氧氮充瓶裝置技術(shù)改造與調(diào)試總結(jié)

周金城

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山243000）

氧氮充瓶裝置技術(shù)改造與調(diào)試總結(jié)

周金城

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山243000）

針對(duì)馬鋼配備氧氮充瓶裝置存在工藝流程落后、設(shè)備老化問題，通過改進(jìn)設(shè)備工藝流程的技術(shù)改造與設(shè)備調(diào)試，保證充瓶裝置安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。介紹了氧氮充瓶裝置存在問題與技術(shù)改造措施，闡述了設(shè)備調(diào)試過程操作方法、出現(xiàn)問題及處理措施、設(shè)備改造調(diào)試效果與體會(huì)。

充瓶裝置；氣瓶；壓縮機(jī)；液體泵；汽化器；閥門

1 引言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱：馬鋼）氣體銷售分公司配備1套氧氮充瓶裝置，該套充瓶裝置采用將中壓氧氮?dú)鈮嚎s充瓶流程，工藝流程安全性、經(jīng)濟(jì)性不佳，設(shè)備老化嚴(yán)重、故障率高。為此，在2013～2014年，馬鋼通過技術(shù)改造，將氧氮充瓶裝置流程改為采用從低溫液體貯槽抽取液氧液氮壓縮汽化充瓶流程，同時(shí)增設(shè)1套氬氣充瓶裝置。

2 存在問題

2.1 工藝流程落后

原配備氧氮充瓶裝置是從中壓氧氮?dú)夤芫W(wǎng)中抽取2.5 MPa氧氣、1.8 MPa氮?dú)猓?jīng)活塞式壓縮機(jī)壓縮至15 MPa充瓶流程，該流程采用壓縮機(jī)氣體壓縮升壓方式，無法有效控制氧氮?dú)獬淦繒r(shí)間，安全性低，充瓶成本高。

壓縮機(jī)出口氧氮?dú)饴饵c(diǎn)均大于－28℃，氧氮?dú)夂扛撸瑲馄拷?jīng)長(zhǎng)期反復(fù)充裝，游離水積聚氣瓶，使氣瓶逐步腐蝕，氣瓶充裝安全性降低。

氣體壓縮充瓶，氣瓶氧氣含氧量小于99.3%、氮?dú)夂啃∮?9.4%。中壓氧氮?dú)夤芫W(wǎng)氧氣含氧量不小于99.6%、氮?dú)夂趿啃∮?0×10-6，從中壓氧氮?dú)夤芫W(wǎng)抽取氧氮?dú)饨?jīng)壓縮機(jī)壓縮充瓶流程存在二次污染現(xiàn)象。同時(shí)，氧氮充瓶裝置電控與儀控系統(tǒng)未設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)功能，設(shè)備運(yùn)行安全性不佳。

2.2 設(shè)備故障率高、液體貯槽利用率低

氧氮充瓶裝置原配備4臺(tái)活塞式氧壓機(jī)、3臺(tái)活塞式氮壓機(jī)、1套低壓電控柜均已投運(yùn)超過30年，設(shè)備故障率高、老化嚴(yán)重、備件采購困難，備件多數(shù)由馬鋼專業(yè)人員自行加工制造，無法有效保證設(shè)備安全運(yùn)行。

馬鋼20000 m3/h與30000 m3/h空分設(shè)備均配備1臺(tái)貧氪氙液貯槽，因20000 m3/h與30000 m3/h貧氪氙塔未投運(yùn)，貧氪氙液貯槽未投入使用。

馬鋼35000 m3/h空分設(shè)備配備2臺(tái)法液空制造液氬貯槽、2臺(tái)國(guó)產(chǎn)液氬貯槽，液氬貯存量富余，其中B#液氬貯槽已多年未輸入液氬。液體貯槽利用率低。

3 改造措施

3.1 工藝流程改進(jìn)與單元設(shè)備增設(shè)利舊

（1）將氧氮充瓶裝置由中壓氧氮?dú)鈮嚎s充瓶流程改為從低溫液體貯槽抽取低溫液體，經(jīng)活塞式低溫液體泵壓縮，通過空溫式汽化器汽化充瓶流程。氧氣充瓶裝置改造前后工藝流程圖見圖1。

圖1 氧氣充瓶裝置改造前后工藝流程圖

（2）將20000 m3/h與30000 m3/h空分設(shè)備真空絕熱式貧氪氙液貯槽拆卸，作為氧氬充瓶裝置液體貯槽。將35000 m3/h空分設(shè)備B#真空絕熱式液氬貯槽拆卸，作為氮?dú)獬淦垦b置液氮貯槽。

