10000m3_h空分装置冷箱扒砂消缺及改进.pdf

收稿日期 修稿日期 作者简介吴波（），男，河南博爱人，工程师，主要从事设备技术管理工作。空分装置冷箱扒砂消缺及改进吴波（河南豫光金铅股份有限公司制氧厂，河南 济源 ）摘要河南豫光金铅股份有限公司制氧厂 空分装置采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、无氢制氩、氧氮外压缩流程，于 年初建成投产。空分装置运行 后由于存在冷箱方面（如冷箱表面结冰、安全泄压阀配置不当、导气过程中冷箱压力测点数据偏高）以及冷箱内部分仪表管无法正常使用等问题，于 年 月进行了冷箱扒砂大修。介绍冷箱扒砂过程及注意事项，结合检修过程分析冷箱存在诸多问题的原因，实施相应的整改消缺与改进、系统充气查漏及问题处理后，空分装置重启，运行状况良好。并从本次冷箱扒砂消缺及改进工作中总结冷箱运行维护注意事项。关键词空分装置；运行问题；冷箱扒砂大修；整改措施；消缺与改进；充气查漏；运行情况；运行维护 中图分类号 文献标志码 文章编号 （）引言河南豫光金铅股份有限公司（简称豫光金铅）制氧厂 年初建成投产 套 型 空分装置，由开封东京空分集团有限公司成套设计、供货、安装，采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、无氢制氩、氧氮外压缩流程。本空分装置运行 后由于存在冷箱方面（如冷箱表面结冰、安全泄压阀配置不当、导气过程中冷箱压力测点数据偏高）以及冷箱内部分仪表管无法正常使用等问题，于 年 月进行了扒砂大修，本次冷箱大修由四川空分低温工程安装有限公司按照合同及四川空分设备（集团）有限责任公司企业标准 空分冷箱安装技术条件（简称川空企标）进行施工，豫光金铅制氧厂予以协作。以下对有关情况作一介绍。扒砂大修前冷箱运行问题 冷箱方面的问题）冷箱西侧 高处，年和 年即使在夏季也存在结冰现象，意味着冷箱内部有跑冷（冷量损失）现象，存在安全隐患。曾打开冷箱顶部人孔检查，未见明显异常；加大冷箱污氮气充气量并添加一些珠光砂，结冰现象未见改善。经分析与研判，系统继续运行。）冷箱顶部配置有 个安全泄压阀，用于冷箱充气压力过高时泄压。但近年来业内发生冷箱扒砂或检修作业中砂爆而致冷箱受损的事故，表明仅 个安全泄压阀的配置不适应目前空分装置安全运行的要求。）年 次空分装置临时停机后重启，在开启空压机向主精馏塔内导气的过程中，主冷箱上、中、下 个冷箱压力测点数据均高于正常值（），甚至达到测压变送器的量程上限 ，而空分装置运行正常后此 个压力测点数据又能恢复正常。冷箱内多处仪表管无法正常使用 生产运行中，粗氩塔底部液位 负压管 （）和阻力 正压管 （）仪表管压力波动大而无法正常使用，只得通过三通借用粗氩塔阻力 负压管 （）来显示；主精馏塔下塔液空液位 负压管 （）借用下塔阻力 正压管 （）来显示，而下塔阻力负压管 （）无法正常显示，经检测其示数偏高，高于正压管；主冷凝蒸发器液氧液位 有 根正压管，但其中 根示数波动大而无法切换使用，实际只能使用 根；每次系统停机，精氩塔压力较低，再开机后对液氩计量罐排液置换时均发现有珠光砂，甚至堵塞计量第 期 年 月中氮肥 罐底部 排液吹除阀，而系统运行中则不会出现液氩中夹带珠光砂现象，故怀疑液氩计量罐液位 负压管 （）有裂纹或根部断开；液氩计量罐底部液氩分析 取样管堵塞，造成该取样管无法使用；每次空分装置临时停机后再次开机时，主精馏塔上塔底部压力 示数偏高，达到满量程 （正常运行值应为 ），而 示数一直下降甚至为 或负值，测其负压管 （）压力超过 ，超过正压管 （）压力，分析认为，原因是位于同一高度的 、（）这 根引压管出现进液而复热不足，导致 示数偏高和 （）负压侧压力偏高而使 无法正常显示，只得将 （）借用上塔下部压力 引压管，据正常生产时 与 的差值，可知此时 显示偏高 ，系统运行 后才能将 （）恢复为原测量管而正常使用，压力也能自行恢复正常显示。