6 000 m3/h空分裝置冷箱大修總結(jié)

吳 波，郝紅梅

(河南豫光金鉛股份有限公司制氧廠，河南 濟(jì)源 459001)

0 引 言

河南豫光金鉛股份有限公司制氧廠(簡(jiǎn)稱豫光制氧廠)2005年初建成投產(chǎn)1套KDONAr-6000/2000/180型全低壓6 000 m3/h空分裝置，采用分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、主精餾塔(上塔采用規(guī)整填料)精餾、無(wú)氫制氬、氧氮外壓縮流程，由四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司成套設(shè)計(jì)、供貨、安裝；2010年2月豫光制氧廠新建的1套10 000 m3/h空分裝置投產(chǎn)，6 000 m3/h空分裝置停運(yùn)(備用)，之后于2013年7月再次啟用，連續(xù)運(yùn)行至今。2020年9月6 000 m3/h空分裝置冷箱大修，針對(duì)此前冷箱運(yùn)行中存在的缺陷問題，本次冷箱進(jìn)行了扒砂大修。以下對(duì)有關(guān)情況作一介紹。

1 冷箱大修前存在的問題

2019年7月19日17:45，義馬氣化廠C套空分裝置因冷箱泄漏而發(fā)生爆炸，造成重大傷亡事故，后經(jīng)查明，其直接原因?yàn)槔湎涓谎跻后w長(zhǎng)期泄漏至保溫材料珠光砂中，未及時(shí)處理，產(chǎn)生“砂爆”而誘發(fā)。由此，空分冷箱的安全運(yùn)行得到格外重視，按照河南省應(yīng)急廳關(guān)于空分裝置安全運(yùn)行整改自查要求，豫光制氧廠在6 000 m3/h空分裝置冷箱上、中、下3個(gè)位置安裝變送器監(jiān)控冷箱內(nèi)壓力，分層設(shè)立6個(gè)冷箱分析測(cè)點(diǎn)，每日測(cè)量1次冷箱內(nèi)氧含量。監(jiān)測(cè)設(shè)施投用后，空分冷箱九樓西測(cè)點(diǎn)首次分析時(shí)其含氧量就超過30%，此時(shí)冷箱運(yùn)行正常：3個(gè)冷箱地基溫度測(cè)點(diǎn)和以往一樣無(wú)異常下降，冷箱表面無(wú)異常結(jié)冰現(xiàn)象，冷箱新增壓力測(cè)點(diǎn)正常——下部壓力最高為700 Pa、上部壓力超過100 Pa，氧氣、氮?dú)?、液氧、液氬產(chǎn)量均達(dá)標(biāo)。冷箱充氣氣源采用的是出冷箱的污氮?dú)猓浜趿恳话銥?%，九樓冷箱西測(cè)點(diǎn)含氧量偏高，表明冷箱內(nèi)有高含氧介質(zhì)泄漏，且為氣態(tài)，由于該分析測(cè)點(diǎn)附近有一氣動(dòng)蝶閥——粗氬塔Ⅱ冷凝器液空蒸氣回上塔調(diào)節(jié)閥(FCV701)采用的是法蘭連接方式，并不是焊接閥，日常生產(chǎn)中該閥一直處于全開狀態(tài)，懷疑是其法蘭密封墊片處有漏點(diǎn)，隨后在該層冷箱東南方向開口增設(shè)一分析測(cè)點(diǎn)，分析其含氧量較低。多方技術(shù)人員經(jīng)綜合分析與研判，決定冷箱繼續(xù)運(yùn)行，直至2020年6月才停下來(lái)備用，排液后靜置存放，不再加溫，自然復(fù)溫，經(jīng)過2個(gè)多月的時(shí)間，冷箱內(nèi)各溫度測(cè)點(diǎn)均已達(dá)常溫，2020年9月開始實(shí)施冷箱扒砂大修。

