空分设备冷箱内珠光砂结冰块问题分析＊

徐少辉，张才礼，周尤刚

(武汉钢铁集团氧气有限责任公司，湖北武汉青山白玉山 430083）

空分设备冷箱内珠光砂结冰块问题分析＊

徐少辉，张才礼，周尤刚

(武汉钢铁集团氧气有限责任公司，湖北武汉青山白玉山 430083）

空分设备冷箱内珠光砂结冰块问题非常普遍，会给设备造成隐患和危害。分析了珠光砂结冰所导致的危害;分析了其结冰原因;并提出了应对措施。

空分设备;冷箱;珠光砂;结冰块

武钢集团氧气公司G台60 000 m3/h、H台60 000 m3/h空分设备均由德国林德公司提供，于2006年通过性能考核，两台设备各项指标均达到设计要求。G台设备于2010年停车大修，扒砂时发现冷箱内珠光砂有结冰块现象;H台于2011年7月停车大修，扒砂时亦发现冷箱内珠光砂有结冰块现象。

两台设备结冰块情况相像，均是由冷箱顶部开始往下结冰块，结实的冰层厚度达2 m多，再往下就是比较松散的冰花层，其厚度达4～5 m。另外，笔者通过调查发现冷箱内珠光砂有结冰现象的绝非武钢氧气公司一家，像新钢、天津钢铁、宝钢、邢台钢铁、南京钢铁等多家钢铁公司的空分设备均有此现象，涉及多家钢铁公司、多家不同厂商生产的空分设备及多种型号的空分设备，由此可见空分设备冷箱内珠光砂结冰块现象非常普遍。珠光砂结冰块对空分设备有很大的危害，应给予足够的重视。因为顶部冰块厚实，武钢氧气公司采用的是人工凿冰方式，在这种方式下相关人员一定要系好安全带确保安全。

1 珠光砂结冰造成的隐患及危害

珠光砂由于其具有导热系数低、化学稳定性好、不燃、无味、吸音等特性，在冷箱保温层施工中得到大量的应用。珠光砂受潮及结冰块都会对空分系统的运行产生危害。

在这次大修中发现H台上塔阀门FV3211处有严重结冰块现象，阀门及阀杆有下沉位移，并且变形弯曲，中心偏移原位置，导致阀门不能动作，远程控制失效。空分塔内整个管道全部下坠约0.5 m，部分不锈钢支架被拉断。如果不及时处理，则会引起更大的问题，如塔体被拉扯破裂引起漏液，进而引起冷箱爆裂。还有其他的危害，分析总结如下:

1．珠光砂吸潮结成大冰块。由于设备运转中的振动，使珠光砂整体下沉，块状的珠光砂对管道形成的负荷比粒状的大，会对管道和容器形成破坏力，造成故障，影响设备的正常运转。

2．冷箱内的珠光砂受潮、冻结，使其保温性能下降，造成漏冷，增加能耗。同时，为了保证制氧机的冷量平衡，就必须增大膨胀机的膨胀量，以便多产冷，势必增加冷损，膨胀气量的增加，就直接影响到气体产量，造成产品产量减少，氧气提取率下降，气体单耗上升。

3．会造成管道变形。管道变形基本分布在冷箱顶部层，冷箱加温复热时，整个塔体由冷状态位置上升到常温位置，顶部管道随塔向上移，可是珠光砂仍处于0℃以下而且结冰块，而这些管线不能克服冰层压力，导致管道变形。另外，珠光砂结冰块后自重增加，压迫、拉扯塔内的管道，导致管道变形，严重的甚至拉裂管道，造成漏气，被迫停产检修。

4．珠光砂结冰块，扒砂时需要先凿开厚厚的冰层，增加工作难度、时间以及经费，影响工作进度。H台扒砂时，多名工人轮班24 h值班凿冰，持续了一周才除掉冰层，严重影响了大修进度。

5．顶部密集结冰块形成一个整体的珠光砂冰层，可能将冷箱顶部封严，阻挡安全阀起作用，形成安全隐患。

鉴于以上的分析总结，可见珠光砂结冰块会对设备产生安全隐患和危害，对此我们应该给予重视，尽量避免珠光砂结冰块。

2 珠光砂结冰块原因分析

由于冷箱内珠光砂处于低温状态，一旦有水或者是水蒸气进入冷箱，便会被珠光砂吸收，进而结成珠光砂冰块。因此，对珠光砂结冰块原因的分析实际上是对珠光砂结冰块的水来源的分析。

因为冰层集中在冷箱顶部，说明主要是在冷箱顶部有水分或是湿空气进入。根据现场勘查以及对扒出的珠光砂的观察，分析珠光砂结冰块的水来源，总结如下:

1．冷箱内的密封氮气管道设计不合理，顶部密封氮气压力低，正压不够，湿空气进入冷箱。冷箱内的密封气采用的是同一气源分上、中、下三路供气，在中下路满足正压要求的情况下，上路因为高度高、管路长，导致上路压力偏低，无法满足一定的正压要求。武钢氧气公司H台中下路的正压可达0.37 kPa，而上路一般都低于0.02 kPa，低于设计的最低正压0.04 kPa，因此冷箱顶部的正压基本上达不到要求，无法阻止湿空气的进入。

2．冷箱顶部钢板焊接处焊缝不严，表面漆层老化、起泡，造成下层钢板锈蚀，雨水渗入。

3．冷箱顶部人孔的密封性能不好，湿空气进入冷箱。顶部人孔盖子打开后发现人孔及人孔内外的钢板都已经锈蚀，充分说明有湿空气进入。

4．管道、阀门密封皮套有老化。雨水、湿空气可以通过阀门进入。

5．装填过程中珠光砂吸湿，甚至是将湿珠光砂装入了冷箱。

3 应对措施

上面分析了珠光砂结冰块的原因，那么我们可以采取相对应的措施来避免结冰块。可实行如下措施:

1．首先，我们需要在思想上重视冷箱顶部的密封气气压不足问题。顶部是最主要的结冰块的地方，而通常顶部密封气气压又不足，因此我们需要密切关注顶部密封气气压。如果不足，则需加大密封气气源的压力，或者是扩大密封气管道直径、增加密封气管道等，一定要保证足够的正压。

2．重视冷箱顶部的防水，防止冷箱顶部渗水。

3．冷箱人孔、管道进出冷箱结合部处都需加强密封。

4．冷箱壁上如果有老化、破损的密封皮套，则需更换，同时加强保护。

5．阀门、阀杆处要做好密封，防止雨水渗入。

6．充分保证重新装填的珠光砂保持干燥，湿珠光砂一定不能装入冷箱。吸潮的珠光砂可用干燥的热空气进行烘干。干燥的热空气经过烘干筒吹过珠光砂后，其相对湿度上升，含湿量增加，从而把珠光砂中的水分带走，这个过程近似为绝热过程。因此，烘干质量为M的珠光砂，需要的干燥空气质量mg为:

式中，mg为干燥空气的质量;t1为吹过珠光砂前的干燥空气温度，单位为℃;t2为吹过珠光砂后的空气的温度，单位为℃;h1为烘干前的珠光砂含水率;h2为烘干后的珠光砂含水率;M为珠光砂的质量，不计烘干前后的总质量变化，即视M为恒值。具体计算过程见参考文献［3］。

7．冷箱顶部尽量地减少阀门设置，可改为设置在塔侧面，减少渗透点。

另外，一旦发现珠光砂结冰块，则扒砂时需要非常小心仔细、耐心。必须先打开冷箱顶部的人孔，从最上层开始除冰 (当冰块比较厚实时，则建议采用人工凿冰方式，相关人员必须系好安全带确保安全;当冰块比较松脆时可以采用其他方式除冰），大冰块必须从冷箱顶部人孔吊出，逐层往下操作，只有这样才不会损伤冷箱内的管道。而坚决不可先开启最下层的排卸口排沙，否则下部排空了而上部由于结冰块形成整体，悬挂在冷箱上部，最终可能形成塌砂事故，砸坏工艺管道、仪表管道以及支架等。

4 结 语

本文综述了空分设备冷箱内珠光砂结冰块这一常见现象，根据武钢氧气公司H台六万制氧机的珠光砂结冰块情况及破坏情况，分析了其所有可能造成的危害，其危害不容小觑，应给予足够的重视;并总结了结冰块的水来源;最后提出了多条相应的措施，为解决这一问题提供了一些思路。

［1］徐永军，李增民，等．制氧机冷箱内珠光砂结冰块事故分析和处理［J］．气体分离，2004(5）:33．

［2］张文兵，周家建．空分设备冷箱内管道变形和防范措施［J］．深冷技术，2007(5）:51-53．

［3］杨阳．绝热珠光砂烘干过程的参数计算 ［J］．深冷技术，1997(3）:11-13．

Analyzing The Problem of Perlite Icing Agglomerate Inside The Cold Box of An Air Separation Unit

XU Shaohui，ZHANG Caili，ZHOU Yougang

(Oxygen Co．，Ltd．，Wuhan Iron and Steel(Group）Corp．，Wuhan 430083，China）

The problem of perlite icing agglomerate inside the cold box ofan air separation unit is very common，and itmay take some hidden danger and harm to the equipment．This article summarizes the destroying by the problem of perlite icing agglomerate;analyses the reasons;and proposes some breastingmeasure．

air separation unit;cold box;perlite;icing agglomerate

TB657.7

B

1007-7804(2012）03-0032-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2012.03.008

2012-02-16

徐少辉 (1982），男，2010年毕业于中国科学院理化技术研究所，硕士研究生，制冷与低温工程专业，助理工程师。