冷箱扒砂过程及注意事项 扒砂过程 年 月 日，空分装置按计划停车，经过静置后开始排液、加温。年 月 日开始冷箱扒砂，在 高处冷箱侧面人孔门上开 孔，用布袋引至一楼地面进行分层扒砂，扒出部分珠光砂后作业人员看到冷箱内有严重的结冰现象，位于冷箱西侧原箱板上，随后进入 人进行凿冰，历时 冰块处理结束；后在一楼冷箱人孔门上开 孔进行放砂，扒砂过程中不时有珠光砂成股喷出现象，甚至在冷箱底部扒砂后期出现携带冷气的珠光砂瞬间喷出将冷箱与主控楼之间的通道堆满的情况（有预案，无不良后果）。扒砂过程中的种种迹象表明，珠光砂内有液体存在，发生了小型喷砂现象，分析冷箱底部液体氧含量极低，而停车前冷箱 个地基温度（分别位于主精馏塔、过冷器、粗氩塔、粗氩塔、主换热器的正下方）均在 以上（属常温），可能是液氩计量罐仪表管出现漏液所致。扒砂结束，有 块冰悬在主换热器处管道上，中午时自行掉下，致使部分工艺管道被砸变形。用消防车供水冲洗冷箱内，为冷箱检修做准备。年 月 日，检修单位人员进入冷箱内开始作业。扒砂中的注意事项 扒砂前进行人员培训、办理相关施工作业票等手续，作业人员劳保用品佩戴齐全，须有专职人员现场监督监护；主冷箱顶部和主换热器冷箱顶部人孔盖要事先全部打开；出现小股喷砂时，立即用编织袋封住 扒砂孔，人员撤离现场，待喷砂结束没有“啪啪”的响声后，再恢复施工。问题分析及整改措施 冷箱顶部结冰原因分析及整改措施 空分装置冷箱珠光砂充气采用的是出冷箱的低压污氮气，出冷箱 低压污氮气总管压力 ，充气总管分成 路 管进入冷箱上、中、下 个部位。一旦系统突发故障导致空分装置临时停车，没有冷箱充气气源，此时冷箱内因低温会形成负压，外界湿空气可能会从冷箱顶部密封不严的人孔或安全泄压阀处被吸入，从而造成结冰。此外，本次检修还发现冷箱顶部钢板因雨水集聚而锈蚀严重，可能有雨水从漏点渗入而结冰。为此，本次检修将冷箱充气气源改为出冷箱低压氮气，充气总管改用 管，并与液氮贮槽汽化器后的氮气管连通 空分装置停车时，液氮贮槽内液氮汽化为氮气进入冷箱充气，使冷箱内始终能保持正压，且能最大限度地避免原污氮气中的氧组分在冷箱内液化集聚；另外，在冷箱顶部安装 个内装硅胶吸附剂的呼吸筒，当冷箱充气中断出现负压时，从呼吸筒吸入被硅胶吸附水分的干燥空气进入冷箱，从而保持冷箱内正压；同时，在主冷箱顶部和主换热器冷箱顶部各增设 个有斜度的新顶盖，以使雨天冷箱顶板上不会有积水，避免钢板锈蚀而雨水渗入。部分仪表管异常原因分析及整改措施检查发现，冷箱内不能正常使用的仪表管均为向上倾斜不足或没有紧贴冷箱壁充分复热，导致仪表管进液后无法完全汽化。检查确认 （）断裂，当空分装置停车时，计量罐内无压力，珠光砂进入堵塞了 液氩分析取样管。按照川空企标对前述有问题的仪表管进行如下整改：重新用铝盘管敷设 （）、（）、（）、（）、中 氮 肥第 期（）、（）、（）、（）、，由于仪表阀均在设备取样点的下方，新敷铝管从塔体上以 的斜度向上倾斜至冷箱壁，往上至少高度后再贴冷箱壁往下至二楼处仪表阀区；查明 示数有波动的一路正压管为复热不足所致后，将 根正压管重新敷贴冷箱板便于复热，（）、（）不规范的复热段也重新敷设。