為氧氣充瓶裝置配備2臺(tái)單缸活塞式液氧泵、1只阻尼器、1臺(tái)空溫式汽化器，2臺(tái)液氧泵一用一備。為氮?dú)宄淦垦b置各配備1臺(tái)單缸活塞式液體泵、1只阻尼器、1臺(tái)空溫式汽化器。

氧氮充瓶裝置均利用原配備充裝匯流排，為氬氣充瓶裝置配備1組充裝匯流排。為保證氧氣氣瓶充裝安全與提高氣瓶氧氣純度，為氧氣充瓶裝置配備1套氣瓶抽真空裝置，氣瓶抽真空裝置由1臺(tái)真空泵與1組匯流排組成。改造后氧氮?dú)宄淦垦b置工藝參數(shù)見表1。

表1 改造后氧氮?dú)宄淦垦b置工藝參數(shù)

3.2 電控與儀空系統(tǒng)改造

將原配備低壓電控柜與動(dòng)力電纜全部拆卸，更換1臺(tái)低壓抽出式開關(guān)柜，重新鋪設(shè)動(dòng)力電纜與儀表電纜。設(shè)置電控保護(hù)聯(lián)鎖，在低溫液體泵電流過大、電壓欠壓時(shí)，低溫液體泵拖動(dòng)電機(jī)自動(dòng)停機(jī)。增設(shè)1臺(tái)無紙記錄儀，自動(dòng)記錄充瓶裝置運(yùn)行狀況。在無紙記錄儀中設(shè)置汽化器出口氧氮?dú)鍤獾蜏囟取⒏邏毫β?lián)鎖值。保護(hù)充瓶安全。

4 調(diào)試總結(jié)

4.1 氧氣充瓶裝置

4.1.1 調(diào)試操作

將中壓氮?dú)鉁p壓至0.5 MPa，對(duì)液氧貯槽、液氧泵、汽化器吹除加溫，清除雜質(zhì)與空氣，使液氧貯槽、液氧泵、充裝匯流排露點(diǎn)均小于-65℃。同時(shí)，將液氧泵進(jìn)口管道中設(shè)置過濾器拆卸，確認(rèn)過濾器干燥、潔凈，結(jié)束吹除加溫。

將10 m3液氮充入液氧貯槽，對(duì)液氧貯槽蒸發(fā)率計(jì)算、液氧泵調(diào)試、汽化器液體汽化量驗(yàn)證、管道連接法蘭與焊縫試壓查漏、電控與儀控系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)功能測(cè)試。

上述調(diào)試操作結(jié)束，將液氧貯槽殘余液氮全部排盡，對(duì)液氧貯槽充入8 m3液氧，啟動(dòng)液氧泵，對(duì)液氧貯槽、液氧泵、汽化器、充裝匯流排及連接管道進(jìn)行置換，直至充裝匯流排氧氣純度化驗(yàn)至99.6%，結(jié)束氧氣充瓶裝置調(diào)試。再次向液氧貯槽充入15 m3液氧，使氧氣充瓶裝置投運(yùn)。

4.1.2 出現(xiàn)問題及處理措施

（1）液氧泵泵體與進(jìn)出口管道振動(dòng)大

在氧氣充瓶裝置使用液氮介質(zhì)調(diào)試中，因活塞式液氧泵液體流量輸出為脈沖式，對(duì)液氧泵泵體與進(jìn)出口管道產(chǎn)生脈沖式?jīng)_擊，造成液氧泵啟動(dòng)升壓至2.5 MPa時(shí)，液氧泵泵體、進(jìn)出口管道均出現(xiàn)大幅度振動(dòng)。充瓶裝置調(diào)試停止，對(duì)設(shè)備整改，消除泵體與管道振動(dòng)。

對(duì)2臺(tái)液氧泵出口管道增設(shè)3座門型框架支撐，專門訂購一種耐低溫、高減振管卡，此管卡金屬底座與門型框架支撐面采用焊接方式連接，有效將出口管道固定，降低出口管道振動(dòng)。對(duì)液氧泵進(jìn)口管道增設(shè)4座門型框架支撐，將管道上U型管卡全部更換為專用減振管卡。同時(shí)，調(diào)整液氧泵與阻尼器之間有效距離，充分發(fā)揮阻尼器減振作用。

