空分設(shè)備冷箱中低溫設(shè)備加溫方法分析運(yùn)用

周金城,劉江淮,王勝利

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 氣體銷售分公司，安徽 馬鞍山 243000)

0 引 言

在空分設(shè)備冷箱中低溫精餾塔、換熱器、管道、閥門、液體泵、膨脹機(jī)安裝完畢、運(yùn)行至設(shè)定周期、熱備用狀態(tài)開車、裸冷完成、故障檢修處理、技術(shù)改造時(shí)，必須對(duì)空分設(shè)備冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行加溫。

冷箱中低溫設(shè)備加溫經(jīng)加溫、吹除2個(gè)階段，使低溫設(shè)備解凍升溫，清除積存水分、二氧化碳、乙炔、碳?xì)浠衔锱c氮氧化合物，吹除滲入的濕空氣、殘留機(jī)械雜質(zhì)。低溫設(shè)備加溫分為常溫狀態(tài)加溫、低溫狀態(tài)加溫兩類。

馬鞍山鋼鐵股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱：馬鋼)20 000 m3/h空分設(shè)備是杭氧設(shè)計(jì)、制造。20 000 m3/h空分設(shè)備采用空氣循環(huán)增壓、膨脹空氣入下塔、液氧內(nèi)壓縮、全精餾制氬、氪氙與氖氦粗制流程。

20 000 m3/h空分設(shè)備自投產(chǎn)，通過分析冷箱中低溫設(shè)備不同加溫方法特點(diǎn)，根據(jù)低溫設(shè)備所處不同狀態(tài)，對(duì)20 000 m3/h空分設(shè)備冷箱中低溫設(shè)備運(yùn)用針對(duì)性加溫方法，使低溫設(shè)備加溫有效、啟動(dòng)安全、運(yùn)行穩(wěn)定。

1 設(shè)備初裝與檢修技改后加溫

1.1 加溫方法分析

空分設(shè)備冷箱中低溫設(shè)備在設(shè)備初次安裝、故障檢修處理、技術(shù)改造完畢，冷箱中精餾塔、換熱器、管道、閥門均處于常溫狀態(tài)。在此常溫狀態(tài)，空分設(shè)備加溫是為了清除冷箱內(nèi)低溫設(shè)備中積存濕空氣、殘留機(jī)械雜質(zhì)。

在常溫狀態(tài)對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行加溫，精餾塔、換熱器、管道、閥門溫度升幅小、設(shè)備變形量低。在加溫過程中，對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行短時(shí)間加溫、長(zhǎng)時(shí)間吹除。

在此常溫狀態(tài)，冷箱中低溫設(shè)備加溫運(yùn)用分段加溫法。分段加溫法是以冷箱內(nèi)精餾塔、換熱器中各單元設(shè)備為加溫對(duì)象，對(duì)各低溫單元設(shè)備逐次進(jìn)行加溫吹除，避免固體顆粒及雜質(zhì)進(jìn)入低溫單元設(shè)備不流通區(qū)域，無法完全清除，使空分設(shè)備運(yùn)行阻力高。

此時(shí)，冷箱中低溫設(shè)備加溫氣源為分子篩吸附器出口干燥空氣。根據(jù)低溫設(shè)備中機(jī)械雜質(zhì)殘留量，加溫初期使用間斷吹除操作方法，通過氣流挾帶作用，清除低溫設(shè)備中殘留機(jī)械雜質(zhì)，加溫后期使用連續(xù)吹除操作方法，清除低溫設(shè)備中積存濕空氣。

加溫初期使用間斷吹除操作方法時(shí)，間斷調(diào)節(jié)吹除閥開度差值不宜過大，不使冷箱中管道、閥門發(fā)生振動(dòng)，同時(shí)保證空冷塔壓力穩(wěn)定，避免分子篩吸附器進(jìn)水。加溫后期使用連續(xù)吹除操作方法時(shí)，加溫空氣量不宜過大，降低空分設(shè)備加溫能耗。

在冷箱中精餾塔、換熱器、管道露點(diǎn)均不大于-65℃，各吹除口均無固體顆粒物排出時(shí)，結(jié)束加溫。

1.2 加溫方法運(yùn)用實(shí)例

2010年10月21日，20 000 m3/h空分設(shè)備冷箱中下塔液空管線技術(shù)改造完畢，啟動(dòng)空壓機(jī)、投運(yùn)空冷塔與分子篩吸附器，對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行加溫。

