制氧液氮貯存加壓汽化控制系統分析和改造

摘 要：液氮貯存加壓汽化系統，選用CP-1500000型低溫液體貯槽、CRYOSTAR液氮泵和水浴蒸發器，PLC系統選用施耐德Unity Pro系統。文章詳細介紹了液氮貯存加壓汽化系統自動控制的原理、邏輯聯鎖及存在的問題，并進行原因分析和改進，保證液氮輸送系統的安全穩定運行。

關健詞：液氮貯槽；汽化器；a控制

引言

液氮貯存加壓系統在整個空分裝置中扮演著事故備用系統和調峰作用的角色[1]，為保證低壓和中壓氮氣的連續供應和降低氮氣的放散率，建設了液氮貯槽及相應的加壓輸送系統，實現液氮貯存和汽化供氮。利用常壓貯槽中的液氮對液氮泵進行預冷，液氮泵冷透后，利用液氮泵將常壓貯槽內的液氮加壓輸送到水浴蒸發器，液氮汽化并復熱后，輸送到管網。

1 工藝流程及設備簡介

本系統設有低壓液氮泵一臺，中壓液氮泵一臺，1500m3常壓貯槽一臺。常壓貯槽的液氮通過低壓液氮泵NP1升壓至1.0MPa后送入低壓水浴蒸發器，經水浴蒸發器加熱汽化后輸送至低壓氮管網；另一路通過中壓液氮泵NP2升壓至3.0MPa后送入中壓水浴蒸發器，經水浴蒸發器加熱汽化后輸送至中壓氮氣管網。

2 液氮貯存內筒壓力控制

2.1 液氮貯槽內筒升壓控制

本貯槽設置有一個增壓器，以防貯槽對外供液或其它場合時內筒產生負壓。增壓控制閥PV1805B處于常閉狀態，當貯槽產生負壓時，閥自動打開，增壓器開始工作，保持貯槽內筒為正壓；當內筒壓力大于7kPa時，增壓控制閥PV1805B自動關閉。

2.2 液氮貯槽內筒超壓控制

貯槽內筒內貯液體因自然蒸發而使壓力不斷升高，達到設定值（11kPa）時，調節閥PV1805A開啟卸壓；當貯槽壓力達到12kPa時，呼吸閥PSV1803、PSV1804自動開啟卸壓；當意外升壓至15kPa時，爆破片爆破，以有效地保護內筒。

3 水浴蒸發器水溫控制

3.1 液氮進入水浴蒸發器內盤管，與管外的熱水進行熱交換，輸出氣體溫度保持在15℃左右。由調節閥控制進入水箱的蒸汽量來調節水溫，一般保持在60℃左右。當水溫低于30℃時就不能保證熱交換的效果，不能完全汽化液氮，必須聯鎖停液氮泵。

3.2 水浴蒸發器后溫度保護：水浴蒸發器后管道流體溫度低于0℃時，聯鎖停泵。液氮貯存汽化系統是氮氣供應的備用系統，當管網壓力低時投入運行補充管網壓力，是間隙運行。冬天氣溫較低，能達到-15℃左右，運行前水浴蒸發器后管道溫度基本與大汽溫度一致，這樣系統就不能運行，為此在調試時在計算機監控畫面上設了一個聯鎖“投入/解除”按鈕，在冬天氣溫低啟液氮泵前，將聯鎖解除，觀察送出溫度正常后再將聯鎖投入。

4 液氮泵控制

液氮泵屬于低溫液體泵，低溫液體泵操作不好很容易汽化，汽化后會在蝸殼里充滿熱氣體，冷液體進入后，冷熱兩種介質相遇，溫差過大，擊裂蝸殼，瞬間產生抱軸現象。

4.1 泵體排放控制：開泵時必須打開泵體排放，以防止泵氣化，損壞設備，泵運行正常后可關閉排放。

4.2 回流控制：低溫液體泵在正常運行時，嚴禁出口閥或回流閥突然全關，形成封閉狀態，這樣會使蝸殼里的液體很快變成氣體，造成汽化，損壞設備。

4.3 密封氣差壓聯鎖：密封氣壓力低時不允許啟液氮泵。壓差低起不到密封作用，低溫液體會大量從密封氣排氣口排出，另外，也會順著迷宮密封漏入外罩，造成密封溫度低，無法啟動。

4.4 電機軸承溫度聯鎖：電機軸承溫度高于115℃時，自動停液氮泵。

4.5 液氮泵自動啟泵功能：當自動投入時，管網壓力低于設定值時，聯鎖液氮泵啟泵。

5 自動調節保護手段不完善的地方及改進措施

5.1 汽化后管道溫度的保護值（零度）不合理，冬天氣溫低，為了滿足冬季運行的需要，采取了開泵前取消聯鎖，待溫度正常后再投入聯鎖的措施，在這段時間內沒有溫度保護，并且要是運行人員疏忽大意，忘記將聯鎖投入，一旦低溫液氮進入輸送管道（碳鋼管），就會造成管路過冷淬裂事故，危險性很大。

改造方案：根據碳鋼管的特性和本地區冬季氣溫的情況，采用兩套溫度聯鎖值，夏天環境氣溫高，聯鎖值設為零度；冬天環境氣溫低，在啟泵時將聯鎖值設為-15℃，泵啟動正常后PLC程序自動將聯鎖值改為0度。這樣即解決了冬天液氮啟動的問題，又保證了液化貯存輸送系統的安全性、穩定性。

5.2 水浴蒸發器是對液氮進行汽化的設備，它的性能直接決定了汽化效果，水溫和水位直接決定了汽化效果，水位是一個很重要參數，因此加裝了水浴蒸發器液位計，并設定水位低聯鎖保護，當水位低時不允許啟動液氮泵。

5.3 取消液氮泵電機運行返回信號作為聯鎖投入的判據：原程序，液氮泵電機運行返回信號是保護是否投入的判據，只有當電機運行信號為“1”時，所有保護才投入；若在電機運行過程中，電機運行信號丟失，液氮泵不會自停，并且有故障時也不能自動停泵，這樣將沒有保護。為了保證系統的安全穩定運行，修改程序，取消電機運行返回信號這一判斷，只要有故障信號，就發出停泵命令。

5.4 增加水泵電機運行信號聯鎖：原程序，兩臺水泵都故障時不允許啟動液氮泵，信號取自熱繼電器。熱繼電器只是電氣回路中的一個保護，電氣回路故障有多種原因，如線路、斷路器故障、接觸器故障等，熱繼電器信號不能代表水泵是否運行。增加水泵電機運行信號聯鎖，當兩臺水泵都不運行時，不允許啟動液氮泵。

6 結束語

液氮是靠水浴式汽化器汽化后送出的，任何時期，蒸汽都需要處于保安狀態，保證生產用液氮汽化所需的壓力和流量；任何時候也得保證水和儀表氣的供應，而且貯槽及水浴蒸發器應始終保持一定液位，以防異常情況發生。同時操作人員應嚴格按照規程操作，不能完全依賴安全保護裝置，應堅持點檢與巡檢，發現異常情況，及時予以處理，防患于未然。

參考文獻

[1]凝晶.低溫液體貯存加壓汽化系統流程及中壓貯槽自增壓問題探討[J].深冷技術，2004，（6）：5～7.

作者簡介：曹云祥（1976-），男（漢族），廣西全州縣人，1999年畢業于華北電力大學。工程師職稱，工程碩士，曾從事電氣、自動化及儀表系統的設計、安裝、調試及維護工作。現從事鋼廠能源系統儀表及自動化項目工程施工組織及設備維護工作。