在液氧泵運(yùn)行時(shí)，將液氧泵液力端回氣閥全開，降低液力端液體汽化對(duì)泵體沖擊，降低泵體振動(dòng)。通過液氧泵轉(zhuǎn)速多次調(diào)試，使其工作在700～750 r/min，既滿足氧氣充瓶要求，又減小泵體振動(dòng)。

以上降低振動(dòng)措施實(shí)施后，液氧泵在泵體與進(jìn)出口管道處于低振動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。

（2）氧氣管道連接法蘭泄漏嚴(yán)重

氧氣充瓶裝置汽化器出口高壓氧氣管道有2處使用法蘭連接。在液氧泵出口壓力升至4 MPa時(shí)，2處連接法蘭均泄漏嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)伴有氣流尖嘯聲。

經(jīng)對(duì)2只泄漏的法蘭檢查發(fā)現(xiàn)，2只法蘭類型僅適用于中壓等級(jí)，不適用高壓氧氣。通過查閱設(shè)計(jì)資料得知，汽化器出口高壓氧氣管道不采用法蘭連接方式，氧氣管道連接方法不正確。

將2只法蘭拆卸，使用2段耐高壓、適用于氧氣介質(zhì)不銹鋼短管代替，將2段不銹鋼短管采用焊接方式與氧氣管道連接。對(duì)增設(shè)2段不銹鋼短管及焊縫使用X光機(jī)拍片檢查，啟動(dòng)液氧泵利用液氮介質(zhì)對(duì)管道吹除，將壓力升至15 MPa試壓查漏，確認(rèn)增設(shè)2段不銹鋼短管及焊縫無泄漏、無變形。

（3）氧氣溫度聯(lián)鎖值設(shè)置不佳

氧氣充瓶裝置在汽化器出口常溫氧氣管道上設(shè)置1只溫度測(cè)量點(diǎn)，該溫度測(cè)量點(diǎn)聯(lián)鎖值為5℃，在溫度小于5℃時(shí)，液氧泵聯(lián)鎖自動(dòng)停機(jī)，保護(hù)設(shè)備安全。

2014年11月27日，環(huán)境溫度小于5℃，液氧泵正常啟動(dòng)后，因空溫式汽化器出口氧氣溫度降至3.7℃，造成液氧泵聯(lián)鎖停機(jī)，充瓶裝置停運(yùn)。

為使氧氣充瓶裝置在冬季低溫穩(wěn)定運(yùn)行，適當(dāng)降低氧氣溫度低聯(lián)鎖值，不使空溫式汽化器出口氧氣溫度小于0℃即可。

4.2 氮?dú)獬淦垦b置

4.2.1 調(diào)試操作

使用氮?dú)鈱?duì)液氮貯槽、液氮泵、汽化器吹除加溫，在充裝匯流排處進(jìn)行露點(diǎn)、純度化驗(yàn)分析，露點(diǎn)小于-65℃、氮?dú)夂趿啃∮?0×10-6，結(jié)束吹除加溫。向液氮貯槽充入15 m3液氮，對(duì)液氮貯槽化驗(yàn)，在貯槽液氮含氧量小于5×10-6時(shí)，啟動(dòng)液氮泵充瓶。對(duì)充裝完畢氮?dú)馄咳炕?yàn)，在氣瓶氮?dú)夂趿烤∮?×10-6時(shí)，對(duì)充瓶裝置進(jìn)行低溫度、高壓力聯(lián)鎖功能測(cè)試。上述調(diào)試操作完成后，使氮?dú)獬淦垦b置投運(yùn)。

4.2.2 出現(xiàn)問題與處理措施

（1）液氮泵拖動(dòng)電機(jī)更換

2014年6月19日，液氮泵初次啟動(dòng)未能成功，經(jīng)對(duì)低壓抽出式開關(guān)柜、無紙記錄儀、液氮泵泵體與拖動(dòng)電機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，液氮泵拖動(dòng)電機(jī)絕緣接地，無法運(yùn)行。

因液氮泵為新訂購，制造廠為液氮泵更換1臺(tái)同型號(hào)拖動(dòng)電機(jī)。在拖動(dòng)電機(jī)安裝完畢與液氮泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)脫開空載測(cè)試合格后，啟動(dòng)液氮泵升壓，對(duì)氮?dú)獬淦垦b置進(jìn)行調(diào)試，拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行正常。

