冷箱珠光砂板結(jié)的分析及處理

李 智

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

目前空分設備的保溫材料一般為礦渣棉、玻璃棉、碳酸鎂以及珠光砂等，其中珠光砂是一種由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖經(jīng)破碎、預熱、焙燒膨脹而制成的具有多孔結(jié)構(gòu)的、白色、粒狀松散材料，具有容量小、導熱系數(shù)低、化學穩(wěn)定性可靠、不燃、無毒、無味、吸音、良好的充填流動性、極低的堆積密度和易于裝填等特性，在空分行業(yè)上被廣泛應用。但同時珠光砂具有較強的親水性［1］，在低溫狀態(tài)下的珠光砂吸水量可高達其本身質(zhì)量的2～9倍。因此珠光砂在空分塔冷箱內(nèi)受潮板結(jié)的現(xiàn)象也比較普遍，一旦珠光砂吸收水分后會失去保溫性能，對空分系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行制約也會越來越大。

2 背景簡介

貴溪冶煉廠動力車間1#制氧機于2017年11月停車檢修，扒砂過程中發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)珠光砂板結(jié)比較嚴重，板結(jié)的厚度高達4m，冷箱內(nèi)珠光砂無法自然流下，只能借助電鎬、洋鎬等工具進行扒除；4#制氧機于2018年10月停車大修，扒砂時同樣發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)有類似的珠光砂板結(jié)的現(xiàn)象，隨著扒砂高度的下降，珠光砂結(jié)冰的現(xiàn)象逐步減弱，冷箱下半部的珠光砂基本都可以自然流出，如圖1所示。

圖1 兩套空分冷箱內(nèi)珠光砂板結(jié)情況

兩套空分由于離上次扒砂檢修時間都相對比較長，1#制氧機距離上次大修時間大概16年、4#制氧機大約10年，空分設備板結(jié)現(xiàn)象相對均比較嚴重，板結(jié)的位置也比較相像，板結(jié)最嚴重的部位都是距離冷箱頂板較近的位置，并且隨著高度的下降，珠光砂結(jié)冰相對減輕，通過咨詢了解到省內(nèi)萍鋼、方大特鋼等兄弟單位的空分設備均有珠光砂結(jié)冰的現(xiàn)象，冷箱內(nèi)珠光砂板結(jié)已是比較普遍，因此分析找出珠光砂板結(jié)的原因并提出預防措施［2］，對制氧機組的安全、穩(wěn)定運行具有重要的意義。

3 珠光砂板結(jié)的危害

3.1 冷損增加能耗增加

冷箱內(nèi)珠光砂結(jié)冰后保溫性能直線下降，低溫設備和管道通過冰塊向外界傳遞冷量，造成冷量的損失，低溫液體產(chǎn)品產(chǎn)量下降，甚至影響到冷箱內(nèi)精餾塔的正常精餾，造成精餾塔的工況不穩(wěn)定。

3.2 冷箱內(nèi)管道受損

珠光砂對冷箱內(nèi)管道有一定載荷作用，隨著珠光砂的逐步板結(jié)，管道的承載壓力逐漸增加，導致部分管道尤其是水平管段發(fā)生扭曲變形，管道支撐出現(xiàn)拉斷等現(xiàn)象［3］，見圖2。

圖2 管道受損圖

3.3 閥門損壞

冷箱內(nèi)珠光砂受潮結(jié)冰后，在空分設備加溫的過程中，珠光砂冰塊不能快速融化，嚴重阻礙了閥門受熱的正常伸縮，導致閥桿彎曲變形，閥門中心偏移原來位置，出現(xiàn)閥門卡頓現(xiàn)象，嚴重時出現(xiàn)閥門閥頭下沉，甚至閥門漏液現(xiàn)象［4］，見圖3。

圖3 閥門損壞圖

3.4 延長扒砂的檢修時間

珠光砂結(jié)冰增加扒砂難度，當冷箱上部珠光砂結(jié)冰后，冰塊集中在空分塔上部，不能正常流出，往往下部珠光砂掏空后，而上部板結(jié)的珠光砂無法自然流下，這時必須依靠工具，將冰塊鑿開，逐步將冰塊清除，在此過程警惕大塊的珠光砂冰塊落下，防止砸壞設備或者管道。所以造成扒砂時間大大延長。