首先，開啟入主換熱器熱端空氣調(diào)節(jié)閥V101、主換熱器冷端空氣管道吹除閥，將分子篩吸附器出口空氣導(dǎo)入冷箱內(nèi)空氣管道、主換熱器正流空氣流道，加溫低溫空氣管道、主換熱器正流空氣流道。

而后，在主換熱器冷端正流空氣出口管道溫度與分子篩吸附器出口空氣溫度相同時(shí)，開啟下塔吹除閥與粗氖氦塔閥門，將空氣導(dǎo)入下塔、粗氖氦塔加溫。

最后，在下塔頂部溫度與主換熱器冷端空氣出口管道溫度差值不大于1℃時(shí)，開啟液空、液氮節(jié)流閥與粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔閥門，將空氣導(dǎo)入上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔加溫。

2 熱備用狀態(tài)加溫

2.1 加溫方法分析

空分設(shè)備處于熱備用狀態(tài)，冷箱中低溫設(shè)備均為常溫。在空分設(shè)備熱開車前，須對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行加溫，清除精餾塔、換熱器、管道中滲入濕空氣，保證空分設(shè)備精餾工況穩(wěn)定。

空分設(shè)備熱開車前，冷箱中低溫設(shè)備運(yùn)用同步加溫法，將分子篩吸附器出口空氣依次導(dǎo)入精餾塔、換熱器、管道、閥門中，同時(shí)對(duì)主換熱器、下塔、過冷器、上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔、粗氖氦塔加溫。

在冷箱中低溫設(shè)備運(yùn)用同步加溫法時(shí)，加溫使用連續(xù)吹除操作方法，清除低溫設(shè)備中滲入的濕空氣與熱量。加溫操作分為入塔導(dǎo)氣、開啟吹除閥兩個(gè)操作步驟。根據(jù)冷箱中精餾塔、換熱器、管道溫度變化，調(diào)節(jié)入主換熱器、下塔、過冷器、上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔、粗氖氦塔加溫空氣流量與吹除閥開度。

在主換熱器、下塔、過冷器、上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔、粗氖氦塔溫度均相同，露點(diǎn)均小于-65℃時(shí)，結(jié)束加溫，空分設(shè)備熱開車。

2.2 加溫方法運(yùn)用實(shí)例

2014年6月12日，處于熱備用狀態(tài)的20 000 m3/h空分設(shè)備進(jìn)行熱開車前加溫。首先，開啟、調(diào)節(jié)入主換熱器熱端空氣調(diào)節(jié)閥V101，將加溫空氣依次導(dǎo)入主換熱器、下塔、過冷器、上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔、粗氖氦塔。

而后，保持空壓機(jī)出口壓力穩(wěn)定，開啟主換熱器、下塔、過冷器、上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔、粗氖氦塔吹除閥與氮?dú)?、污氮?dú)夥趴臻y，對(duì)冷箱中精餾塔、換熱器、管道、閥門進(jìn)行同步加溫吹除。

3 運(yùn)行至設(shè)定周期加溫

3.1 加溫方法分析

空分設(shè)備運(yùn)行至設(shè)定周期停機(jī)，冷箱中精餾塔、換熱器、管道、閥門均處于低溫狀態(tài)。在此低溫狀態(tài)，空分設(shè)備加溫是為了清除冷箱內(nèi)低溫設(shè)備中積聚的水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔锛半s質(zhì)。

在低溫狀態(tài)對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行加溫，精餾塔、換熱器、管道、閥門溫度升幅大、設(shè)備變形量高。在加溫過程中，對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加溫、短時(shí)間吹除。

在此低溫狀態(tài)，冷箱中低溫設(shè)備加溫運(yùn)用全面同步加溫法。全面同步加溫法是對(duì)冷箱中精餾塔、換熱器、管道、閥門同時(shí)解凍、升溫、吹除。

在冷箱中精餾塔經(jīng)排液、靜置，分子篩吸附器出口空氣二氧化碳含量小于10-6時(shí)，方可將加溫空氣導(dǎo)入冷箱中低溫設(shè)備加溫。

在低溫設(shè)備加溫初期，使用低流量的加溫空氣加溫低溫設(shè)備，控制精餾塔、換熱器、管道、閥門升溫幅度不大于10℃/h，阻止設(shè)備變形量升高。在低溫設(shè)備加溫后期，精餾塔、換熱器、管道、閥門升溫至大于-30℃時(shí)，逐步增大加溫空氣流量，提高低溫設(shè)備升溫速率。在精餾塔、換熱器、管道、閥門升溫至不小于0℃時(shí)，使用高流量的加溫空氣吹除低溫設(shè)備中積聚的水、固體雜質(zhì)。

