刘智灵,王建新河南省安阳钢铁公司制氧厂
摘要:详细介绍了因氮气流量计工作压力下降、指示偏低,实际氮气流量偏大而引起主塔精馏工况异常,造成粗氩塔氮塞的故障现象及防范措施。
1概述
安阳钢铁公司制氧厂现有两套m3/h制氧机和两套m3/h制氧机,其低压氧氮管网全部相互并联,若其中一套制氧机或压缩系统出现故障,产品可互送压缩。1#m3/h制氧机是由杭州制氧机厂制造的全低压常温分子筛净化、增压式透平膨胀机、加氢除氧制氩流程。于年8月一次性试车投产至今,无扒塔检修,设备运行状况良好。其间经过我们深挖潜力,精化操作,设备运行的各项指标有了很大的提高。具体参数见表1。
年11月12日至17日2#m3/h制氧机空透故障停车抢修期间,1#m3/h制氧机在24小时内出现了三次粗氩塔氮塞故障。
2故障经过
年11月12日7∶00,2#m3/h制氧机空气透平压缩机准备停车抢修,该车间1m3/h氮透和m3/h氮透改由1#m3/h制氧机和2#m3/h制氧机向其供低压氮气。上午11∶30因氧气管网压力较低,为增加氧气产量,我们将膨胀空气量由m3/h降至m3/h,同时将膨胀空气旁通污氮管道阀门V5由两圈关至全关。12∶50氩馏分含氧由92%上升至%,氧产量由mm3/h提到m3/h。14∶50氩馏分含氧量在无任何下降趋势的情况下突然开始下降,操作工马上将氧产量从m3/h降至m3/h,10分钟后氩馏分含氧量仍继续下降,同时粗氩纯度也由%Ar开始下降,操作工又将氧产量降至m3/h,15∶20氩馏分含氧量下降至85%O2后开始回升,但粗氩纯度已下降至82%Ar,造成粗氩塔氮塞。1小时后工况恢复正常,当时认为是氧气量提得过多引起的氮塞。
18∶40中班人员发现主冷液氧液位从mm下降至mm,分析认为冷量不足,将膨胀空气量由m3/h增至m3/h,19∶00氩馏分再次突然下降,因白班交班时没交代V5阀已全关,所以中班增加膨胀量后也未开V5阀,更加大了氮塞的可能性。在大幅度降低产品氧的情况下还是造成粗氩塔氮塞。随后将V5阀开两圈,将膨胀量降至m3/h,两小时后工况恢复正常。
13日夜班,随着氩馏分的含氧量的逐步上升至%,氧气产量也逐步提至m3/h左右,氩馏分含氧量也保持在%～95%,6∶20主冷液氧液位又开始有下降趋势,由mm下降至mm,操作工将膨胀量由m3/h提至m3/h,6∶50氩馏分含氧量在保持上升趋势的情况下再次突然急剧下降,操作工马上将氧气产量降至m3/h,但还是再次发生氮塞。
当时初步对三次氮塞的分析是:①氧气产量提取过大;②进上塔膨胀空气量过大。所以采用减少氧气产量和增大V5阀旁通量的方法使氩馏分含氧量保持在%以上来维持正常生产。11月17日13∶30,2#m3/h制氧机开车正常后改用自产氮气;1#m3Ph制氧机关闭送氮阀,由放空阀自调放空,随后氧产量也逐步提高,氩馏分含氧量也下降至92%左右,工况恢复正常。
3故障原因
我们结合报表及工况趋势图进行了认真的比较和分析,认为这三次氮塞与以往氮塞有所不同,一是在氩馏分含氧量较高且无任何的下降趋势的情况下发生的。二是每次氮塞均与分子筛吸附器切换无关。结合工况分析原因如下:
(1)进上塔膨胀空气量过大?根据资料介绍,进上塔膨胀空气量一般不大于15%加工空气量时上塔是能够承受的,而这次进上塔膨胀空气量为m3/h,只占加工空气量的13%,根据我们以往的操作经验认为,全关V5阀让膨胀空气全部送入上塔不该是造成这三次氩塞的主要原因。
