空分设备上下塔液悬故障分析与处理

崔付军, 禹成伟

(河南神马尼龙化工有限责任公司动力厂, 河南省平顶山市建设路东段　467013)

摘  要: 介绍KDON23500/ 3200/ 150 型空分设备精馏塔上、下塔液悬故障发生的过程和现象,分析液悬产生的原因, 阐述处理措施和效果, 总结教训并提出了防范措施。

关键词: 空分设备; 液悬; 堵塞

中图分类号: TQ116111 　　　文献标识码: B

前　言

河南神马尼龙化工有限责任公司动力厂KDON23500/ 3200/ 150 型空分设备, 曾于2003 年4 月发生过一次上塔液悬故障, 2007 年5 月, 空分设备大修后开车时又发生了一起较为罕见的上、下塔液悬故障。下面对2007 年发生液悬故障的原因和相关处理措施进行分析, 供参考。空分设备采用常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀制冷、膨胀空气进上塔流程。其工艺流程如图1 所示, 主要运行参数见表1 。

1 　液悬故障现象

2007 年1 月, 空分设备因主换热器温差过大被迫停车加温, 2007 年5 月, 因全公司计划大检修空分设备再次停车加温, 5 月13 日开始停车进行大加温, 5 月14 日停车完毕, 计划补充少量分子筛并检修空压机。根据2003 年上塔液悬故障的处理经验, 把膨胀机的检修时间安排在开车出氧后。5 月20 日空分设备开车, 冷箱导气后吹除约3小时, 开始启动膨胀机进行预冷、积液。5 月21日晚, 采用向主冷倒灌液氧的方法开车成功, 向用户提供合格氮气。

    5 月26 日, 上塔底部压力缓慢升高到01067MPa (上塔安全阀起跳压力为0107MPa) ,分析后认为是污氮气量太小所致, 随后开大污氮送出阀, 污氮气量由5600m3/ h 增大到6800m3/ h 。4小时后精馏系统参数发生变化: 空气出主换热器进下塔温度由- 16718 ℃降低到- 17115 ℃, 膨胀机增压端压力由017MPa 降低到0164MPa , 膨胀机机后压力由4611kPa 升高到5812kPa , 膨胀气量由3600m3/ h 增大到4200m3/ h , 塔内各阻力和氧、氮气产量及纯度均正常。因而认为工况虽然异常, 但问题不大, 于是除了稍关小污氮送出阀外, 未作其

他调整。

5 月27主冷液氧液位出现长时间停滞不涨现象, 氧气纯度的手动分析值由98 %突然降低到9319 % , 膨胀机增压端压力降低到016MPa , 膨胀气量反而增大到5000m3/ h 左右; 而且污氮气出过冷器温度由- 17415 ℃降低为- 18812 ℃, 污氮管排放阀处结霜, 打开后能排出大量液体; 进塔加工气量也由19000m3/ h 增大到20000m3/ h 左右。这时才意识到问题的严重性, 对比2003 年发生的上塔液悬现象, 初步认为是上塔发生了液悬故障。立即对工况进行调整: 关小上塔回流阀、提高氮气压力和氧气量。

5 月28 日, 工况仍未恢复, 决定稍关小下塔回流阀, 使进塔加工气量由19800m3/ h 降低到18000m3/ h 左右。当天1 # 膨胀机检修完毕, 为了避免工况恶化, 决定先停运2 # 膨胀机再启动1 # 膨胀机试车, 两台膨胀机切换过程耗时近2 小时。膨胀机切换后空分设备工况出现好转, 膨胀机机前压力、机后压力和空气进塔温度都恢复正常, {wy}不足之处是进塔加工气量降低到16100～16700m3/ h ,氧气产量降低到2100～2400m3/ h 。由于当时氧气需求量不大, 决定观察后再做处理。

5 月30 日, 用户用氧量增加, 决定开大下塔回流阀并调整工况, 调整后进塔加工气量在18600m3/ h 左右, 氧气产量为3000～3200m3/ h 。5月31 日18∶00 , 空分设备工况渐渐恶化, 下塔阻力开始不断降低, 进气量也开始减少, 下塔压力不断升高。下塔阻力{zd1}显示为0 , 进气量{zd1}为14700m3/ h , 然后下塔阻力升高至30kPa , 并超过了仪表量程。进塔气量不断升高, {zg}升至22800m3/ h , 同时液空和液氧液位也同步出现“不断降低、再不断升高”的情况, 下塔工况剧烈波动。操作人员调节下塔回流阀、上塔回流阀均没有效果, 被迫短时停车。

