充装站的系统改造工程分析

时树谊

充装站的系统改造工程分析

时树谊

（马鞍山钢铁股份有限公司气体销售分公司，安徽马鞍山243000）

以马钢气体公司充装站的系统改造工程为例，介绍了充装站的系统改造工程的设备、工艺配管、试车前的准备工作，以改造工程施工中遇到的问题，简单总结系统改造工程一些经验和教训。

充装站；氧压机；低温液体泵；低温储槽；工艺配管；试车

1 前言

马钢气体公司充装站承担着马钢公司瓶装氧气、氮气的供应，长期采用的是压缩机压缩气体充装工艺，不仅能耗高，而且由于压缩机多为20世纪80年代的产品，设备超期服役，故障频发，成为充装站的一大安全隐患。于2013年底启动充装站的系统改造工程，淘汰压缩机生产线，在现有场地内，采用液体充装泵气化充装工艺，新建氧气、氮气、氩气充装设施各一套。

2 设备情况

此次改造是在保产改造的前提下进行的，为节省投资，充分利用现有的厂房及充装设施，保留现有的氧气、氮气主管道及充装卡具。

2.1 主体设备的选型

产品型号：BP100-300/16.5（2台，氮、氩充装各1台）、BP300-500/16.5（2台，氧气充装1备1并联安装）

冷端型号：P430A

驱动端型号：TR100

形式：单列、卧式、电磁调速、活塞泵

行程：32 mm

输送介质：LO2、LN2、LAr

流量：100～300 L/h

出口压力：16.5 MPa

进口压力：0.02～0.6 MPa

泵头除霜：氮气吹除

设计温度：-196℃

液氧储槽（利旧，原三万制氧机中间罐）：储槽容积：50 m3；开泵液位：＞2 m；储槽压力：1.3～3.74 kPa。

液氮储槽（利旧，原三万五制氧机液氩罐）：储槽容积：50 m3；开泵液位：＞2 m；储槽压力：1.3～3.74 kPa。

液氩储槽（利旧，原两万制氧机中间罐）：储槽容积：30 m3；开泵液位：＞2 m；储槽压力：3.0～4.25 kPa。

汽化器：汽化量：500 m3/h（2台）、300 m3/h（1台）；进口介质：LN2、LO2、LAr；出口介质：N2、O2、Ar；设计压力：16.5 MPa；最高工作压力：15 MPa；进口温度：≥-196℃；出口温度：低于环境温度8℃左右；可连续工作时间：8 h。

2.2 安全设施及自动化仪表

建立中控室，对汽化器出口温度、压力参数，设置报警安全联锁停车，各检测信号进入就地仪表箱，经智能控制仪进行泵的报警、联锁控制。同时，将检测信号预留模拟量接口，作为进入计算机控制系统进行管理的后备。具体测量点位：

（1）汽化器出口（联通充装汇流排）压力

（2）汽化器出口温度

对中控室的无纸记录仪进行调试设定参数：氧、氮、氩出口压力设定值为16.5 MPa，氧、氮、氩出口温度设定值为5℃。为防止超压，在进气化器管道的前端设置3组安全阀，安全阀排放口上加装导管，以防低温液体伤人。

在充装间厂房外，汇流排前的架空管道上安装3组安全阀，安装操作平台及爬梯。在此处安装安全阀主要考虑到防止安全阀起跳时高压气流（也可能是高压的低温液体）伤人。操作平台及爬梯是为了便于下一年度安全阀的拆卸送检。

各充装间安装多个固定式氧气探测器，联锁轴流风机，以保证正常及事故状态下通风的需要：

（2）氧气充瓶间，当氧气浓度高于23.5%时报警并启动轴流风机。

（3）氮氩充瓶间，当氧气浓度低于19.5%时报警并启动轴流风机。

在低温储槽的充装区设置必要的挡车桩，防止充灌车倒车时碰撞设施。设置安全警示标志，储罐附近设置“当心冻伤”、“严禁烟火”安全警示标志；在低温液体泵作业区域设置“注意低温”的警示标示。储槽上方涂敷色环加液氧、液氮、液氩的介质名称，由于3条主承压管路是并排再敷设到充装间，所以有必要在管路上涂敷色标加以区分。在充装汇流排间，设置防爆墙，墙高2.5 m，低温液体泵尤其是氧泵泵头的工作区域也应当设置1 m左右高度的防爆墙。

3 低温液体泵的工艺配管

因瓶氧产品是本充装站的主要产品，为避免低温液体泵故障检修耽误保产，故并联两台低温液氧泵通过阀门进行切换。由于3只低温储罐是其他分厂利旧而来，已停用多年，缺少大部分本体操作阀门及自增压管路。极大地增加了配管施工的难度。在此重点介绍并联两台低温液氧泵的工艺配管。

3.1 工艺配管的详述

吸入、回气管路上应配备双低温截止阀，主要为了防止日后阀门损坏，修复时需放空储槽内所有低温液体。吸入管路应尽可能的短，且应连续下降至泵头位置，避免布管出现90°弯，实践证明吸入管路过长（大于3 m），会引起液体泵预冷的时间过长，升压困难等诸多不利因素。此次改造，我们在3条吸入管路全部加装了低温不锈钢过滤器，这在大多数充装站的管路施工中并不多见。但在后来的试车阶段证明很有必要，正是这不起眼的过滤器，过滤了来自3只低温储槽（实际已停用8年）首次进液后的全部杂质，从而较好地保护了低温液体泵。

