空分塔保冷箱基础结霜现象的分析空分塔保冷箱基础结霜现象的分析(发布日期：2005-5-19) 浏览人数：247安钢制氧厂 2#14000m3/h 制氧机 2002 年度检修结束、空分系统正式开车后，发现空分塔保冷箱西侧基础有结霜现象且日渐严重。 空分塔保冷箱基础结霜现象，在制氧行业中是不多见的，在安钢制氧厂也是第一次发生，为此，我们对这一现象进行了分析、研究，并相应采取了一些相应措施。一、结霜部位结霜部位主要有两处，一为空分塔保冷箱西侧基础，宽度约为 3m，高度为 0.9m，霜层最厚可达2cm；另一为空分塔保冷箱南侧基础与氩泵保冷箱连接处，宽度约为 0.5m，高度为 0.9m（空分塔保冷箱基础高度为 0.9m）。另外，空分塔保冷箱底部的多个通风管也因为空气中的水分在其中结霜、结冰而堵塞。空分塔主保冷箱底部有 8 个通风管，主板式换热器保冷箱底部有 4 个通风管。基础结霜严重时，共有 6 个位于主保冷箱西侧的通风管有结霜现象，其中更是有位于最西侧的 3 个通风管完全被冰、霜堵死。空分系统在投运最大液体工况，即同时运转两台膨胀机，一台膨胀空气、一台膨胀中压氮气的情况下，每天只能生产 10m2 的液氩和 2025m2 的液氧；而在考核工况下，即运转一台膨胀机正常运转时，为了维持冷量平衡，不得不采取降低液氩产量的方法，更不要说生产液氧、液氮了。造成这种冷损严重的原因，固然有主板式换热器设计失误，出主板式换热器热端的氮气复热温差大的原因，但也存在有空分塔保冷箱保温效果差、保冷箱内存在轻微泄露造成冷损增大的原因，其中空分塔保冷箱基础结霜就是最明显的一个表现。二、原因分析1、排除液体管泄露对基础结霜的影响因为结霜部位是空分塔保冷箱的基础，而在空分塔保冷箱下部有多个液体排放管和吹除管（包括下塔液空、上塔液氧、粗氩塔液氩、精氩塔液氮等等），于是我们首先对这些管道是否存在泄露进行了判断。通过查看空分塔保冷箱内三个部位的基础温度的变化趋势，发现这三个基础温度在近一段时间内没有大副下降的现象，并且和去年同期的参数进行了比较，也没有大得变化，由此我们排除了各个液体管泄露的可能性。当时，空分塔保冷箱内基础温度参数见表一：表一 空分塔保冷箱基础温度参数表名称位号参数下塔底部基础温度TI18-44板式换热器底部基础温度TI19 -6.8粗氩塔底部基础温度TI703-22.9虽然排除了液体管泄露的可能性，但是通过查看塔内结构图，我们发现位于空分塔保冷箱南侧的中压液氩泵的进液管和位于空分塔保冷箱西侧的多个液体排放管在设备安装时没有设计液封。这一点必然会导致这些液体排放管的冷损增加，并最终造成整个空分设备冷损的增加。2、排除液氧吸附器对基础结霜的影响距离基础结霜最近的液体容器是液氧吸附器，那么液氧吸附器是否有泄露或者液氧吸附器在正常使用时，是否会造成基础结霜，就成了我们又一重点研究的方面。液氧吸附器的基本参数见表二：表二 液氧吸附器基本参数表液氧吸附器容 积设计压力介 质材 质0.423m30.09MPa液氧LF2-M，焊接吸附剂名称吸附剂数量液氧进、出口硅胶装、卸口48细孔硅胶共 200Kg55*2.5，低进、高出，且有液封90*4，保温材料为500*200 的矿渣棉液氧吸附器位于空分塔保冷箱内西南角的 24m 的位置，硅胶装、卸口位于空分塔保冷箱西侧 5.1m和 0.5m 的位置。液氧吸附器投用后，位于液氧吸附器底部的硅胶卸料口就发现有严重的结霜现象，但因为空分塔保冷箱内基础温度没有大副下降的趋势，因此我们也排除了液氧吸附器泄露的可能性。不过，为了进一步排除液氧吸附器在正常使用时对空分塔保冷箱基础结霜现象的影响，我们于 2003年 1 月 15 日停止使用了液氧吸附器。同时为防止液氧进、出口阀管不严，我们采取了用污氮气长期吹除的方法。但是随着液氧吸附器的停运和硅胶卸料口结霜现象的消除，空分塔保冷箱基础结霜现象并没有发生明显变化，这说明液氧吸附器不是造成空分塔保冷箱基础结霜的原因。3、确定两个液氮阀泄露是造成基础结霜的真正原因最后，我们将研究重点放在了位于距离空分塔保冷箱西侧 12.5m 处的液氮回下塔阀 V7 和液氮节流阀FCV2 上。这两个阀的具体参数见表三：表三 液氮回下塔阀和液氮节流阀参数表阀号用途口径阀门型号及名称V7液氮回下塔阀DN15032D150，PN6，低温蝶阀FCV2液氮节流阀DN100ZWBS-16KD，气开式低温薄膜调节阀2001 年 8 月 24 日，发现液氮回下塔阀 V7 从阀杆处漏液，经当时紧固填料压盖和之后在系统检修时添加填料，该阀不再漏液，但是仍然存在着结霜和漏冷气的现象。