在低溫設(shè)備溫度升至與分子篩吸附器出口空氣溫度差值小于10℃時(shí)，結(jié)束加溫，減少空分設(shè)備加溫能耗。

在低溫設(shè)備加溫初期，保持精餾塔、換熱器、管道壓力小于正常運(yùn)行值，如精餾塔、換熱器、管道壓力大于高報(bào)警值，必須停止低溫設(shè)備加溫，對(duì)低溫設(shè)備進(jìn)行再次靜置，使低溫設(shè)備不流通區(qū)域殘留液體氣化。在低溫設(shè)備加溫結(jié)束后，如精餾塔、換熱器、管道溫度降至小于0℃時(shí)，必須對(duì)低溫設(shè)備再次進(jìn)行加溫，清除冷量。

3.2 加溫方法運(yùn)用實(shí)例

2013年10月1日，20 000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行至設(shè)定周期停機(jī)，將下塔塔釜液空、主冷液氧、粗氬塔塔釜富氬液氧、精氬塔塔釜液氬、貧氪氙塔及粗氖氦塔液體排盡，保持排液閥較小開度，主換熱器、下塔、過冷器、上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔、粗氖氦塔靜置6 h，對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行加溫。

首先，微開入主換熱器熱端空氣調(diào)節(jié)閥V101，將少量加溫空氣依次導(dǎo)入主換熱器、下塔、過冷器、上塔、粗氬塔、精氬塔、貧氪氙塔、粗氖氦塔，根據(jù)精餾塔、換熱器、管道壓力開啟吹除閥，使低溫設(shè)備溫度緩慢同步升高。

而后，根據(jù)精餾塔、換熱器、管道溫度升幅速率，逐步增加入主換熱器熱端空氣調(diào)節(jié)閥V101與吹除閥閥門開度。

最后，在精餾塔、換熱器、管道溫度均升至0℃時(shí)，增大入主換熱器熱端空氣調(diào)節(jié)閥V101與吹除閥閥門開度，吹除低溫設(shè)備。

4 裸冷后加溫

4.1 加溫方法分析

空分設(shè)備裸冷完成，冷箱中精餾塔、換熱器、管道、閥門均處于低溫狀態(tài)。此時(shí)，空分設(shè)備加溫是為了清除冷箱中低溫設(shè)備冷量及雜質(zhì)，為空分設(shè)備冷箱裝填珠光砂、啟動(dòng)、運(yùn)行提供條件。

空分設(shè)備經(jīng)裸冷，冷箱中未裝填珠光砂，精餾塔內(nèi)無液體生成，無須對(duì)設(shè)備進(jìn)行排液、靜置。在此低溫狀態(tài)對(duì)冷箱中低溫設(shè)備加溫，低溫設(shè)備溫度升幅較大。低溫設(shè)備運(yùn)用全面同步加溫方法，調(diào)節(jié)精餾塔、換熱器、管道升溫幅度不大于20℃/h。

在冷箱中精餾塔、換熱器、管道、閥門溫度升至與分子篩吸附器出口空氣溫度均相同，精餾塔、換熱器、管道、閥門外表面干燥無水漬時(shí)，結(jié)束加溫。

4.2 加溫方法運(yùn)用實(shí)例

2010年11月3日，20 000 m3/h空分設(shè)備冷箱中液空管線經(jīng)檢修及技術(shù)改造，冷箱中低溫設(shè)備裸冷完成，對(duì)冷箱中精餾塔、換熱器、管道、閥門進(jìn)行加溫。

首先，將主冷箱、主換熱器冷箱全部人孔、卸砂孔調(diào)節(jié)至全開狀態(tài)，增大低溫設(shè)備跑冷損失，縮短加溫時(shí)間。

而后，根據(jù)精餾塔、換熱器、管道壓力，開啟入主換熱器熱端空氣調(diào)節(jié)閥V101，將分子篩吸附器出口空氣依次導(dǎo)入精餾塔、換熱器、管道。同時(shí)，調(diào)節(jié)吹除閥開度，控制低溫設(shè)備溫度升幅速率。

