空分裝置水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象及其處理措施

梁 棟

(陽煤集團壽陽化工有限責任公司，山西 壽陽 045400)

1 空分裝置水冷塔作用

空分裝置水冷塔是一種混合式換熱器，它可以將從冷箱內出來的干燥的N2和循環(huán)水進行換熱，從而使得循環(huán)水溫度進一步降低形成冷凍水。通過冷凍水泵將冷凍水從水冷塔抽出打入空冷塔上部，與空氣進行進一步換熱，使空氣溫度進一步降低，從而減小純化系統(tǒng)的負荷，保證空分運行的穩(wěn)定。

2 水冷塔溢流管布置及其作用

1) 水冷塔溢流管的位置。水冷塔換熱介質水從上而下，污氮氣從下往上，二者在填料中充分接觸換熱。水冷塔的填料下端有污氮氣管道和溢流管，其中溢流管在污氮氣管道下方，如圖1所示。

2) 水冷塔溢流管的作用。從冷箱內出來的污氮氣(氮氣)壓力低于循環(huán)水壓力，水冷塔溢流管就是為了防止水冷塔液位過高導致循環(huán)水進入冷箱換熱器內，從而使換熱器通道發(fā)生凍堵，影響空分正常安全運行。

3 水冷塔液位的重要性和調節(jié)方式

1) 水冷塔液位的重要性。水冷塔是空分預冷系統(tǒng)的重要組成部分，它的液位正常是冷凍水充足的保證。維持水冷塔液位的正常，間接的保證了空冷塔出口溫度的穩(wěn)定，從而對后續(xù)系統(tǒng)的負荷、穩(wěn)定以及使用壽命起到了積極的作用。

2) 水冷塔的液位調節(jié)。水冷塔進水從循環(huán)水總管通過閥門直接進入水冷塔，水冷塔出口與泵連接，通過泵進入空冷塔上部。正常運行中，液位與進口閥門聯(lián)鎖實現(xiàn)自調節(jié)，保證液位的穩(wěn)定。停車需要排液的情況下，水冷塔的液位可通過塔底的手動排液閥直接排入地溝。正常運行中，水冷塔液位低會觸發(fā)聯(lián)鎖停泵信號，導致冷凍水泵停止運行。

圖1 水冷塔管道布置簡圖

4 水冷塔虹吸現(xiàn)象及其產生的原因

虹吸(syphonage)是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象，將液體充滿一根倒U形的管狀結構內后，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，容器內的液體會持續(xù)通過虹吸管向更低的位置流出。原理如圖2所示。

圖2 虹吸原理簡圖

虹吸的實質是因為液體壓強和大氣壓強而產生。因為h1p2-ρgh2，那么在A左端的壓強就大于A右端的的壓強，在大氣壓和液體壓強的共同作用下，水朝一個方向移動。

水冷塔液位虹吸產生的原因。正常運行中，閥門隨著液位的高低自動調節(jié)，幅度較小，不容易產生虹吸現(xiàn)象。在水冷塔排液的檢修作業(yè)后，水冷塔補液的時候部分操作人員常使用自動補液進行補液作業(yè)。由于此時的液位落差比較大，自動調節(jié)會使閥門在補液初期處于開全狀態(tài)，到達需要液位的時候，閥門在自動調節(jié)的作用下逐漸關小，但是由于PID控制的滯后性，閥門不能直接關到底，導致液位繼續(xù)上漲，直至液位淹沒溢流管口，進而導致虹吸的產生。隨著虹吸現(xiàn)象的發(fā)生，液位迅速降低，原本正在關小的閥門繼續(xù)開全補液，從而使虹吸現(xiàn)象持續(xù)時間增加。

5 水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象不處理的后果

水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象發(fā)生后，如果不進行處理，將會對系統(tǒng)的運行造成不良的影響。

首先，水冷塔自身的液位無法得到保障，如果不及時進行人工干預，手動解除液位自動調節(jié)，那么，虹吸現(xiàn)象會重復往返地發(fā)生且不會終止，會導致水冷塔液位異常長時間發(fā)生，延長全廠系統(tǒng)的開車時間。這一點極容易在檢修后的開車過程中出現(xiàn)，當中控操作工同時進行補液和其他開車確認操作過程的時候，容易造成忽視這一問題從而導致事故的發(fā)生。

其次，水冷塔的作用決定其本身容量，當虹吸現(xiàn)象發(fā)生時，液位最高值往往遠遠超過正常值，水冷塔內的儲水量也遠遠高于正常需要，而每一次的虹吸現(xiàn)象都會導致全塔的水從地溝或者其他途徑排出，反復的虹吸將會造成大量的循環(huán)水被浪費。

