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    點擊 681回答 0 2010-03-16 10:14

    18000m3/h空分設備塔內泄漏故障分析及處理

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     論文關鍵詞:大型空分設備  泄漏  原因分析  處理
      論文摘要:介紹了18000m3/h空分塔冷箱內泄漏的故障經過,分析了冷箱內泄漏和氬系統堵塞的原因,簡述了處理措施,最后對空分安裝、設計提出了建議。 
      新鋼18000m3/h空分是由杭氧提供的空分本體設備,浙江開元安裝分司安裝,于2003年4月投產,該空分設備采用常溫分子篩吸附、增壓透平膨脹機、規整填料上塔和全精餾無氫制氬技術、氧氮產品外壓縮的流程。兩年運行過程中,相繼出現冷箱跑冷嚴重,冷箱壁多處結霜結冰甚至裂縫,基礎溫度下降,冷箱壓力上升。夏季不得不運行兩臺膨脹機才能??辗诌\行的冷量,造成液體量低,產品能耗高等問題,為此2005年7月2日至26日,我公司利用25000m3/h空分投產的機會對18000m3/h空分進行了扒砂檢修。
      1 故障現象
      2004年3月出現上塔阻力達滿量程,對差壓變送器校驗為正常,判斷阻力計的負管應已斷裂。在2004年10月后,相繼出現V 757管路堵塞,V31,V32閥皮套跑冷嚴重。2005年1月因空分主板式換熱器出現嚴重偏流利用煉鋼檢修機會,對空分進行加溫解凍。重新開機進入積液的過程中出現冷箱壓力逐漸升高,(冷箱下部壓力升到1.8KPa),主換熱器冷箱頂部安全閥被沖開,其內部的不銹鋼網破裂,大量的珠光砂向外噴出。下部冷箱壁上閥門的皮套、人孔密封處開始泄漏冷氣,冷箱基礎北面外緣結冰。
      由于基礎溫度下降及冷箱內壓力偏高,只有把主塔其他安全閥撬開泄壓,隨著運行時間的延長,基礎溫度不斷降低,其中最低是粗氬Ⅱ底部溫度達-70℃(正常時為-12℃)。主換熱器冷箱及主塔冷箱頂部結滿冰,厚度在50mm到80mm之間,2005年1月底主冷箱頂部西面裂開一條長約150mm的裂縫,四樓的液面計電加熱器電源箱泄漏出大量的冷氣,沿邊有一條約600mm的裂縫。按當時事態發展,冷箱有可能出現大面積開裂。只有增加冷箱密封氣壓力表,監控冷箱內壓力,同時根據冷箱不同部位的基礎溫度和冷箱壓力,調整冷箱各處安全閥的開度,控制冷量在冷箱的分布,保證冷氣走最長的距離出冷箱,盡量提高冷氣出冷箱溫度。
      精氬塔底部液氬返回粗氬Ⅱ底部的管路,每當空分停車后再啟動,開啟該管路不久后就發生堵塞,2005年3月精氬塔系統管路相繼出現堵塞(主要有貯槽余氣回精氬塔管、精氬液面計正管,液氬進液氬泵管等),對精氬餾塔單體加溫后,再啟動不久仍出現以上現象。
      進入5月份隨環境溫度上升,基礎溫度有所回升,冷箱周圍的結冰有些減少,但空分裝置的冷量明顯不足,不得不靠運行兩臺膨脹機來保證空分正常運行的冷量,空分產量下降,能耗增加。
      2原因分析