5 故障狀態(tài)加溫

5.1 加溫方法分析

空分設(shè)備運(yùn)行，因精餾塔、換熱器、管道、閥門故障，低溫液體泄漏，冷箱碳鋼面板低溫脆裂，空分設(shè)備停機(jī)。此時(shí)，冷箱中低溫設(shè)備處于低溫狀態(tài)，空分設(shè)備加溫是為了將冷箱中低溫設(shè)備解凍升溫至常溫狀態(tài)，方可對(duì)低溫設(shè)備進(jìn)行檢修作業(yè)。

此時(shí)，冷箱中珠光砂滲入低溫液體，將低溫設(shè)備中低溫液體全部排盡，全開主冷箱、主換熱器冷箱頂部人孔，延長(zhǎng)低溫設(shè)備靜置時(shí)間，增大滲入珠光砂中低溫液體氣化量。

此時(shí)，對(duì)冷箱中低溫設(shè)備進(jìn)行加溫，溫度升幅大，低溫設(shè)備運(yùn)用全面同步加溫與故障單元設(shè)備針對(duì)性加溫相結(jié)合的加溫方法，調(diào)節(jié)精餾塔、換熱器、管道溫度升幅小于10℃/h。

此時(shí)，低溫設(shè)備加溫分為冷箱中低溫設(shè)備加溫、冷箱中珠光砂升溫量個(gè)方面。在精餾塔、換熱器、管道、閥門溫度均大于0℃、冷箱基礎(chǔ)溫度均高于低報(bào)警值，冷箱發(fā)生低溫脆裂碳鋼面板無結(jié)霜現(xiàn)象時(shí)，結(jié)束加溫。

5.2 加溫方法運(yùn)用實(shí)例

2010年10月6日，20 000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行，粗氬冷凝器液空液位計(jì)正管斷裂，液空泄漏，冷箱碳鋼面板低溫脆裂，空分設(shè)備停機(jī)，將冷箱中精餾塔排液，低溫設(shè)備靜置30 h。

首先，在低溫設(shè)備靜置時(shí)，將冷箱密封氣由污氮?dú)馇袚Q至管網(wǎng)低壓氮?dú)?，冷箱密封氮?dú)鈮毫φ{(diào)節(jié)為0.1 kPa，使?jié)B入珠光砂內(nèi)液空氣化，避免冷箱碳鋼面板裂縫擴(kuò)大。

而后，開啟精餾塔、換熱器相關(guān)閥門，對(duì)低溫設(shè)備進(jìn)行全面加溫。在上塔頂部溫度升至0℃時(shí)，減小主換熱器、下塔、上塔吹除閥開度，增大粗氬冷凝器、粗氬塔吹除閥開度，全開粗氬冷凝器液空進(jìn)液閥、液空蒸氣調(diào)節(jié)閥，增加氣態(tài)粗氬放空閥開度，提高入粗氬冷凝器、粗氬塔加溫空氣流量。

在粗氬冷凝器液空恒流閥管道溫度與分子篩吸附器出口空氣溫度差值小于5℃，主冷箱壁上粗氬冷凝器液空液位計(jì)正管、負(fù)管管道干燥，減小低溫設(shè)備加溫空氣總量，冷箱基礎(chǔ)溫度未降低時(shí)，結(jié)束加溫，冷箱扒砂檢修。

6 局部加溫

6.1 加溫方法分析

空分設(shè)備運(yùn)行，因冷箱中主換熱器正流空氣流道阻力高或發(fā)生堵塞，空分設(shè)備精餾工況異?；虍a(chǎn)量、純度降低，對(duì)主換熱器運(yùn)用局部加溫法，清除主換熱器正流空氣流道中積聚的水分、二氧化碳、固體顆粒物。

主換熱器進(jìn)行局部加溫，空分設(shè)備必須系統(tǒng)停機(jī)，下塔液空排盡。在主換熱器加溫中，調(diào)節(jié)下塔、上塔吹除閥，控制下塔、上塔壓力小于高報(bào)警值，不使用氮?dú)夥趴臻y、污氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)上塔壓力，避免從上塔抽取氣體冷量進(jìn)入主換熱器返流氣體流道，延長(zhǎng)加溫時(shí)間。

在主換熱器加溫中，調(diào)節(jié)加溫空氣流量，控制主換熱器正流空氣流道溫度升幅不大于30℃/h。在主換熱器冷端正流空氣流道溫度升至0℃時(shí)，結(jié)束加溫。