(2)氧气产量提取过大?根据以往操作经验,在同等工况下氧产量增加后氩馏分含氧量一般会缓慢下降,即便下降至88%,再小幅降低氧产量,氩馏分含氧量就会回升。而这三次氮塞过程中的提氧幅度较以往并不大,且发现氩馏分含氧量开始下降后,氧产量却比以往多,因氩馏分含氧量下降趋势很快反而没能控制住,所以这也不该是主要原因。
(3)我们根据这三次氮塞是在向2#m3/h制氧机氮压机送低压氮后所发生的,且停止送氮后又完全恢复正常的特点,对送氮前后的氮气产量及氮气出装置压力进行了对比:送氮前氮产量FIC设定值SV=m3/h,实际PV值也一直保持在m3/h左右,氮气出装置压力PIC也基本保持在11kPa。送氮后,氮产量FIC设定值没改变,还是m3/h，而实际值却为m3/h左右,氮气出装置压力PIC降为4kPa。为什么送氮后氮产量减少,氮气出装置压力不是升高反而降低了呢?我们通过和仪控技术人员讨论分析后认为,在向2#m3/h两台氮透供氮期间,若氮透抽取量过大,会使氮气低压管网压力降低。虽然氮气流量FIC有系数补偿,当工作压力降低过多(当时低压氮气压力PIC只有4kPa),已超过其补偿范围,FIC就会出现指示偏低,实际氮气流量已远超过m3/h以上。
氮产量的偏大、出装置压力的降低使上塔顶部压力随之降低,上塔压差增大,上升气体流速增快,塔板持液量相应增大,氧提取率降低。当氮透自调节时氮气流量出现波动,或进上塔膨胀空气量波动,就会使上塔出现轻微的漏液,使氩馏分含氮量增加,造成粗氩塔氮塞。而从当时的趋势图上也可看出,先是副塔阻力由kPa逐步上升至kPa,上塔阻力由33kPa上至kPa,主冷液氧液位同时由mm下降至mm,副塔和上塔阻力开始下降后,氩馏分含氧量才急剧下降发生氮塞的。而造成氮气出装置压力降低、流量增大的原因是:氮透开始抽氮使低压氮气管网压力下降,氮气流量FIC指示m3/h,偏低于设定值m3/h,FIC就会使氮气放空阀V自动开大至全开,来增加氮气放空量,使FICPV指示值达到SV设定值。而氮气放空量的增加,使氮气出装置压力更低,实际氮气提取量更大,氮气流量指示值也更低,这就更加剧了工况的恶化,造成粗氩塔氮塞。管网氮气流量调节流程简图见图1。
4防范措施
首先是出现上述情况时尽可能地避免氮透抽取量过大问题。2#m3/h制氧机两台氮透加起来最大抽取量是m3/h,虽然1#m3/h和2#m3/h两套制氧机氮产量加起来从数值可以满足2#m3/h两台氮透需求,但因2#m3/h制氧机氮气出装置压力较低,设计值是5kPa,而1#m3/h制氧机氮气出装置压力设计值是12kPa,这样就会出现1#m3/h制氧机抽氮量增加,而2#m3/h制氧机氮气量因低压管网压力高而减少。可选择出装置压力稍高的1#m3/h制氧机与1#m3/h制氧机共同送氮以缓解这种情况的发生。其二是当出现因抽氮压力较低,氮气流量指示偏小,V氮气放空阀全开时,可手动将V阀关小,使氮气出装置压力PIC升高后再投自动控制,并将FIC设定值SV相应设低些,来避免因设定值太高、氮气放空阀开大的恶性循环现象发生。
12月初2#m3/h制氧机计划检修,在向其供氮后,再次出现氮气出装置压力和流量降低、上塔和副塔阻力升高的现象。我们采用1#m3/h和1#m3/h制氧机一起供氮,手动关闭V阀后,氮产量马上从m3/h上升到m3/h,氮气出装置压力也由4kPa上升到9kPa,工况恢复正常。
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