2 冷箱大修準(zhǔn)備與大修施工

2.1 冷箱大修準(zhǔn)備工作

制定扒砂方案和應(yīng)急措施，對(duì)外協(xié)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)、辦理各類檢修作業(yè)票等。首先打開主換熱器冷箱和主冷箱頂部全部人孔蓋，然后在冷箱上部第三層人孔門上開φ300 mm孔，自上而下分層扒砂并用布袋引流至地面，定時(shí)去冷箱頂部查看珠光砂層下降情況是否正常，扒出約200 m3珠光砂后，看到主精餾塔上及附近有結(jié)冰珠光砂，于是停止扒砂，在安全措施到位的前提下進(jìn)入2人用鐵鏟等工具破碎凍結(jié)的砂塊，約有5 m3，破碎完畢繼續(xù)扒砂作業(yè)，對(duì)于含濕量明顯大的珠光砂予以單獨(dú)堆放(不再回用)，歷時(shí)4 d扒砂結(jié)束；之后，數(shù)人進(jìn)入冷箱內(nèi)打掃塔器和管道上殘存的珠光砂，盡量清理干凈，為即將進(jìn)入冷箱的檢修人員施工作業(yè)提供適宜的環(huán)境。

2.2 扒砂后冷箱內(nèi)的檢查情況

冷箱內(nèi)由底至頂搭設(shè)好腳手架，進(jìn)入冷箱內(nèi)查看管道損壞情況：粗氬塔Ⅱ液空回流管彎曲變形大且該液空管上熱電阻電纜斷開，粗氬塔Ⅱ液空蒸氣安全閥管道與精氬塔冷凝器安全閥管道變形且擠壓在一起，精氬塔蒸發(fā)器不凝氣吹除管自塔根部斷開，精氬塔蒸發(fā)器液氮出口管變形大，液氬計(jì)量罐氬氣返回精氬塔管道變形嚴(yán)重，冷箱污氮充氣管中部存在彎曲傾斜，主精餾塔和粗氬塔Ⅱ頂部拉桿明顯松動(dòng)，主換熱器冷箱與主冷箱之間的隔板被凍裂。據(jù)檢查發(fā)現(xiàn)的損壞情況，與檢修單位簽訂大修合同技術(shù)協(xié)議并開展具體的檢修工作。

2.3 冷箱大修施工

(1)冷箱上所有氣動(dòng)閥均帶有小保溫桶，用固定在箱板上的拉桿斜拉著低溫閥座，按照四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《HKB8-19—2012空分冷箱安裝技術(shù)條件》(簡(jiǎn)稱川空企標(biāo))將所有氣動(dòng)閥、手動(dòng)閥全部安裝成現(xiàn)有樣式的閥架，即閥座和閥前/閥后管道全部用不銹鋼角鐵予以固定，并在冷箱板上為所有閥門增設(shè)防雨棚。

(2)粗氬塔Ⅱ液空回流上塔管道增設(shè)分析測(cè)點(diǎn)，引至冷箱二樓，為以后接入總烴色譜分析儀做好準(zhǔn)備。

(3)冷箱上新增10只DN500安全泄壓閥，主換熱器冷箱頂、主冷箱頂各安裝2只內(nèi)裝氧化鋁的呼吸筒，保證冷箱意外超壓時(shí)能夠釋放壓力以保護(hù)冷箱，以及出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)吸入干燥空氣保證冷箱正壓而不被吸癟。

(4)冷箱內(nèi)所有儀表管線原來(lái)未加保護(hù)支架，本次大修增設(shè)不銹鋼角鐵保護(hù)支架。

(5)2臺(tái)液氬泵泵后預(yù)冷吹除閥由出口管底部開口改為頂部開口，便于液氬泵的預(yù)冷啟動(dòng)。

(6)原精氬塔廢氣排放管出冷箱有汽化器，緊貼冷箱易造成結(jié)冰，該處冷箱板腐蝕嚴(yán)重，本次大修拆下汽化器，改為用直管垂直于箱板外排放，閥門外移安裝，閥后排放管升高排空，如此可減輕冷箱板的結(jié)冰腐蝕。

