制氧預冷系統空氣溫度異常升高原因分析與處理

李和平，李東彬，田運輝

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司生產管理部；2.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司能源中心；3.漣鋼福利企業公司，湖南婁底 417009）

1 概述

空氣預冷系統空氣溫度是整個制氧機組運行的關鍵環節，空氣預冷系統由空冷塔、水冷塔、常溫水泵、低溫水泵和冷水機組組成，運行過程中常因空氣溫度高問題嚴重影響生產。

影響空氣預冷系統空氣溫度主要因素是低溫結垢、填料堵塞、空冷塔常溫水溫度高等。2018年5月，某鋼廠30000 m3/h制氧機組空氣預冷系統空氣溫度達到21℃以上，嚴重威脅到機組的安全運行。該公司為解決預冷空氣溫度高的問題，通過實施在線清洗措施、控制常溫水溫度、提高低溫水溫度、改進冷卻水化學品實施方案，有效改善冷卻狀態，滿足了生產的需要。

2 制氧機組（30000 m3/h）空氣預冷系統冷卻水系統概況

2.1 空氣預冷系統現狀

該機組在運行中每年出現過低溫水堵塞現象，2016年9月，該公司冷卻水化學品方案在冷卻水低溫水泵入口處采用加入部分阻垢劑方法(計量泵運行1 h+停3 h)，其他藥劑根據在線檢測自動投加到常溫水系統水池。2017年4月大修，檢查發現空冷塔冷凍水噴頭、管道內均有大量白色結晶物，大修期間對空冷塔冷凍水布水管道系統進行了化學清洗。大修后，低溫系統堵塞問題還是存在，沒有徹底解決，2018年3月低溫水流量還出現過顯著下降，閥門開度增大到50%。之后低溫水化學品方案改進，在常溫水進入水冷塔前采用加入部分阻垢劑+分散劑方法(計量泵運行30 min+停10 min)，同時常溫水冷卻系統采用加酸方案。

2018年5月，空氣預冷系統空氣溫度達到21℃以上，出空冷塔空氣溫度與低溫水溫差8℃以上，嚴重影響機組的安全運行，預冷系統各運行參數變化見圖1～4所示。

2.2 預冷系統技術條件

空氣預冷系統：常溫水32℃，420 m3/h；低溫水13 ℃，80 m3/h；

分子篩純化系統空氣溫度：≤18℃；

空冷塔內進出口壓差：＜15 kPa。

圖1 空氣預冷系統空氣溫度

圖2 空冷塔系統空氣壓差

圖3 空冷塔常溫水溫度

圖4 空冷塔低溫水溫度

冷卻水系統流程示意圖見圖5。

圖5 冷卻水系統流程示意圖

2.3 冷卻系統內2017年大修取低溫垢樣化學成分分析

1#30000制氧機低溫系統內垢樣分析結果：

3 系統分析

3.1 低溫結垢垢型分析

2017年大修對低溫系統垢樣化學成分分析表明低溫結垢為碳酸鹽水垢。

3.2 前期低溫水化學品方案阻止沉積的分散劑量不足

化學品方案整體考慮了防止高溫和低溫阻垢，常溫冷卻水整體濃縮倍數按2.5倍控制，藥劑投加中一部分阻垢劑在低溫泵處加入，其他阻垢劑、分散劑、緩蝕劑在冷卻塔下水池中加入。

水冷塔中常溫水與N2換熱，水中CO2析出，水中重碳酸鹽轉化成碳酸鹽，pH值升高，循環水更易結垢，雖然在系統中特別投加了適應pH值范圍廣、鈣容忍度高的高效阻垢劑，但隨著水溫降低，結晶物在冷卻水管路、冷水機組蒸發器及水冷塔內壁易析出，此處分散劑如劑量不足容易造成沉積。

3.3 常溫水冷卻塔風機故障影響

2018年5月中旬空氣預冷系統空氣溫度21℃以上，水冷塔低溫水16℃，冷水機組后13℃，空氣與低溫水溫差達到8℃。查空冷塔低溫水溫度與流量可看出，低溫水系統運行正常，但常溫水水溫從給水溫度曲線可看出明顯異常升高，檢查發現常溫水系統二臺冷卻塔風機的其中一臺出現故障。

3.4 空冷塔填料堵塞

該制氧機組2008年投入以來，預冷系統內填料基本沒有進行過有效的檢查，2017年4月大修，也沒有仔細檢查，大修期間，發現空冷塔冷凍水噴頭、管道內均有大量白色結晶物，可推斷空冷塔內填料內應該積存有大量結垢、沉積物。同時，從空冷塔內2018年5月份的空氣運行壓差增大分析可看出，空冷塔內填料此時可能因偶然因素部分水垢脫落位移使堵塞增加，造成塔內氣流偏流現象，空氣在常溫水冷卻段冷卻效率大大降低。空冷塔內水液位控制正常，說明布水器基本正常。

4 改進措施與效果

4.1 化學品方案改進

2018年3月化學品方案中對水冷塔改進，考慮高效分散劑是防止沉積的有效手段，在常溫水進入水冷塔前采用加入阻垢劑+分散劑方法(計量泵運行30 min+停10 min)，同時常溫水冷卻系統采用加酸方案，控制pH值8.5左右。2018年5月預冷空氣溫度異常時，空冷塔低溫水溫度控制正常，流量聯鎖閥門開度控制正常，說明此方案有效。預冷系統常溫水、低溫水水質變化見表1。

表1 常溫水、低溫水水質變化

4.2 在線清除空冷塔系統內部填料結垢、沉積產物

由于生產需求，該制氧機組必需滿負荷運行，2018年5月14～20日對空冷塔實行在線清洗，清洗過程控制腐蝕率和泡沫的產生，清洗完成后，從現場參數可看出，分子篩純化系統空氣溫度16.3℃，低溫水14.2℃，空氣與低溫水溫差2℃，同時，空冷塔空氣運行壓差降低0.3 kPa，此次在線清洗方法有效，保證了制氧機組的安全、經濟運行。現場溫度控制見圖6～7。

圖6 空氣預冷系統空氣溫度

圖7 空冷塔低溫水溫度

4.3 冷卻系統設備維護

檢修故障的一臺冷卻塔風機，系統冷卻恢復正常，常溫冷卻水溫差、常溫冷卻水給水溫度均恢復正常。

4.4 低溫水溫度控制

防止低溫水發生結晶堵塞管道、噴頭和冰機蒸發器管束，在滿足工藝要求條件下，適當提高低溫水溫度控制有助于減緩低溫結晶。分子篩純化系統空氣溫度≤17℃，控制低溫水溫度14℃左右，冰機與低溫水溫度聯鎖控制。

4.5 運行跟蹤管理

根據預冷系統運行特征，現場判斷空冷塔噴頭是否堵塞，根據低溫水流量值、閥門開度變化，判斷低溫結垢，低溫水進空冷塔前壓力變化來分析判斷空冷塔噴頭是否干凈，根據常溫水閥門開度和溫度變化，判斷常溫水系統是否異常，及時消除工藝、設備缺陷。跟蹤空冷塔內空氣進出口壓差變化，判斷填料、布水器是否堵塞。

5 結束語

在采取以上綜合措施后，迅速解決了此次制氧機分子篩純化系統空氣溫度超標問題，同時，解決了低溫水結垢問題。