导气中冷箱压力偏高原因分析及整改措施针对空分装置临时停车后重启导气过程中冷箱压力偏高问题，检查确认液氩计量罐负压管 （）仪表管断裂。正常生产中液氩计量罐压力仅 ，而开机导气过程中直至投运氩系统之前计量罐压力和上塔一样，均约 ，当液氩计量罐负压管 （）仪表管断裂，由于压力增高而泄漏量变大，这会导致开车过程中冷箱内压力升高，扒砂过程中出现的含氧极低的低温液体，应该就是正常生产中液氩计量罐通过负压管漏入到珠光砂内的液氩。于是，按川空企标重新敷设 （）仪表管，并在主冷箱上新增 安全泄压阀 只以防冷箱内压力异常升高引起砂爆事故而致冷箱损坏。冷箱大修其他消缺或改进项目 对于上塔、下塔、粗氩塔冷凝器液空侧的 、安全阀，在冷箱板上安装吊装架便于安全阀校验时拆卸，并将安全阀前的碳钢弯头更换为不锈钢弯头；在冷箱内主冷凝蒸发器液氧进计量罐调节阀 、液空进粗氩塔冷凝器调节阀 、精氩塔蒸发器液氮出口阀 下方 处各新增 支热电阻温度计，引入 ，以便观察上述三处液体阀门处冷箱内珠光砂的温度，据此及时判断是否发生漏液；精氩塔底部排液吹除阀 、常年结冰严重，扒砂后看到冷箱内该排液管没有气封，按川空企标予以增设；冷箱内所有仪表管线增设不锈钢角铁保护架；液氩计量罐排放阀 因内漏更换新阀；冷箱上气动阀处安装防雨棚，气动阀保温桶与阀座密封处涂胶或捆绑无纺棉防止漏砂，保温桶与冷箱配合处也堵无纺棉防漏砂，检查浮动套内矿渣棉充填情况并予以补充，加固根部严重锈蚀的冷箱栏杆，冷箱防腐；氩泵冷箱与主冷箱原碳钢隔板更换为 厚的不锈钢板，并在工艺管道穿箱板处增设不锈钢套圈，用发泡剂保冷封堵，膨胀机冷箱与主冷箱穿管处也增设不锈钢套圈并用发泡剂保冷封堵；冷箱内充气管包裹的铜丝网有脱落，全部拆下，吹出管内的全部珠光砂后再重新缠绕铜丝网，确保冷箱充气顺畅；出主换热器冷箱去氧气透平压缩机作为密封氮气的 中压氮气管腐蚀严重，予以更换，并在出冷箱法兰处增设 只不锈钢截止阀便于后续管道维修；新增进主换热器的纯化空气总管上开口 不锈钢管到粗氩塔液空调节阀 后作为液空提升气，便于以后氩系统的稳定操作和空分装置的降压节能运行；瑏瑡 因扒砂导致的精氩塔冷凝器液氮排放管从冷凝器根部断开，容器内有较多珠光砂，割开筒体用吸尘器清理内部珠光砂，因扒砂造成主冷凝蒸发器仪表管根部断开，切开主冷凝蒸发器人孔，查看其内部并未发现有珠光砂；瑏瑢 运行中被冻裂的 氩泵冷箱底板再铺设一层满焊钢板；瑏瑣 复测各塔器垂直度，其中粗氩塔超出许可范围，对其顶部 根拉杆进行调节，并对塔体上部增加焊在冷箱板槽钢框架上的不锈钢槽钢固定架予以调整；瑏瑤 充气查漏中发现出粗氩塔粗氩流量 、工艺氩流量 的法兰连接式孔板流量计有漏气，更换新垫片，采用石棉沾蜡垫片，由于工期紧不再进行裸冷，直接尽最大力量拧紧流量计孔板螺栓；瑏瑥 更换部分微漏、腐蚀严重或开关卡阻的冷箱仪表根部阀；瑏瑦 对冷箱内 根变形管道予以更换，新增管道固定支架、滑动支架共 处。系统充气查漏过程及问题处理完成冷箱内检修工作后，依次对中压系统、低压系统、增压系统充气查漏。中压系统增加的盲板分别位于液空出过冷器、液氮出过冷器、正流空气进主换热器、中压氮气出主换热器、阀后。低压系统增加的盲板在出冷箱的氧气、氮气、污氮气管道上及氩泵泵体进 出口、膨胀空气出口管。下塔充压至 时，检修人员在冷箱内用喷壶查漏，其中 氩泵进口阀后法兰漏气量较大，而此时尚未对低压系统充气，上塔压力开始上涨，于是将下塔气体泄掉，上塔压力随即消失，表明中压 低压系统有窜漏，于是下塔再次进气，听到氧主换热器（板翅式换热第 期吴波：空分装置冷箱扒砂消缺及改进器）南侧面有气流响声，发现该侧面出现了 个约 的鼓肚部位，其他主换热器并未有此种异常，判定氧主换热器发生窜漏。