空分裝置冷箱內(nèi)氧含量超標(biāo)原因分析

李 靈，郭 濤，婁倫武，閣世媚，楊通山

(貴州赤天化桐梓化工有限責(zé)任公司 貴州桐梓 563200)

空分裝置利用深度冷凍原理，根據(jù)空氣中各組分沸點(diǎn)的差異，將液化后的空氣在精餾塔中精餾，從而獲得氧氣、氮?dú)饧跋∮袣怏w[1]。貴州桐梓化工有限責(zé)任公司產(chǎn)氧量為43 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的2套空分裝置自2011年12月開車以來一直運(yùn)行穩(wěn)定，其具體運(yùn)行情況介紹如下。

1 生產(chǎn)工藝主體裝置

空分設(shè)備采用分子篩吸附預(yù)凈化、增壓透平膨脹機(jī)、全精餾制氬及液體泵內(nèi)壓縮工藝。整套設(shè)備包括空氣過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。

2 運(yùn)行維護(hù)過程中產(chǎn)生的問題

經(jīng)過多年的生產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)歷和處理了許多問題，如更換設(shè)備、技術(shù)改造、調(diào)整工藝參數(shù)等，其中值得一提的是主冷箱低壓板翅式換熱器泄漏和粗氬進(jìn)低壓板翅式換熱器泄漏的事故。主冷箱低壓板翅式換熱器泄漏是通過冷箱基座溫度、冷箱密封氣壓力以及換熱溫差判斷出來的，尤其是冷箱密封氣壓力。將主冷箱頂部人孔拆開，直接看到從主冷箱下部頂部噴珠光砂，后空分裝置作停車處理，將主冷箱近7 000 m3的珠光砂全部卸出，前后檢修時(shí)間歷時(shí)一個(gè)月才恢復(fù)生產(chǎn)，使整套空分裝置在一個(gè)月之內(nèi)都處于半負(fù)荷下運(yùn)行，嚴(yán)重影響了公司的經(jīng)濟(jì)效益。以下就深冷分離空分工藝中發(fā)生的粗氬進(jìn)低壓板翅式換熱器泄漏事故進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3 事故經(jīng)過

在空分裝置長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，空分主體裝置冷箱是巡檢經(jīng)常忽略的地方，主要原因?yàn)槔湎鋬?nèi)均是低溫設(shè)備和管道，而空隙處均由珠光砂填充，整個(gè)冷箱處于全密封的環(huán)境下，無法直觀地觀察到跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，因此難以發(fā)現(xiàn)泄漏情況。為了便于檢修，整個(gè)冷箱分為主冷箱和副冷箱，中間用碳鋼結(jié)構(gòu)隔開。

2019年7月22日，受到河南義馬氣化廠“7·19”空分裝置爆炸事故的影響和啟發(fā),安排人員對(duì)空分主冷箱和副冷箱內(nèi)的氧含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，08：30用有毒有害氣體檢測(cè)儀分別在冷箱2只安全閥處進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)主冷箱正常，而副冷箱氧含量超標(biāo)報(bào)警，且直接超檢測(cè)儀測(cè)量量程(量程為35%)。在運(yùn)行過程中，空分裝置冷箱內(nèi)是低溫環(huán)境，為了保證珠光砂干燥，在冷箱內(nèi)充有純氮?dú)猓估湎涮幱谖⒄龎籂顟B(tài)，避免濕空氣進(jìn)入冷箱內(nèi)結(jié)冰。

由于有毒有害氣體檢測(cè)儀已經(jīng)無法測(cè)量副冷箱內(nèi)的氧氣濃度，因此立即通知公司質(zhì)檢中心取樣分析以確認(rèn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)判斷泄漏位置。第1次取樣分析結(jié)果如下：時(shí)間09：00，冷箱密封氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)為39.72%。

人工取樣分析發(fā)現(xiàn)，副冷箱內(nèi)氧含量超標(biāo)且存在泄漏，但中控室的監(jiān)測(cè)參數(shù)并不能反映出來。分析其原因有兩種可能：①副冷箱內(nèi)的高壓板翅式換熱器有泄漏[2]；②氧氣管道有沙眼。但從分析結(jié)果及中控室參數(shù)可判斷泄漏量相當(dāng)小，因此需要加大冷箱密封氣量，再檢測(cè)副冷箱內(nèi)的氧含量變化情況。增大密封氮?dú)饬亢螅謩e進(jìn)行了3次取樣分析，結(jié)果見表1。

表1 加大密封氮?dú)饬亢笕臃治鼋Y(jié)果

通過加大冷箱密封氮?dú)饬浚⑴浜先斯と臃治觯袛嘈孤┨幵跀U(kuò)大，因此決定空分裝置作停車處理。

空分裝置停車后，用空氣復(fù)熱至常溫，將副冷箱的珠光砂卸出，并將設(shè)備管道清理干凈，用壓縮氣體對(duì)氧氣管道充壓，對(duì)高壓板翅式換熱器及氧氣管道進(jìn)行查漏，但沒有發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)。分析原因：①泄漏點(diǎn)太小，溫度升高后無法查到；②判斷方向錯(cuò)誤，是否存在其他管道泄漏的可能。經(jīng)分析，認(rèn)為第2種的可能性較大，因?yàn)槔湎鋬?nèi)的氧體積分?jǐn)?shù)在40%左右，可能是由于粗氬管道泄漏造成氧含量超標(biāo)，因此對(duì)低壓板翅式換熱器進(jìn)行查漏，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低壓板翅式換熱器的焊縫出現(xiàn)泄漏。

4 原因分析

對(duì)低壓板翅式換熱器焊縫泄漏并造成副冷箱內(nèi)氧含量高的原因進(jìn)行了分析，推測(cè)有以下兩種可能。

(1)副冷箱內(nèi)低壓板翅式換熱器有6臺(tái)，在開停車和正常運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)換熱器的工況是相同的，只有1臺(tái)換熱器泄漏可能是由于焊縫有缺陷，在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力的作用下出現(xiàn)疲勞，從而造成焊縫泄漏，且副冷箱未設(shè)置監(jiān)控手段，長(zhǎng)時(shí)間泄漏后漏點(diǎn)逐漸擴(kuò)大。

(2)粗氬排放系統(tǒng)氧含量高的原因主要是由于空分系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷偏低，在設(shè)定負(fù)荷的86%左右。粗氬冷凝器液空回流閥開度較大，粗氬冷凝器液位未達(dá)到正常循環(huán)所需的高度。塔頂污氮組分含氧量偏高，提餾段氬富集區(qū)偏上。

5 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

經(jīng)過本次泄漏事故及河南義馬氣化廠“7.19”空分裝置爆炸事故，總結(jié)出以下幾點(diǎn)操作建議。

(1)加大空分裝置冷箱及副冷箱內(nèi)密封氣的分析頻次，巡檢時(shí)要求操作工用檢測(cè)儀測(cè)量冷箱及副冷箱內(nèi)的氧含量。

(2)穩(wěn)定冷箱密封氣流量，總控人員加強(qiáng)對(duì)冷箱壓力及溫度的監(jiān)控，如有變化及時(shí)監(jiān)測(cè)和處理。

(3)重視粗氬系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，盡可能降低粗氬系統(tǒng)的氧含量。

(4)重視空分裝置的安全工作，做到有隱患及時(shí)處理，加強(qiáng)系統(tǒng)的巡檢，提高員工安全意識(shí)，及時(shí)處理跑、冒、滴、漏問題。