分析后确认是下塔发生了液悬故障。由于公司生产形势紧张, 6 月1 日01∶00 , 决定重新运行空分设备。开车后, 控制下塔回流阀开度, 使进塔气量保持在18300m3/ h , 氧气产量保持在2800m3/ h左右。但8 小时后精馏工况再次出现波动: 空气出主换热器进下塔温度降低, 下塔及上塔中部阻力出现波动, 上塔出来的氩馏分氧含量在54 %～99 %间波动、污氮出过冷器温度由正常的- 17413 ℃降低到- 18311 ℃, 膨胀空气进上塔温度迅速由- 17215 ℃降低到- 18817 ℃, 主冷液氧温度由正常的- 18013 ℃左右降低到- 18911 ℃, 上塔出现明显的液悬现象。

试着用调节膨胀后空气旁通量(减小进塔气量) 的方法进行处理。之后空分设备工况虽然不稳定, 但能维持生产。6 月2 日07∶00 , 上塔中部阻力发生明显变化, 逐渐由615kPa 开始升高, {zg}达到1116kPa 。继续减少膨胀后空气旁通量和膨胀气量, 上塔中部阻力逐渐降低, 随后又开始升高。14 ∶00 上塔中部阻力突然由1016kPa 下降至412kPa , 膨胀空气进上塔温度一下子由- 17712 ℃降低到- 18618 ℃, 膨胀机机后压力由4718kPa 升高到100kPa , 并超过仪表量程, 膨胀机增压端压力由0172MPa 降低到0156MPa , 污氮出过冷器温度降低到- 18315 ℃, 进塔气量增加到23000m3/ h左右。

由此判定上塔塔板上液体从膨胀空气进塔管路大量回灌到膨胀机内, 并将膨胀空气液化, 部分液体通过旁通阀进入污氮气内, 主换热器冷端过冷,进塔空气大量液化, 工况无法维持, 精馏塔系统被迫再次停车。

鉴于全公司生产刚刚投料, 为尽量避免停运空分设备进行大加温处理, 只能将精馏塔静置约3 小时后再次开车。开车后采取关小下塔回流阀控制进塔气量和降低膨胀气量的方法, 空分设备工况逐步稳定下来。

2 　液悬原因

(1) 5 月13 日空分设备停车大加温时, 由于公司循环水系统提前停运615 小时, 加温解冻时间约为1815 小时, 比正常缩短了615 小时。加温结束后冷箱内{zd1}点温度约为- 1112 ℃。当时认为1月刚刚对冷箱内设备和管道进行过加温处理, 塔内几乎没有残余的水、二氧化碳等杂质, 所以提前结束加温不会有问题。而空分设备开车时冷箱内{zd1}温度为- 2912 ℃, 吹除了约3 小时后温度{zd1}点为- 3 ℃。可见, 加温处理不彻底是造成本次液悬故障的原因之一。

(2) 检修人员反映, 5 月24 日打开1 # 膨胀机检修时发现膨胀机膨胀端蜗壳内有白色粉末状物质, 并且密封气管内有一层“白垢”状物质。该膨胀机密封气为空分系统仪表气, 可使用分子筛吸附器出口净化空气或公司空压站提供的外来仪表气。检查后发现, 分子筛吸附器出口过滤器比较洁净,分子筛粉碎的可能性不大。

操作人员反映, 在本次开车后切换仪表气源时外来仪表气阀门打不开, 使用大号“F”形扳手后才打开, 而且现在阀杆存在漏气且有白色粉末排出。于是迅速检查提供全公司仪表气的空压站, 发现仪表气干燥装置后处理过滤器滤芯封头帽大部分脱落, 而且干燥装置内Φ3～7mm 氧化铝球有很多已经粉碎, 仪表气中夹带有较多的白色氧化铝粉末。空分仪表气压力为0165MPa , 关闭外供仪表气阀时发现手轮转动十分轻松, 而且空分仪表气压力表指示为0165MPa , 没有降低(使用分子筛吸附器净化空气作为仪表气时压力约0152MPa) , 表明该阀门阀芯已经脱落。也就是说空分仪表气一直为空压站供气, 仪表气中夹带的氧化铝粉末可能沿膨胀机密封间隙进入膨胀机低压膨胀端, 又随着膨胀空气一起进入上塔, 并在开车后不断积累形成塔板局部堵塞, 特别是膨胀空气进塔段。6 月2 日液悬故障主要出现在上塔, 阻力变化部位为膨胀空气进上塔口以上和以下塔板(即上塔中部) , 也验证了氧化铝粉末局部堵塞塔板是引起液悬故障的原因之一。

(3) 在膨胀机检修时对拆开的管路没有采取任何防护措施。膨胀机管路中可能积存的珠光砂粉末、水分等物质随膨胀空气进入了上塔中部, 这是本次液悬故障程度加剧的原因之一。