(7)原冷箱充氣采用出冷箱壓力為12 kPa的污氮?dú)?，充氣管管徑DN50，本次大修將冷箱充氣改為出冷箱壓力為7 kPa的低壓氮?dú)?，采用DN150管；原充氣管進(jìn)入冷箱在底部環(huán)繞一周后向上延伸至中上部，本次大修再增設(shè)一路DN25充氣管，DN25管進(jìn)入冷箱頂部環(huán)繞一周后向下延伸20 m，以加大冷箱充氣量，保證充壓后冷箱內(nèi)壓力達(dá)標(biāo)。

(8)冷箱內(nèi)增設(shè)3支熱電阻并引入DCS，3支熱電阻分別位于液體產(chǎn)品排放閥附近、液空去上塔節(jié)流閥附近、精氬塔蒸發(fā)器液氮出口閥附近，以便于發(fā)現(xiàn)冷箱內(nèi)的漏液情況。

(9)固定主精餾塔、粗氬塔Ⅱ塔頂部的3根拉桿有松動(dòng)，予以拉緊，并復(fù)校各塔垂直度。

(10)拆下運(yùn)行中有嚴(yán)重卡阻現(xiàn)象的2#膨脹機(jī)出口閥(焊接角式截止閥)，返回原廠，維修后回裝。

(11)原粗氬塔Ⅱ液空蒸氣回上塔閥(FCV701)法蘭墊片泄漏造成該處氧含量超標(biāo)，本次大修拆除FCV701，改用直管焊接連通，該閥箱板上孔洞用鋼板封堵。

(12)出冷箱鋁儀表管與冷箱外閥架上的儀表閥前鋁接頭有腐蝕現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)更換33只新閥，以消除冷箱測(cè)量系統(tǒng)的隱患。

(13)運(yùn)行中原下塔液空取樣分析點(diǎn)處手動(dòng)分析含氧量約10%，而液位變送器正壓管處分析含氧量為35%～40%，扒砂后看到該取樣點(diǎn)位于出下塔液空管水平段正上方，屬未按規(guī)范施工，本次大修將取樣點(diǎn)改為出下塔液空管水平段斜下方45°處。

(14)主換熱器冷箱與主冷箱之間有隔板，工藝管道穿過隔板采用的是絕熱板加羊毛氈的保冷方式，其保冷效果差，致使隔板、立柱槽鋼凍裂，改為隔板上開DN600孔加不銹鋼套圈、套圈內(nèi)用發(fā)泡劑發(fā)泡的保冷方式，并補(bǔ)焊加固凍裂的槽鋼支架。

(15)粗氬塔Ⅰ底部液氬回上塔管道上的吹除管自根部處斷開，不再使用。

(16)原工藝管道固定采用不銹鋼卡箍羊毛氈，出現(xiàn)較多松脫，檢查所有工藝管道，按川空企標(biāo)增設(shè)固定支架和滑動(dòng)支架共36處、更換變形管道6根。

3 冷箱大修后的運(yùn)行調(diào)試

3.1 冷箱內(nèi)管道的氣壓試驗(yàn)

因服役時(shí)間已久，冷箱外管道和法蘭、閥門連接處有外漏現(xiàn)象，雖然此微量泄漏對(duì)冷箱正常運(yùn)行影響不大，但對(duì)于氣密性保壓試驗(yàn)影響大，而純化空氣、增壓空氣、氧氣、氮?dú)狻⑽鄣獨(dú)膺M(jìn)/出主換熱器冷箱管法蘭均采用內(nèi)螺紋連接方式，不易拆卸，全部在管道上切口增設(shè)盲板。