      18000m3/h空分2005年6月停機后,從25000m3/h空分分子篩后引一股干燥的空氣對其容器管道進行加溫(估計氣量為500m3/h),經過一個月的加溫,于7月2日開始扒砂檢修。在扒砂過程發現珠光砂中有部分比較潮濕,冷箱頂部珠光砂還有結冰現象??辗炙裙艿狼闆r不理想,有四處Φ18管斷裂,多處管道變形厲害,多處支架變形或根部脫焊,尤其是單臂托架和固定支架變形嚴重,粗氬Ⅱ塔(東面)、上塔(南面)拉桿根部脫焊。根據檢修前空分運行狀況及扒砂后冷箱內情況分析,冷箱內泄漏主要原因有:
      3.1珠光砂結冰
     ?。?)塔內儀表電加熱器電源箱鑲在冷箱壁上,而下部有許多Φ8左右孔,箱內底部經常積水,水從孔中流入冷箱中;
     ?。?)部分閥門安裝時,閥桿與冷箱閥門孔不對中,許多皮套不能很好密封,水從閥門閥桿中滲入;
     ?。?)冷箱上人孔蓋密封不夠,水滲入冷箱中;
     ?。?)當空分停機后冷箱內無密封氣,外界濕空氣中水份,除從冷箱上述部位,進入冷箱中,還可能從呼吸筒中吸入冷箱。
      3.2 小于Φ18管道根部焊縫斷裂及部分大管變形
     ?。?)儀表導壓管的保護架全部使用∠25的角鐵,扒砂發現,超過2m的儀表導壓管保護架變形非常嚴重,其中上塔阻力負管和AE22分析管的斷裂是因儀表支架變形后壓迫致斷裂的;
     ?。?)PV701和PV702兩個液氬(氮)平衡器不凝氣排放管的根部斷裂,主要因管道走向和支架設置存在問題,PV701不凝氣排放管有3m而無固定支架或保護架,PV702頂部不凝氣排放管支架與根部有5m多無固定支架或保護架,上述兩管均在冷箱的中部穿過,不能承受珠光砂的靜重而壓彎斷裂;
     ?。?)管道變形。管道變形基本分布在冷箱頂部層,其中有產品液氮排放管,粗氬液化器氮氣進污氮管,液空平衡器液空進上塔管,粗氬液化器氮側安全閥導壓管變形移位約200~300mm。主要原因(?。?005年元月加溫時,整個塔體由冷狀態位置上升到常溫位置(鋁的膨脹系數為0.016mm/m.K),頂部管隨塔向上移,可是珠光砂仍處于0℃以下而且結冰,而這些管線不能克服冰層壓力,導致管道變形;(ⅱ)由于支架設置不正確所致,托架離管道距離過大,垂直管支架抱箍過緊,托架的強度不夠,支架焊接強度不足。
     3.3精氬系統部分管道被堵
      發生堵塞的管線均與精氬塔相接,并且都位于精氬蒸發器液氮平衡器PV702的下方,管線內的工作壓力為0.05MPa,溫度為-180.75℃,液氬的凝固點約為-189.15℃。精氬蒸發器液氮平衡器PV702內壓力為0.5MPa,溫度為-177℃,其不凝氣排放管的根部斷裂,液氮從斷裂口向下流,液氮壓力迅速下降(從0.5MPa降為冷箱內壓力),致使液氮溫度由-177℃降到-193℃以下,這一溫度低于液氬的凝固點,使精氬塔底部液進粗氬Ⅱ底部的管路、貯槽回精氬塔管、精氬液面計正管等管線內液氬凝固,堵塞管線。
      4檢修及處理
      此次檢修進行了系統安排,對塔內可能存在的隱患逐一排查和整改。
      1、增加基礎加溫管,珠光砂加入冷箱后進行基礎加溫干燥。冷箱密封氣管與純氮總管相連,當空分臨時停車時可切換到純氮總管供密封氣。
      2、對經冷箱中間變形管改變走向,盡量沿冷箱壁走,便于設置支架、托架,難于設置支架的使用Φ6銅管(退火)設置吊架,此次檢修使用近500m銅管,儀表測量管保護架采用∠45角鐵,并用2.5mm2銅線把測量管固定在保護架內,對于較長的保護架而無法固定的兩邊拉Φ6銅管,以防承受珠光砂載荷時彎曲或移動。
