氬回收系統膜壓機的安全運行

李成龍

氬回收系統膜壓機的安全運行

李成龍

（南京鋼鐵聯合有限公司制氧廠,江蘇南京210035）

為提高空分設備運行的經濟性，將KDON—20000/20000型空分設備配置的500 m3氬儲槽頂部放空的氬氣加以回收利用，詳細介紹了改造方案和運行中的問題及解決的方法。

空分設備；膜壓機；回收利用

1 概述

南京鋼鐵聯合有限公司1#兩萬制氧于2003年7月建成投產，采用的是杭氧生產的KDON—20000/20000型第六代外壓縮產品，采用分子篩吸附，增壓透平膨脹機制冷，高效規整填料上塔和全精餾無氫制氬，設計氧氣產量為20000 m3/h，氧氣純度99.6%,氮氣產量為20000 m3/h，氮氣純度（氧含量）≤5×10-6，氬氣產量為755 m3/h，氬氣純度為99.999%。

1#兩萬自建成投產后，運行至今各項指標都較正常，但是氬儲槽放散率一直較大，沒有很好解決。我公司氬槽使用的是500 m3常壓儲槽，設計壓力0.04 MPa(G)，液位上限＜7850 mm，下限>550 mm，采用珠光砂粉末絕熱，日蒸發率0.29%，在實際運行過程中，因為液體管道的復熱和液體流動的影響，蒸發率應大于實際值。原杭氧設計流程從液氬儲槽頂部接一根回氣管回到精氬塔中部，但由于回氣管管徑較細，只有40 mm，且回氣管線較長，在實際生產中，氬槽壓力為35 kPa左右，精氬塔工作壓力在25 kPa左右，約有10個kPa左右的壓差，并不足以使氬槽回氣順利返回精氬塔。氬氣在空氣中只有0.932%的體積，是花費了很大成本生產出來的，白白浪費極為可惜，如何回收成為了一個課題。

2 措施

（1）采取擴大液氬儲槽與精氬塔壓差的方法。首先提升氬儲槽壓力，但是由于充槽車時儲槽內壓力變化較大，加上防爆片質量得不到保證，易導致防爆片疲勞，經常在36 kPa左右即動作，所以氬槽壓力上升有限。其次，降低精氬塔壓力，從25 kPa左右下降至10 kPa，這將導致精氬塔精餾效果下降，氬中含氮量略有上升，從0.6×10-6上升為約1×10-6左右，但仍屬于正常工況，氬氣放空量略有下降，但放空量依然較大。

（2）考慮到回氣管路上止回閥存在阻力，影響氬氣回收，可以拆除回氣管道上的止回閥V8，但這將帶來隱患，當氬系統工況惡化時，精氬塔的壓力超過氬貯槽壓力時，氣體有可能倒回到儲槽，氬儲槽的含氧、含氮量均控制在1.5×10-6以下，極易污染。后經慎重研究決定，拆除止回閥，在生產中對該點加強管理，在工況不穩定時，關閉回氣閥V3，并列入交班內容。經過以上改進，放空量有進一步縮小趨勢，但仍有不小的量，不能從根本上解決問題。

（3）準備借鑒我公司林德一萬制氧的經驗，在儲槽頂部加一臺冷凝器，引一路液氮做冷源，將放空氣體液化，但考慮到我單位實際情況，空分保冷箱離儲槽較遠，并且由于冷量問題，平時幾乎不生產液氮，

后決定放棄這一方案。

（4）根據單位實際情況，決定上一臺膜壓機將放空氬氣打入管網。因我公司用戶對氬氣純度要求較高，需99.999%以上，而膜壓機是一種無污染的清潔機器，又考慮到進、排氣壓力差較大的實際情況，經過比較選擇了某公司的G3V-25/30型隔膜壓縮機。