下塔系統(tǒng)充壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)精氬塔Ar側(cè)壓力一直上升，判斷精氬塔蒸發(fā)器(板翅式換熱器)有竄漏，于是切開蒸發(fā)器筒體，對(duì)該板翅式換熱器N2側(cè)充壓，排查發(fā)現(xiàn)壓力氣體從不凝氣吹除管出筒體與套管間隙處漏入Ar側(cè)。本次冷箱扒砂結(jié)束，檢查發(fā)現(xiàn)該不凝氣吹除管(φ15 mm×1 mm)完全從筒體上斷掉，修復(fù)焊接時(shí)按原位置直接焊到了外套管上，而實(shí)際上該板翅式換熱器引出管在出塔體處外部有套管，筒體內(nèi)部的引出管并未與套管焊接在一起，需要塔外的吹除管和引出管對(duì)焊在一起并與套管焊接。本次焊工恢復(fù)焊接時(shí)僅將該斷開的吹除管焊接在外套管上，并沒有和套管內(nèi)的不凝氣引出管對(duì)焊在一起(目前新設(shè)備加工工藝是不凝氣引出管與套管在筒體內(nèi)外均進(jìn)行了焊接)。于是重新焊接，再次充氣，并檢查換熱器通道是否有竄漏，未見竄漏；切割產(chǎn)生的鋁屑用吸塵器吸出，封堵蒸發(fā)器筒體后，試壓時(shí)再檢查所有筒體焊縫。按技術(shù)要求對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，增壓系統(tǒng)殘留率99.4%、中低壓系統(tǒng)殘留率98.3%，符合技術(shù)要求，之后探傷單位對(duì)新焊縫和部分舊焊縫進(jìn)行探傷檢測(cè)。

3.2 系統(tǒng)開車過程中出現(xiàn)的問題及其處理

因工期緊，6 000 m3/h空分裝置冷箱大修后未進(jìn)行裸冷，拆除腳手架后于2020年10月3日開始直接裝砂，同時(shí)啟動(dòng)空壓機(jī)，系統(tǒng)開機(jī)吹掃設(shè)備及管道，并測(cè)露點(diǎn)。2020年10月5日中午冷箱裝砂結(jié)束，當(dāng)天17:00測(cè)得各相關(guān)吹除口處露點(diǎn)≤-65 ℃，隨即開啟2臺(tái)膨脹機(jī)，待系統(tǒng)溫度降下來(lái)后進(jìn)入膨脹機(jī)冷箱對(duì)因試壓而拆卸過的膨脹端進(jìn)口、出口法蘭螺栓進(jìn)行冷緊。2020年10月6日上午，開液氬泵進(jìn)口閥、液氬泵后預(yù)冷吹除閥，待系統(tǒng)溫度降下來(lái)后對(duì)因試壓而拆卸過的泵進(jìn)/出口法蘭螺栓進(jìn)行冷緊，之后裝砂封住主冷箱頂部人孔；當(dāng)天中午，主冷積液高度達(dá)600 mm時(shí)，液氬泵冷箱頂部冒冷氣，并伴隨有珠光砂被吹出來(lái)落到地面上，液氬泵冷箱板結(jié)霜嚴(yán)重，打開人孔蓋，看到1#液氬泵冷箱內(nèi)珠光砂翻滾，有氣體吹起來(lái)。于是決定臨時(shí)停運(yùn)膨脹機(jī)，關(guān)閉空氣進(jìn)冷箱切斷調(diào)節(jié)閥(HV101)，停止向冷箱內(nèi)進(jìn)氣。2臺(tái)液氬泵冷箱扒砂后，檢查發(fā)現(xiàn)安裝在1#液氬泵冷箱內(nèi)的液氬去粗氬塔Ⅰ閥門(LCV701)閥后縮節(jié)處出現(xiàn)裂紋張口，低壓系統(tǒng)冷氣外漏。于是，用無(wú)紡棉包裹裂紋處，主精餾塔內(nèi)維持微正壓，局部加溫液氬泵后總管：開1#液氬泵后儀表氣加溫閥、拆1#液氬泵后止回閥閥芯、開1#液氬泵出口閥，外來(lái)儀表氣→1#液氬泵出口止回閥→1#液氬泵出口閥→全開LCV701→粗氬塔Ⅰ，待該管道恢復(fù)常溫后，停止充氣加溫。由于正常生產(chǎn)時(shí)LCV701處于全開狀態(tài)，經(jīng)討論，決定將該氣動(dòng)閥整體拆下，換為鋁彎頭和鋁管直接焊接(經(jīng)分析與論證，此舉不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行)。分析認(rèn)為，LCV701本次檢修安裝閥架，將閥座予以固定，但因距離冷箱太近，未能與主冷箱內(nèi)氣動(dòng)閥一樣加裝閥前、閥后管道限位，主冷箱內(nèi)1#液氬泵后總管至粗氬塔Ⅰ又增設(shè)了2個(gè)固定架，LCV701閥后管道縮節(jié)拉裂可能與此有關(guān)。2020年10月7日開機(jī)后，系統(tǒng)繼續(xù)積液，一切正常，2020年10月9日6 000 m3/h空分裝置產(chǎn)出合格氧氣、氮?dú)猓_始向外供氣。