增加相应的铝盲板将该氧主换热器隔离出系统，重新对下塔充气，上 下塔不再窜漏。订购新氧主换热器，同时依次对增压系统、中压系统、低压系统进行气密性试验，均合格，各系统残留率 要求残留率 ；残留率（）的计算，以低压系统为例，按设计要求充气后记录压力 和温度，停止充压 后再记录压力 和温度，（）。年 月 日新氧主换热器到厂，现场单独对其进行充气查漏，确认正常。更换时，首先将主换热器冷箱顶氧气管、氮气管割下，顶板部分割开吊下，提前用倒链固定其余 台主换热器和割开氧主换热器与其他各主换热器上的连接管道，吊出原氧主换热器，新氧主换热器吊入，然后开始进行新管和割开旧管的配管施工焊接；完工后，对整个系统充气查漏，未见漏点，安排探伤单位对新焊缝全部探伤和部分旧焊缝抽检，未发现有问题；之后清理干净冷箱内槽钢上含湿量大的废珠光砂，拆除脚手架，开启空压机，冷箱内进气吹扫，同时进行珠光砂装填，在相关吹除口检测气体露点 后，于 年 月 日晚开启 台膨胀机，月 日晚开启氧气透平压缩机供气，空分装置运行正常。大修后冷箱的运行情况本次 空分装置大修，计划工期 ，因处理冷箱内顶部结冰和更换氧主换热器而延长了工期，实际停车加温、扒砂、冷箱内部检修 、装砂 ，总计 。空分装置重启后，调整 只冷箱充气阀，冷箱内上部、中部、下部压力分别为 、，测得冷箱顶部 只呼吸筒处含氧量基本为 ，符合相关要求；因回装珠光砂过程中出现有零星小雨天气和可能有部分珠光砂受潮，运行初期冷箱表面多处结霜，但随着冷箱充气干燥和空分装置的运行，结霜逐步消失，冷箱表面无异常结冰；冷箱内各仪表管均能正常使用；精氩塔底部排液吹除阀基本上没有结冰现象；氧气、氮气的产量及纯度与之前一致。大修后冷箱的运行情况表明，本次冷箱扒砂大修达到了预期效果，为空分装置的长周期、安全、稳定运行奠定了坚实的基础。冷箱运行维护注意事项空分装置冷箱安全首先要从本质安全抓起。一是把好设计、制造关，按相关标准进行设计、制造；二是抓好安装队伍质量关（资质、实力、业绩），设备支架、阀架、管架、管线对接严格按设计规范施工。冷箱作为空分装置的核心装备，一旦冷箱内管道或容器泄漏，低温液体漏入珠光砂内，或冷箱内氧含量超过 ，气体会逐渐冷凝，泄漏严重时或冷凝的低温液体过多时会导致冷箱板冻裂、砂爆事故发生、冷箱变形乃至倒塌，因此必须将冷箱的安全运行作为空分装置运行维护的首要任务，而冷箱的安全运行与如下日常运行管理密不可分：在设备启动阶段或停车加温时，尽可能使冷箱内各设备同步冷却或升温，使管道和设备自然热胀冷缩，以减小应力集中，避免因温差过大造成应力过大而损坏设备或管线；密切关注冷箱充气情况、冷箱压力、氧含量、箱体表面结霜结冰情况；系统开车、运行中和临时停车时均不能中断冷箱充气，且尽量保证气源为干燥氮气；要配备足够的在线和离线分析仪表，监控主冷凝蒸发器、下塔液空、粗氩塔液空、空压机吸入口等部位碳烃化合物的含量；确保主冷凝蒸发器全浸没操作、液氧的足量安全排放；每月定期上冷箱进行外观检查、各取样点用便携式测氧仪进行检测对比、观测顶部珠光砂下沉情况。冷箱内部发生泄漏时，一般均会在冷箱板上有所体现，低温气体泄漏量小时，观察不到明显的压力升高，短时间内也观察不到冷箱基础温度的降低，但气液泄漏区域的低温会使附近区域的冷箱面板出现“出汗”、结霜、结冰现象，据结冰程度和区域，结合实践经验，大致可以推断冷箱内部泄漏状况及结冰原因。当出现冷箱压力异常上升、氧含量上升、地基温度下降等状况时需谨慎分析研判，采取措施消除故障，必要时空分装置需及时停车进行冷箱扒砂大修。