6.2 加溫方法運(yùn)用實(shí)例

2007年5月1日，20 000 m3/h空分設(shè)備分子篩吸附器電加熱器故障，分子篩吸附器出口空氣中二氧化碳含量高，入下塔空氣流量降低，對(duì)主換熱器正流空氣流道局部加溫，清除主換熱器正流空氣流道中積聚二氧化碳。

首先，將主換熱器返流液氧流道內(nèi)殘存液氧與正流高壓流道內(nèi)殘存液空、膨脹機(jī)出口氣液分離器液空、下塔塔釜液空排盡。同時(shí)，檢查確認(rèn)膨脹機(jī)緊急切斷閥、入口導(dǎo)葉均全關(guān)。

而后，開啟高壓空氣節(jié)流閥、膨脹機(jī)膨脹端熱段與冷段進(jìn)氣閥，開啟入主換熱器熱端空氣調(diào)節(jié)閥V101、膨脹機(jī)增壓空氣流道與高壓空氣流道加溫空氣調(diào)節(jié)閥V141、V142，對(duì)主換熱器低壓、增壓、高壓3股正流空氣流道加溫。

7 低溫流體機(jī)械加溫

7.1 加溫方法分析

空分設(shè)備工藝液氧泵、循環(huán)粗氬泵、膨脹機(jī)均設(shè)置在單一冷箱中。液氧泵、循環(huán)粗氬泵、膨脹機(jī)運(yùn)行至設(shè)定周期或故障處理時(shí)，均須加溫，清除液氧泵、循環(huán)粗氬泵、膨脹機(jī)冷量及雜質(zhì)。

空分設(shè)備工藝液氧泵、循環(huán)粗氬泵設(shè)置為2臺(tái)，1用1備，氧氣外壓縮空分設(shè)備膨脹機(jī)多設(shè)置為2臺(tái)，1用1備，為此，在空分設(shè)備運(yùn)行、停機(jī)時(shí)，均可對(duì)停機(jī)狀態(tài)液氧泵、循環(huán)粗氬泵、膨脹機(jī)加溫。氧氣內(nèi)壓縮空分設(shè)備膨脹機(jī)多設(shè)置為1臺(tái)，為此，必須在空分設(shè)備停機(jī)時(shí)，對(duì)膨脹機(jī)加溫。

低溫流體機(jī)械加溫運(yùn)用單體設(shè)備加溫法，加溫氣源為干燥、潔凈氮?dú)?。在液氧泵、循環(huán)粗氬泵、膨脹機(jī)加溫時(shí)，密封氣壓力、流量均保持正常運(yùn)行值。

在工藝液氧泵、循環(huán)粗氬泵單體加溫時(shí)，必須全關(guān)回流閥，避免加溫氮?dú)膺M(jìn)入精餾塔，影響空分設(shè)備精餾工況。在膨脹機(jī)進(jìn)行單體加溫時(shí)，必須全開回流閥，避免膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

7.2 加溫方法運(yùn)用實(shí)例

20 000 m3/h空分設(shè)備循環(huán)粗氬泵切換停運(yùn)后，全關(guān)循環(huán)粗氬泵進(jìn)出口閥及回流閥，開啟吹除閥，將泵體內(nèi)殘存液體排盡。在泵體液體排盡后，保持吹除閥開啟狀態(tài)，開啟加溫氮?dú)膺M(jìn)氣閥，對(duì)循環(huán)粗氬泵進(jìn)行加溫。此時(shí)，注意循環(huán)粗氬泵轉(zhuǎn)速變化，如循環(huán)粗氬泵有轉(zhuǎn)速且逐步升高時(shí)，停止加溫，保證設(shè)備安全。

在循環(huán)粗氬泵泄漏溫度升至常溫，吹除閥無結(jié)霜結(jié)露現(xiàn)象，泵體密封氣排放管道干燥時(shí)，結(jié)束加溫。

8 結(jié)束語

20 000 m3/h空分設(shè)備自投產(chǎn)，對(duì)冷箱中不同狀態(tài)的低溫設(shè)備進(jìn)行多次加溫，馬鋼根據(jù)低溫設(shè)備所處實(shí)際狀態(tài)，對(duì)20 000 m3/h空分設(shè)備冷箱中低溫設(shè)備運(yùn)用針對(duì)性加溫方法，保證空分設(shè)備啟動(dòng)安全、運(yùn)行穩(wěn)定。