼吸閥不能及時打開進行泄壓處理，以致于產生冷箱砂爆的情況，對其內部結構產生一定的破壞，甚至出現(xiàn)坍塌情況[2]。

2.3珠光砂沖刷和進入設備內部

珠光砂主要是由一種酸性火山玻璃質熔巖經過破碎、預熱、焙燒膨脹而最終制成的，具有多孔結構的、白色粒狀的松散材料，具有容量小、導熱系數(shù)低、化學穩(wěn)定性能好等特性，而其應用于煤化工的空分裝置結構中，其泄漏的介質通過一定程度的流動或擴散，由于其中會夾雜著一定數(shù)量的珠光砂，在泄漏過程中可能會對周圍設備、管道等造成一定程度的沖刷損壞。在此基礎上，珠光砂在擴散工程中，可能會從泄漏位置進入設備及管道內部，對整體空分裝置產生的較高純度氣體造成污染，以及出現(xiàn)堵塞管道、換熱器的情況。

3.空分裝置冷箱泄漏處理措施

3.1防止冷箱富氧，控制冷箱超壓

想要高效防止冷箱存在富氧風險，需提高向冷箱內所沖氮氣的純度，切實達到降低冷箱密封氣體內含氧量的目的，同時還要確保收集后氣體的富氧含量始終控制在21%以內。除此之外，相關工作人員還需增加對冷箱內密封氣體中各種所需元素的分析頻率，并認真做好相關記錄。如果出現(xiàn)氧含量異常的情況，需及時對其原因進行分析和研究，在此基礎上針對實際冷箱泄漏情況，在泄露點附近開孔取樣，進一步對泄漏情況進行準確、有效判斷，以此為基礎才能有效防止冷箱由于富氧而產生的風險。

與此同時，為了有效防止冷箱出現(xiàn)超壓而產生鼓包、噴砂情況，應在實際運作過程中根據(jù)實際情況，將冷箱中的呼吸閥及時打開，為接下來的泄壓和氣體置換工作提供方便，相關工作人員還相應的需要對冷箱的呼吸控制閥進行定期的精細檢查，確保其始終處于正常的運行狀態(tài)。對冷箱密封的氣體充入量也需要進行有效控制，確保其內部氣壓始終保持在可控范圍內，一般情況下都會保持在1kPa以內，避免出現(xiàn)呼吸閥噴砂，以及出現(xiàn)負壓吸入潮濕空氣的現(xiàn)象。

3.2防控冷箱凍裂，加大巡檢監(jiān)控

想要對冷箱是否存在凍裂現(xiàn)象或其他變化進行有效觀察，需應用適量的熱氮氣對冷箱內的冷氣進行部分置換，讓冷箱保持在穩(wěn)定溫度狀態(tài)時，在此基礎上用低壓蒸汽對冷箱結冰處進行制定位置吹掃，加快冰塊的融化速度，然后應用望遠鏡對冷箱壁進行仔細觀察。

必須在原有基礎上提升巡檢監(jiān)控力度，第一，增加操作人員巡檢時的人數(shù)和巡檢頻率，確保冷箱四周及自身始終保持正常運行狀態(tài)。巡檢人員需要對冷箱結冰的狀態(tài)、面積進行實時監(jiān)測，不同巡檢小組在需用測溫槍對冷箱結冰處的溫度進行監(jiān)測，并要做好相應的記錄，如果發(fā)展存在特殊現(xiàn)象，如結冰面積擴大、凍裂、噴砂等現(xiàn)象，需立即向上級報告并采取應急措施;第二，需要將冷箱的相關參數(shù)和上塔壓力控制在規(guī)定范圍內，同時還需加大對冷箱密封氣壓、基礎溫度等的監(jiān)視巡檢力度，避免出現(xiàn)冷箱內氣體中的氧含量增大，或壓力迅速上升的情況;第三，需對冷箱內部珠光砂進行定期測量，主要檢查的包括珠光砂的沉降高度、內部存在結塊、侵入液體等影響因素，以此來有效辨別低溫液體的實際泄露情況。

3.3避免液體泄漏，降低冷箱內的氧含量

如果操作人員發(fā)現(xiàn)存在液體泄漏的情況，需及時停止密封氣體向冷箱內的輸送和供應，以此來有效防止在液體流動過程中由于溫差影響，導致液體快速蒸發(fā)，以致于迅速提升冷箱內氣壓，從而引起砂爆現(xiàn)象。與此同時，還要對冷箱內部情況進行嚴格控制，避免出現(xiàn)液體在冷箱內積累的現(xiàn)象，如果發(fā)生液體積累，則需立刻進行停車處理，防止嚴重后果的發(fā)生[3]。

必須降低冷箱的內氧含量，避免由于冷箱內的氧含量過高和周圍環(huán)境引起的明火、靜電而發(fā)生劇烈的爆炸，因此，必須采取有效措施降低內氧含量，首先需對冷箱內的密封氣量進行調整，從而提高冷箱密封氣壓力，以此來防止空分裝置上部產生負壓，使空氣進入冷箱內。然后再循序漸進的增大下冷箱的密封氣，利用常溫密封氣使冷箱內的冷凝液體逐漸汽化，并從呼吸口排出，以此來降低冷箱內氧濃度，在此基礎上，還要控制好密封氣壓，以防造成嚴重后果。除此之外，如果冷箱內氧含量過高，則必須切斷冷箱周圍的電源，對空分裝置運作的安全性和穩(wěn)定性起到一定保障作用。

結論：綜上所述，及時發(fā)現(xiàn)空分裝置冷箱存在的問題，并做好相應的冷箱泄漏處理措施，是裝置運行安全和穩(wěn)定的重要保障。除了做好相應的風險泄漏處理措施，還要預先制定應急處理方案，確保能夠有效消除泄漏點，減少冷箱泄漏問題發(fā)生，推進煤化工企業(yè)的經濟效益發(fā)展。

參考文獻：

[1]任新娟.空分裝置冷箱泄漏分析與處理[J].化工管理，2020（18）：146-147.

[2]朱致欣，江福.空分裝置冷箱泄漏分析與處理[J].大氮肥，2020，43（01）：3-6.

[3]付庭強. 煤氣化工藝的空分裝置選型研究[D].西北大學，2018.