（2）液氮泵汽蝕消除

在液氮泵正常啟動(dòng)，出口壓力未升至2 MPa，開啟充裝匯流排輸送閥時(shí)，液氮泵突然汽蝕。開啟液氮泵出口管道排液閥，排液閥出口均為帶壓氣體。開啟液氮泵進(jìn)液端管道排氣閥時(shí)，排氣閥出口均為液體。

經(jīng)對(duì)氮?dú)廨斔凸艿罊z查得知，液氮泵與汽化器至充裝匯流排處管道均未設(shè)置單向閥。為防止外界氣體進(jìn)入氮?dú)馄浚獨(dú)饧兌冉档停溲b氮?dú)馄烤? MPa氮?dú)鈿埓妗Ｔ陂_啟充裝匯流排輸送閥門時(shí)，氮?dú)馄績(jī)?nèi)2 MPa殘存氮?dú)獾沽魅胍旱靡毫Χ伺c出口管道，使液氮泵汽蝕。

優(yōu)化設(shè)備操作方法，消除液氮泵汽蝕。在液氮泵啟動(dòng)后，出口壓力升至3.5 MPa時(shí)，開啟充裝匯流排輸送閥，不使氣瓶?jī)?nèi)殘存氮?dú)獾沽魅胍旱茫挂旱眠\(yùn)行正常。

（3）壓力聯(lián)鎖值修改與增設(shè)安全閥

氮?dú)獬淦垦b置汽化器出口壓力計(jì)聯(lián)鎖值設(shè)為16.5 MPa，在壓力升至16.5 MPa時(shí)，液氮泵聯(lián)鎖自動(dòng)停機(jī)。

對(duì)氮?dú)獬淦垦b置測(cè)試壓力聯(lián)鎖功能，在汽化器出口壓力升至16.5 MPa，液氮泵聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)，液氮泵出口阻尼器頂部壓力表壓力升至20 MPa，壓力高，不能有效保護(hù)設(shè)備安全，壓力聯(lián)鎖值設(shè)定不佳。

因馬鋼氮?dú)獬淦繉?shí)際壓力值小于14 MPa，經(jīng)多次調(diào)試，將該壓力聯(lián)鎖值設(shè)為15 MPa，既保證設(shè)備安全，又滿足氮?dú)獬淦恳蟆?/p>

查閱設(shè)計(jì)資料發(fā)現(xiàn)，液氮泵與汽化器之間管道未設(shè)置安全閥，設(shè)計(jì)不完善，氮?dú)獬淦垦b置安全性不佳。為此，在液氮泵阻尼器至汽化器之間管道上增設(shè)1只高壓低溫安全閥，提高設(shè)備運(yùn)行安全性。

同時(shí)，對(duì)氧氬充瓶裝置液體泵阻尼器至汽化器之間管道上各增設(shè)1只同型號(hào)高壓低溫安全閥，氧氣充瓶裝置選用適用于氧氣介質(zhì)材料的安全閥，保證設(shè)備安全。

4.3 氬氣充瓶裝置

4.3.1 調(diào)試操作

利用氮?dú)鈱?duì)液氬貯槽、液氬泵、汽化器、充裝匯流排吹除加溫，在露點(diǎn)均達(dá)到-65℃后，向液氬貯槽充入10 m3液氮，利用液氮介質(zhì)對(duì)氬氣充瓶裝置進(jìn)行升壓調(diào)試、氮?dú)馄砍溲b、高壓力與低溫度聯(lián)鎖試驗(yàn)。上述調(diào)試操作結(jié)束，在氬氣充瓶裝置投運(yùn)恢復(fù)后，將液氬貯槽殘余液氮排盡，向液氬貯槽充入液氬置換，直至液氬貯槽內(nèi)液氬純度合格，使氬氣充瓶裝置投運(yùn)。

4.3.2 出現(xiàn)問題及處理措施

（1）液氬泵液力端凍結(jié)處理

在使用液氮介質(zhì)調(diào)試氬氣充瓶裝置時(shí)，液氬泵初次啟動(dòng)因拖動(dòng)電機(jī)電流過流聯(lián)鎖停機(jī)。通過檢查液氬泵泵體與拖動(dòng)電機(jī)發(fā)現(xiàn)，活塞式液氬泵液力端在預(yù)冷狀態(tài)無法運(yùn)動(dòng)、在常溫狀態(tài)運(yùn)動(dòng)正常，液氬泵傳動(dòng)端與液力端連接推桿在緊鄰液力端側(cè)有水漬。