冷箱扒砂大修后，回填珠光砂时，空分装置基础面上的积水须清除干净，基础面表面保持干燥；珠光砂需保持干燥，不应混有杂物，雨雪天气不进行珠光砂装填施工；为防止整袋珠光砂掉入冷箱内而损坏冷箱内细小管道，同时为安全起中 氮 肥第 期櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋櫋殹殹殹殹其他 收稿日期 作者简介王亚龙（），男，山东菏泽人，工程师，主要从事煤制天然气装置技改研究与甲烷化生产工艺管理工作櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅。见，应在冷箱顶入口处加设粗网格或装上珠光砂倒入装置；装填珠光砂的过程中，冷箱内各容器与管道均充气保持压力在 ，并监测仪表管路和温度计电缆是否有受损；空分装置重启后的 内，经常检查珠光砂的沉降情况，并及时补装，使珠光砂在冷箱内始终处于满实状态。结束语空分装置冷箱大修费时费力，耗资较大，需制定好安全措施、检修计划。扒砂前珠光砂要加温彻底，从冷箱顶部到底部分层逐步扒砂；大修外委施工中，业主须多次进入冷箱内查看施工质量，监督检修安全，发现问题及时与施工单位协商解决，每步施工验收均要认真对待，以保证系统重启后冷箱的安全、高效运行。建议空分装置冷箱运行 后进行一次计划性扒砂检修，以利及时发现冷箱内管道或设备隐患，从而确保空分装置的安全、稳定运行。煤制天然气装置扩产改造途径探讨王亚龙（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁 ）摘要伊犁新天煤化工有限责任公司 煤制天然气装置 年投产以来整体运行稳定，年 月天然气（）产量已达设计值。基于煤制天然气装置气化、净化（低温甲醇洗）、甲烷化等系统的生产能力均有较大的提升空间，为发挥出装置的生产潜力、提高整套装置的能源转化效率，提升企业的经济效益与抗风险能力，年 月按计划实施了持续 周的高负荷（负荷）运行试验，以验证各生产系统的扩产能力。试验结果表明，煤制天然气装置具备整体扩产基础，空分装置、变换系统无需改造，但备煤系统、气化系统、煤气水分离与酚氨回收系统、变换冷却系统、净化系统、甲烷化系统、脱盐水站、污水处理装置、热电装置等需新增少量设备或进行优化改造。关键词煤制天然气装置；工艺流程；扩产改造；负荷试验；运行问题；优化改造 中图分类号 文献标志码 文章编号 （）引言伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）煤制天然气装置自 年投产以来，运行稳定，产品质量符合要求，年 月天然气（）产量已达设计值，主要排放指标达到或优于设计指标（符合国家及当地排放指标要求）。经过多年的运行，总结发现，碎煤加压气化炉出口粗煤气中甲烷含量及有效气总量较设计值均有较大幅度提高 原设计天然气产量 （标态，下同）、气化系统氧气用量 ，而实际上气化系统氧气用量 时天然气产量即可达到设计值，由此推断煤制天然气装置气化、净化（低温甲醇洗）、甲烷化等系统的生产能力均有较大的提升空间。对此，基于新天煤化煤制天然气装置高负荷（负荷）运行试验结果，研判制约系统扩产的瓶颈问题，并结合实际生产情况与理论计算提出优化改造方案。以下对有关情况作一介绍，期望可为业内提供一些参考与借鉴。煤制天然气装置工艺系统简介新天煤化煤制天然气装置分为 、两个生产系列，气化系统采用赛鼎工程有限公司开发的碎煤加压气化炉 台气化炉，分为 、第 期 年 月中氮肥