第三，水冷塔溢流管的虹吸現(xiàn)象是液位過高引發(fā)的，當溢流管無法及時將液位迅速降低時會導致液位過高，而溢流管的位置在污氮氣(氮氣)入口下方，如果液位高過污氮氣(氮氣)入口，循環(huán)水可能通過污氮氣(氮氣)管道進入冷箱內部，會導致冷箱凍堵，嚴重時會造成設備的嚴重損壞。

6 水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象的解決方法

液位自動調節(jié)，當液位低時，閥門開度較大，在設定達到設定值的時候，閥門開始關小，在閥門關小的過程中液位還會繼續(xù)上漲，直至超過溢流口，當液位漲到一定程度，溢流管內部充滿液體，發(fā)生虹吸現(xiàn)象。

發(fā)生虹吸現(xiàn)象后，有兩種解決方式。方法一如下。

1) 從附近軟管站工廠空氣口接一根長度合適的軟管；

2) 將軟管的另一頭接入溢流管的排氣口；

3) 中控操作人員接觸水冷塔上水閥門和液位的自調節(jié)；

4) 中控操作人員將手動將水冷塔上水閥門關死；

5) 打開工廠空氣閥門，同時通知中控崗位注意工廠空氣壓力；

6) 現(xiàn)場操作人員觀察溢流管出口是否有水排出來判斷虹吸是否解除；

7) 虹吸現(xiàn)象解除后，中控操作人員與現(xiàn)場操作人員確認液位后，將缺少的液位補齊。

該方法優(yōu)點是節(jié)省水資源，缺點是操作繁瑣，具體如下。

1) 水冷塔內液位不一定會全部排完；

2) 一般現(xiàn)場軟管站未配套合適的軟管，得到現(xiàn)場庫房去找軟管；

3) 溢流管的排氣管口高度一般超過兩米，接管的話涉及特殊作；業(yè)登高作業(yè)，程序上需要辦理票證并審批；

4) 該方法涉及到工廠空氣公用工程；

5) 該方法最后仍然得人工手動補充液位。

方法二：

1) 中控人員解除水冷塔液位自動調節(jié)，并手動將水冷塔上水閥關閉；

2) 現(xiàn)場操作人員觀察水冷塔溢流管無排水后，通知中控人員；

3) 中控操作人員確認虹吸現(xiàn)象解除后重新手動補水；

4) 當液位上升至合適位置時，關閉水冷塔上水閥。

該方法優(yōu)點是操作簡單，缺點是一定程度上浪費循環(huán)水，具體如下。

1) 水冷塔內液位會降到最低；

2) 操作不涉及特殊作業(yè)的審批。

第一種方法受限制因素頗多，首先水冷塔附近要有合適方便的空氣源，其次由于水冷塔溢流管上方的排氣口位置較高，故而通氣操作設計到登高作業(yè)，而登高作業(yè)屬于特殊作業(yè)，需要審批，流程繁瑣，不能及時消除虹吸現(xiàn)象。結合現(xiàn)場實際情況，在準備階段有可能虹吸現(xiàn)象會造成水冷塔液位排到最低點。

第二種方法，現(xiàn)場人員確認虹吸現(xiàn)象發(fā)生后，總控人員解除液位自調節(jié)，同時關閉水冷塔補水進口閥，待液位降到最低時溢流管兩端的壓力持平，現(xiàn)場操作人員確認溢流口無水排出，且其上方排氣口不再往內部吸入空氣，虹吸現(xiàn)象解除。為了避免虹吸的反復出現(xiàn)，總控人員手動調節(jié)閥門，重新補液，直至液位達到要求，關閉閥門，此時可重新投入液位自調節(jié)模式。

總體來說，方法二比方法一更切合實際操作需要，因此在發(fā)生水冷塔溢流管虹吸現(xiàn)象以后，宜采用第二種方法進行處置。

7 結語

水冷塔溢流管的虹吸現(xiàn)象多為人員操作失誤造成，且發(fā)生在日常檢修過程中。操作人員應當精心操作，明確事故原因，避免因粗心導致的失誤，從而造成事故的發(fā)生，要從根本上來杜絕事故。同時，操作人員應該熟練掌握正確的操作方法，做到遇到事故不緊張，從容面對，可以有效遏制事故造成的不利影響，讓事故的不利影響降到最低。