      3、塔內儀表電纜線經引線孔從中引出并密封好,液面計正管加熱器配電箱由原來襄嵌在冷箱內改安裝在冷箱外壁,襄嵌孔用鋼板滿焊,所有冷箱壁裂縫全部滿焊。
      4、冷箱人孔、管道進出冷箱結合部橡皮墊的兩面采用玻璃膠密封。冷箱壁上閥門密封皮套采用雙層,新的在內,舊的在外。
      5、冷箱內支架全部逐一檢查,對支架與冷箱焊接處未滿焊全部整改,管道與托架距離不足重新設置,壓彎的托架增設斜撐,斜撐設置點與冷箱垂直距離大于水平肩的長的三分之二,大于DN80管道采用雙肩支架。
      6、冷箱內珠光砂結冰是這次泄漏的主要原因之一,珠光砂的干燥與否也是空分冷箱長期安全運行的關鍵。檢修后,新鋼公司氣體廠利用公司6#高爐改造期間,繼續利用25000m3/h空分分子篩后空氣對冷箱內珠光砂進行干燥。
      5 經驗與體會
      大型空分設備冷箱塔比較高,管系比較復雜,要保證長期安全穩定運行,必須從設計、安裝到日常維護做到科學性和系統性的統一。
      1、設計時冷箱中在上、中、下考慮基礎加溫管,以便日常運行中充壓均勻及扒砂檢修時能把塔內珠光砂加溫透,避免較低溫的珠光砂出冷箱后吸潮和珠光砂冰塊掉下砸壞設備。冷箱內管道、容器不僅要充分考慮熱膨脹冷縮及自補償,而且要考慮便于管架、閥架的安裝,從分離塔體上進出的液體管或比較小的氣體管,塔體應考慮有設置支架的地方,以便管道可以和塔體自由收縮。工藝管道盡量采用大于Φ25管道,小于Φ25時應考慮設置保護架。冷箱密封氣管不應從冷箱中央穿過,應沿冷箱壁鋪設。
      2、空分設備冷箱內安裝工程質量是確保冷箱長期運行的重要措施之一,而閥門、容器、管道的安裝質量又是整個冷箱設備安裝最關鍵的部分。閥架、管架與冷箱壁焊接處必須滿焊。容器的拉架在空分塔整體冷調試前應處于自由狀態,避免在低溫下因容器收縮造成損壞或影響垂直度。管架的設置應保持被設管架的管道有足夠的穩定性,不能隨便晃動,并且要考慮到管道的熱膨脹收縮及自補償;垂直走向管道應設置必要的固定支架,大于DN80管道采用雙肩支架,卡箍與管道之間不能過緊也不能過松。測量管路與測量儀表相連時,管路應向上鋪設,且應安裝在托架內,測量管從根部到冷箱壁之間的上部必須設保護架,保護架應采用∠45角鐵,材質最好使用不銹鋼,對于固定點在上部的容器或管道上的測量管,保護架與測量管有一定的距離,距離必須大于容器或管道上移長度(比如精氬塔下部測量管與保護架的距離應大于18mm以上)。小于Φ90管道盡量沿冷箱壁走,便于設置支架。安裝過程中注意冷箱的防水、防潮。安裝過程中支架抱箍上的四氟墊,防止焊接過程中燒壞,不能有焊瘤直接與管道接觸,避免管道伸縮移動磨破管道。
      3、雖然有科學合理的設計和高質量的安裝,正常的維護是必不可少的??辗滞懂a后一個月左右,應打開頂部人孔,檢查珠光砂充滿情況,若缺少應及時補充。為了防止外界空氣中的水分進入冷箱內,空分塔內處于低溫時應充入惰性氣體,保持冷箱內壓力約為200~300Pa,特別在空分臨時停車時也不應忽視。冷箱壁上閥門密封皮套因露天日曬雨淋,常常一年左右開始老化破損,老化破損皮套必須進行更換,最好采用雙層或外面增加保護層。
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