經(jīng)過數(shù)天的調(diào)試運(yùn)行，6 000 m3/h空分裝置氧氣、氮?dú)猱a(chǎn)量達(dá)標(biāo)，并產(chǎn)出合格液氬產(chǎn)品，產(chǎn)品產(chǎn)量、純度與大修前一致。改進(jìn)后的液空分析測(cè)點(diǎn)含氧量分析結(jié)果與液位變送器正壓管處基本一致；用測(cè)氧儀測(cè)原九樓冷箱西測(cè)點(diǎn)和其他測(cè)點(diǎn)，含氧量均為0%；冷箱上部、中部、下部壓力分別為80 Pa、245 Pa、320 Pa，冷箱表面無(wú)結(jié)霜、結(jié)冰現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的大修效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

冷箱是空分裝置的核心裝備，近年來(lái)出現(xiàn)過多起因冷箱漏液導(dǎo)致運(yùn)行中或扒砂時(shí)發(fā)生事故，損失嚴(yán)重、影響巨大。運(yùn)行管理方面，應(yīng)做好如下工作：生產(chǎn)時(shí)保證主冷液氧全浸式操作，防止烴類物析出；按規(guī)范配備在線色譜儀檢測(cè)液空、液氧、空氣吸入口、貯槽等處的碳?xì)浠衔锖?，超?biāo)時(shí)采取加大液體排放量或停機(jī)等果斷處理措施；空分裝置內(nèi)外防靜電接地裝置應(yīng)完善、可靠；冷箱安全閥每年檢修時(shí)要進(jìn)行校驗(yàn)；冷箱不同位置設(shè)置壓力測(cè)點(diǎn)和氣體含量分析測(cè)點(diǎn)、溫度測(cè)點(diǎn)和安全泄壓閥，并做好記錄，觀察是否有壓力異常上升、冷箱內(nèi)含氧量變化、溫度下降等異?，F(xiàn)象；定期上冷箱進(jìn)行巡檢，平時(shí)需注意觀察冷箱表面是否有異常結(jié)冰或鼓包現(xiàn)象，并分析原因；當(dāng)冷箱內(nèi)珠光砂層出現(xiàn)下降時(shí)，需予以補(bǔ)充，嚴(yán)禁內(nèi)部塔器頂部裸露出來(lái)而出現(xiàn)結(jié)冰；盡量減少開/停車次數(shù)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，避免溫差變化太大導(dǎo)致冷箱內(nèi)管道變形拉裂；當(dāng)冷箱需要扒砂檢修時(shí)，制定好預(yù)案，冷箱加溫徹底，打開各安全泄壓閥和頂部人孔，分層自上而下依次扒砂，杜絕從底部人孔直接開口放砂，有效防止“砂爆”事故的發(fā)生；運(yùn)行和管理人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高技能和應(yīng)急處置能力。總之，空分設(shè)備要從設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、檢修等方面層層把關(guān)，嚴(yán)控各項(xiàng)指標(biāo)，遵守各項(xiàng)操作規(guī)程，從而保證空分裝置的安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。