因液氬泵液力端有水份存在，使液力端凍結(jié)，液氬泵啟動(dòng)時(shí)因負(fù)載大造成拖動(dòng)電機(jī)電流過流聯(lián)鎖停機(jī)。因液氬泵進(jìn)出口管道均進(jìn)行過水壓試驗(yàn)，20 MPa試壓水滲入液氬泵液力端無法有效排放。對(duì)液氬泵加溫吹除時(shí)，液力端無法進(jìn)行露點(diǎn)分析，導(dǎo)致液力端有水份殘留。

再次使用氮?dú)鈱?duì)液氬泵吹除加溫，在液氬泵加溫吹除期間，手動(dòng)對(duì)液氬泵盤車，使液氬泵液力端運(yùn)動(dòng)，將液力端殘留水份吹除干凈。

（2）液氬泵出口管道增設(shè)排放閥

氬氣充瓶裝置液氬泵至汽化器之間未設(shè)置排放閥，僅在汽化器出口緊鄰氬氣充裝匯流排處管道上設(shè)置1只氣體放空閥。在液氬泵預(yù)冷或汽蝕時(shí)，僅能通過開啟氣體放空閥，將液氬泵液力端與出口管道中氣體排放，實(shí)際效果不佳，設(shè)計(jì)不完善。

為此，在液氬泵阻尼器與汽化器之間管道上增設(shè)1只液體排放閥，同時(shí)為氧氮充瓶裝置各增設(shè)1只同型號(hào)液體排放閥，氧氣充瓶裝置選用適合氧氣介質(zhì)排放閥，縮短預(yù)冷時(shí)間，有效消除液體泵氣蝕現(xiàn)象。

（3）增設(shè)1組氬氣充裝匯流排

氬氣充瓶裝置僅設(shè)置1組氬氣充裝匯流排，氧氮充瓶裝置均設(shè)置2組充裝匯流排，在1組氣瓶充裝完畢，對(duì)氣瓶進(jìn)行裝卸時(shí)，可以手動(dòng)切換至未充瓶匯流排進(jìn)行充裝，避免氣體充裝期間放空，降低充瓶成本。

為減少氬氣充瓶裝置投運(yùn)后氬氣放散率，現(xiàn)已增購1組氬氣充裝匯流排，使氬氣充瓶裝置配備2組充裝匯流排，便于氬氣充瓶時(shí)切換。

5 設(shè)備改造調(diào)試效果與體會(huì)

氮?dú)獬淦垦b置2014年6月28日投運(yùn)、氧氣充瓶裝置2014年10月4日投運(yùn)、氬氣充瓶裝置2014年12月4日調(diào)試結(jié)束。液體貯槽、液體泵、汽化器、充裝匯流排均安全穩(wěn)定運(yùn)行。氣瓶?jī)?nèi)氧氣純度升至99.6%、氮?dú)夂趿拷抵敛淮笥?×10-6、氧氮露點(diǎn)小于－87℃。設(shè)備改造與調(diào)試效果顯著。

針對(duì)原配備氧氮充瓶裝置工藝流程落后、設(shè)備老舊故障率高，通過技術(shù)改造方法，利用閑置設(shè)備、增設(shè)部分新設(shè)備，改進(jìn)設(shè)備工藝流程，使充瓶裝置安全經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

在充瓶裝置調(diào)試期間，通過嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致設(shè)備調(diào)試，針對(duì)設(shè)備技術(shù)改造設(shè)計(jì)不完善，修改管道配管方式、增設(shè)必要閥門、改進(jìn)儀控系統(tǒng)聯(lián)鎖值、更換故障設(shè)備、優(yōu)化操作方法，杜絕設(shè)備隱患存在。

Technical Transformation of Oxygen and Nitrogen Cylinder Filling Device and Commissioning Summary

ZHOU Jincheng
(The Gases Sale Company of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

As the oxygen and nitrogen cylinder filling devices of MaSteel had the problem of obsolete process flow and aging equipment,the equipment and process flow were technically transformed and commissioned to ensure the safe and economical operation of the filling devices.Problems of the oxygen and nitrogen cylinder filling devices and technical transformation measures are introduced,equipment commissioning process and operation methods, occurring problems and treatment measures,effect of the transformation and gained experiences are presented.

cylinder filling device;gas cylinder;compressor;liquid pump;vaporizer

TQ116

B

1006-6764(2015)03-0022-04

2014－12－30

周金城（1971－），男，1994年畢業(yè)于馬鋼職工大學(xué)制氧專業(yè)，制氧高級(jí)技師，現(xiàn)從事制氧生產(chǎn)技術(shù)工作。