膜壓機參數如下：

型號：G3V─25/30；

型式：二級，雙缸V型，水冷；

介質：氬氣；

流量：25 m3/h；

進氣壓力：常壓；

排油壓力：一級1.0~1.1 MPa(G)；二級3.5~3.6 MPa(G)；

排氣壓力：一級0.9 MPa(G)；二級3.0 MPa(G)；

電機功率：15 kW；

軸功率≤11 kW。

安裝后簡易流程見圖1。

圖1 氬回收系統流程簡圖

但是，由于考慮不細致，運行中出現了一些問題。膜壓機與首次液氬氣化泵同時運行時，發現膜壓機進口管路結霜嚴重，膜壓機運行聲音異常。檢查發現，膜壓機進口壓力達到0.2 MPa，檢查液氬儲槽回氣管路吹除閥V6，發現大量液體，立即停運膜壓機。膜壓機壓縮介質為常溫、常壓氣體。低溫、高壓氣體使膜壓機的材質與液壓潤滑油難以承受，將造成機器的損壞。從儲槽至膜壓機管路及管路上的一個1.24 m3的小緩沖罐均為碳鋼材質，溫度應嚴格控制在-20℃以上，普通碳鋼不能承受低溫，其金相組織和材料力學性能在-60℃以下即發生顯著變化，并隨著溫度進一步降低而加劇劣化。加之，1#兩萬在2003年開機時，曾發生過液空返灌空氣管道導致3 m的管道被炸壞的慘痛教訓。所以，應嚴格杜絕普通碳鋼管在過低溫度下工作的可能性。

3 整改措施

分析原因認為：液氬氣化泵為柱塞泵，在運行時，部分液氬氣化，為保證液氬泵正常工作，回氣管路必須保證一定的回氣流量，否則泵易帶氣，造成泵損壞，而設計的液氬氣化泵回氣管路與貯槽回氣管相連，膜壓機進口管路接在貯槽回氣管上，這樣就會氬泵的回氣進入膜壓機進口管路，造成壓力超高，溫度偏低，最高時在0.2 MPa且結霜嚴重。幸虧發現及時，否則，極易造成膜壓機的損壞。

經研究后決定，今后運行膜壓機時，采取如下措施：

（1）在膜壓機進口加了一個50 kPa的進口壓力高限連鎖停車點。

（2）空分運行時，關閉儲槽回氣閥V1，膜壓機繼續從儲槽抽氣，液氬氣化泵回氣自V2回精氬塔。

（3）空分停機時，關閉空分塔回氣閥V3，液氬氣化泵回氣回氬儲槽，為防止損壞膜壓機，應該停止膜壓機運行，但此種情況氬氣放空最大，應該盡量避免。

（4）考慮到利用液體貯槽自身攜帶的氣化器，將膜壓機進口管接至換熱器液體側管路上，使氣體經過換熱器換熱后，再進入膜壓機。為避免換熱器液體側管路有液體，操作中V7閥應確認關閉無泄漏，并掛警示牌避免誤操作液體直接進入膜壓機。

（5）由于V7閥處于關閉狀態，要關注氬槽壓力，避免吸負壓，必要時停止膜壓機運行，恢復貯槽自身換熱器功能。

4 結束語

經過以上改進，膜壓機運行正常，氬槽壓力控制在35 kPa左右，幾乎沒有放空。按電平均0.7元/kW·h，氬氣3元/m3，膜壓機抽氣量25 m3/h，電機功率15 kW，全年運行8000 h計算，可創造經濟效益約為(25×3－15×0.7)×8000=516000元，設備一次性投資十萬元左右，以后每年運行維護費用5000元已足夠，由此可見，經濟效益極為可觀。1#兩萬的成功經驗，已向我公司2#兩萬推廣，2#兩萬為1000 m3液氬儲槽，氣化量更大，新增兩臺同型號的膜壓機，經濟效益更大。任何一項技術改造，事先都要把工作做細，對每一個點仔細推敲，只有這樣，才能避免事故的發生，創造最大的經濟效益。

Safe Operation of Diaphragm Presser in Argon Recovery System

LI Chenglong
(Oxygen Generation Plant of Nanjing Iron&Steel United Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210035,China)

In order to improve the economy of the air separation plant,argon released from the top of the 500 m3argon storage vessel in the KDON-20000/20000 air separation plant is to be recovered.The revamping program and problems occurred in operation as well as solutions are introduced in detail.

air separation plant；diaphragm presser；recovery

TB657.7

B

1006-6764(2013)10-0032-02

2013－04－19

李成龍（1976－），男，1997年畢業于江蘇廣播電視大學，助理工程師，現從事制氧生產工作。