4 珠光砂板結(jié)的原因分析

4.1 冷箱密封氣壓力不足

冷箱密封氣的作用是保持空分塔冷箱內(nèi)處于干燥正壓的條件，防止水分進入冷箱被珠光砂吸收。目前冷箱密封氣一般為空分自身生產(chǎn)的氮氣，密封氣管道設計一般分置3至5層，并且采用一根氮氣母管，隨著空分塔高度的上升，氮氣壓力逐漸下降，達到頂層的密封氣就相對較小，不能滿足正壓要求，導致冷箱頂部長期處于負壓狀態(tài)，一旦濕空氣進入冷箱，珠光砂就會吸收空氣中國的水分結(jié)冰。

4.2 制氧機停機檢修時冷箱無氮氣保護

空分塔冷箱在機組正常運行的情況，由自身產(chǎn)出的氮氣作為冷箱保護氣?？芍蒲鯔C一旦出現(xiàn)計劃性檢修或者臨時檢修時，制氧機本身無法產(chǎn)出氮氣，冷箱內(nèi)無保護氣，此時冷箱內(nèi)珠光砂層無法保持正壓［5］，雨水以及潮濕空氣就會進入冷箱內(nèi)，造成珠光砂的板結(jié)。

4.3 冷箱板腐蝕穿孔

由于本區(qū)域環(huán)境空氣呈弱酸性，空分塔防腐措施逐漸失效，冷箱板出現(xiàn)不同程度的腐蝕，有些冷箱板甚至出現(xiàn)腐蝕穿透，雨水進入冷箱珠光砂層，而珠光砂本身溫度較低，珠光砂出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。

5 珠光砂板結(jié)的預防措施

5.1 優(yōu)化密封氣管道布置

原有的冷箱密封氣管道一般為2～3層布置，并且密封氣一般從冷箱最低層通過一個密封氣總閥直接進入各層密封氣管道，各層密封氣管道未設單獨閥門對層壓力進行控制，所以就會出現(xiàn)冷箱越高位置的密封氣相對越低，甚至最頂層基本出現(xiàn)沒有壓力的情況。通過此次檢修，將密封氣管道增設1～2層，并且每一層密封氣均設置了一臺截止閥，高度越高的密封氣閥門開度較大，高度相對較低的密封氣閥門開度較小，確保了冷箱內(nèi)每一層的密封氣壓力，保證冷箱內(nèi)的正壓，避免潮濕空氣或者雨水進入冷箱導致珠光砂結(jié)冰。優(yōu)化密封氣管道布置后，冷箱內(nèi)密封氣壓力平穩(wěn)（如圖4）。

圖4 冷箱內(nèi)密封氣參數(shù)趨勢圖

5.2 增設各套制氧機之間冷箱密封氣的連通管

將4#制氧機的氮氣通過管道、閥門接入5#制氧機的密封氣管道中，實現(xiàn)冷箱密封氣的互備，保證制氧機停機時冷箱內(nèi)密封氮氣的正常供應，避免停機期間潮濕空氣或者雨水進入冷箱導致珠光砂結(jié)冰［6］。

5.3 對冷箱板定期做好防腐

加強對空分塔冷箱的日常點檢，周期性對空分塔冷箱板統(tǒng)一進行除銹防腐，防止冷箱板由于腐蝕出現(xiàn)穿孔甚至漏冷現(xiàn)象。

5.4 加強空分塔冷箱的日常維護

日常監(jiān)控好各個冷箱密封氣壓力測點，保證各個壓力穩(wěn)定在0.05kPa以上，并且定期檢測空分塔頂部呼吸閥是否有氮氣正常排出，防止?jié)窨諝膺M入冷箱。

6 結(jié)語

隨著國家對安全生產(chǎn)的要求越來越高，特別是空分塔作為整個空分裝置的重大危險源，冷箱的正常與否關(guān)系著整個空分的安全，所以我們必須提高對空分裝置的日常運行維護力度，消除空分塔的安全隱患，確保制氧機的長周期穩(wěn)定運行。