2001 年 9 月 17 日10 月 8 日，即在 2#14000m3/h 制氧机投产一个月后，因为粗氩冷凝器氩气管泄露，不得已对制氩系统进行了抢修。但是在制氩系统的再次投运后，制氩系统的多个测量管（粗氩塔阻力 PDI702 的正管，粗氩塔塔釜液氩液位 LIC701 的正、负管，循环液氩泵出口压力PI701 的取样管）堵塞，无法显示测量数据。经过分析，我们认为位于这些测量管上部的两个液氮阀轻微泄露，进而导致这些测量管中的测量介质-氩气被液氮固化，是造成其堵塞的原因。2001 年 10 月 14 日，发现液氮节流阀 FCV2 的阀杆保温桶内有液体泄露现象，经检查为固定该阀阀体的螺丝松动所致，经紧固该螺丝并堵塞阀杆保温桶与空分塔保冷箱间的缝隙后，通过阀杆保温桶向外漏液的现象得以消除。随后出现了空分塔主保冷箱外壁板西侧的两个液氮阀下面逐渐开始结霜，并最终形成了大面积的霜层的现象。通过对霜层的位置、形成的时间以及对两个液氮阀发生泄露的情况进行综合分析，我们认为位于霜层上部的两个液氮阀或阀门前后的管道存在轻微泄露现象，这些泄露的少量液氮或低温氮气逐渐下沉到空分塔主保冷箱外壁板西侧，是导致壁板结霜的可能原因。2002 年 12 月 15 日，制氧机年度检修结束、空分系统正式开车后，发现空分塔保冷箱西侧基础有结霜现象且日渐严重。在排除了就近的液体管泄露对基础结霜的影响和液氧吸附器对基础结霜的影响后，我们仍然把怀疑的重点放在了两个液氮阀上。通过这两个液氮阀多次发生泄露的经历，以及因为其泄露直接导致多个制氩系统的测量管堵塞的现象和空分塔保冷箱基础在年度检修后就立刻发生结霜的情况进行综合分析，我们认为随着年度检修时空分系统大加温，空分塔内所有容器、管道、阀门等设备的温度均随之大副变化，进而致使两个液氮阀或阀门前后的管道在保冷箱内本来较小的泄露点进一步加大，以至于泄露的少量液氮和低温氮气能够下沉到空分塔保冷箱基础上，最终导致了基础结霜现象的发生。三、应急措施安钢制氧厂 2#14000m3/h 制氧机现存三大问题：一是氩产量不达标，这一点暂时没有好的解决办法；二是氮气出主板式换热器热端的复热温差大和氮气出过冷器阻力大，这一点属于设计失误，只有通过重新核算，增加一台主板式换热器和一台过冷器或者全部更换主板式换热器和过冷器才能够解决；三是两个液氮阀或阀门前后的管道泄露，导致空分塔主保冷箱外壁板西侧大面积结霜和空分塔保冷箱西侧基础大面积结霜，这一点也只有在空分系统进行扒砂大检修时才能够彻底解决。随着国民经济的快速发展、钢铁行业的复苏以及安钢“三步走”规划的实施、新的 23500m3/h 制氧机的建设，2#14000m3/h 制氧机进行大规模改造的最佳时间应该在 2005 年以后。为此，在现有情况下我们应该而且也只能采取相应的应急措施，维持机组的正常运行。具体措施如下：1、停止使用液氧吸附器暂时停止使用液氧吸附器，并用污氮气长期吹除。同时为了确保制氧机的安全运行，需要长期投运液体工况、维持较高的液氧排放量（当然，这样操作也是为了平衡较高的冷量损失和回收、利用放空的中压氮气）；加大主冷凝蒸发器、粗氩冷凝器和两个液氧储槽的总烃含量的分析力度，维持较高的分析频率等等。2、用蒸汽吹除通风管为防止空分塔主保冷箱底部的通风管因结霜堵塞而失去其通风的作用，采用长期用蒸汽吹除被堵塞的通风管，并定期检查通风管是否畅通和基础结霜的最新情况。3、加大空分塔保冷箱的密封气量为防止泄露的少量液氮或氮气大量沉到空分塔保冷箱的基础上，导致基础温度持续下降，采取尽可能加大空分塔保冷箱的密封气量的措施，用密封气中和低温氮气；同时为了防止空分塔保冷箱顶部形成真空，外界湿空气进入保冷箱内，冻结保温材料，影响保温效果，采取定期检查空分塔保冷箱顶部密封气呼吸桶，确认有密封气持续不断排放的措施，随时掌握密封气使用情况。4、加强基础温度的监控定期查看空分塔保冷箱三个基础温度的变化趋势，随时掌握基础温度的状况，并结合基础结霜的严重程度以及空分塔保冷箱密封气的使用等相关情况，及时对两个液氮阀的泄露程度做出准确判断，确保设备的安全运行。总之，只要两个液氮阀的泄露点不解决，空分塔保冷箱基础结霜的现象就不会消除，因此也就需要我们采取相应的应急措施，同时加大监控力度，确保制氧机运行安全。