低磷胁迫(P2和P3)下，耐低磷品种植株磷利用效率增幅为16.82%和47.09%，而不耐低磷品种增幅为59.93%和156.23%。低磷胁迫下，不耐低磷基因型苦荞仍能正常生长，这是因为它们有相对较高的磷利用效率。

回气管路也应尽可能的短，且应连续上升至储槽位置，避免出现下弯管，以防液体驻留堵塞气体进入储槽。有的充装站液体泵并未配备回气管路，而是采用一直开启泵放空阀的方法。笔者认为值得商榷：除了产生不必要的浪费，更主要的是正确配置回气管路可以增加泵的吸入压力，大大减少开启罐体自增压器的次数。

吸入管路的保冷很重要，良好的保冷可有效减少“汽蚀”现象。有的充装站回气管路未作保冷，他们认为回气本来就需要气化，根本无需保冷。其实不然，回气管路良好的保冷，可有效防止回气时带入热量进入储槽。

我们在汽化器后进充装间前的高压主管道上安装3只安全阀，作为充瓶时超压的最后一道安全屏障，在此处制作操作平台及爬梯，以防安全阀起跳时的高压气流伤人，操作平台可方便拆卸安全阀到期送检。

一般两个阀门间的液体管路上应配备安全阀，以防阀门关闭时管路内液体气化膨胀后引起的超压。但我们并未在吸入管路的两个阀门间配备安全阀主要考虑到：

（1）应尽可能地减少主管路上的阀门及弯头数量。

（2）只要注意停机后关阀的顺序，关闭储槽出液阀后，放散阀门停顿一会以放散此段管内残存低温液体，就可避免管路超压。

3.2 管路施工注意事项

管材、法兰、垫片、各类阀门及其他管道附件的材料规范应符合国家标准，应要求供货方提供相应的产品合格证书。充装站的阀门出厂前应绝对禁油脱脂，安装前还应进行脱脂。如安徽屯溪阀向充装站供货的首批阀门出厂前已添加润滑油脂，虽经多次丙酮浸泡，但脱脂效果并不理想，只得放弃安装。

在安装前均应进行仔细的外观检查，如：阀门不得有损伤、缺件、腐蚀、铭牌脱落等现象，且阀体不得有油污；阀杆的全开与全闭位置应与要求相符合，不得有卡阻现象；铸件阀门其表面应平整光滑，无缩孔、砂眼、气孔、毛刺、裂纹等缺陷。对于阀门外观检查有疑问的阀门尤其是低温阀门，应解体阀门，以确认填料是否合格，以免日后使用时被低温液体冻死。

氧气管道弯头宜采用冲压弯头或预制煨弯。采用煨弯弯头时弯曲半径不小于管外径的4倍，弯曲部分不能有皱纹、凹陷、分层、裂纹和显著压扁。氧气管道及管件安装前应进行脱脂，否则严禁使用，脱脂前管道及管件应预先干燥。内表面脱脂方法：可先用木塞将管路的一端堵住，把丙酮溶剂（或其他脱脂溶剂，但四氯化碳已禁用）注入管内，然后堵住另一端，将管道旋转多次，时间不少于60 min。再释放出溶剂，通入干燥的氮气吹扫。

管道外表面脱脂，可采用浸有丙酮溶剂的擦布擦拭的方法进行。氧气管道穿过墙壁或楼板时应加套管，在套管内的氧气管道不得有缝隙，可用阻燃材料充填。法兰连接部位应加跨接电阻。

因低温液体泵开启后，出液管路的振动明显，尤其是并联两台液氧泵出口管道跨度较大，为安全起见，需适当增加管道支架。所有不锈管道与管道支架接触部分，需加装四氟垫片，以防日后槽钢支架对不锈管道的渗透腐蚀作用。

4 试车前的准备工作

4.1 试车前应对输送管道进行详细的外观检查，包括焊缝探伤检查

（1）氧气管道，覫32×3.5，0Cr18Ni9，100%检测，Ⅱ级合格；

（2）氮气管道，覫32×3.5，0Cr18Ni9，100%检测，Ⅱ级合格；

（3）氩气管道，覫32×3.5，0Cr18Ni9，100%检测，Ⅱ级合格。

需对输送管道进行充分的氮气吹扫及静压实验，再采用洁净的水对输送管道进行水压试验，经保压确认合格。

4.2试车前应认真检查低温液体泵活塞杆密封圈，各接头密封垫无渗漏和泄漏现象，手动盘车以确认操作灵活。如我充装站在液氩储槽首次进液后，拟对低温液氩泵进行调试。经过长时间的预冷后，泵体放散阀排放出连续的雾状低温液体。准备启动低温液氩泵，充装工按操作规程在对电机转子进行手动盘车时，发现根本盘不动。只得关闭进液阀，断开电机电源，中断对液氩泵的调试。

在泵体结霜消除后进行检查，排除了电机抱死的可能性后，确认阻力来自于缸体内部，目测连杆外部有少量水分渗出。以此断定泵头缸内存有水分，在露点化验时难以发现。因低温液体预冷的作用，缸内水分瞬间结冰。试想如果没有经过盘车贸然开泵，必然造成泵头损坏的重大设备事故。脱开泵体连接管道后，使用泵体气冷的氮气源，接入干燥的消防水管，从进液口进行不少于48 h的吹除。由此可见，开泵前手动盘车的重要性。

4.3试车前对低温液体储罐、6只高压安全阀、3只0～1.0 MPa压力表进行校验，保证其安全有效。试车前对低温液体储罐办理压力容器注册使用登记证,气密性试验合格后，为安全起见，还要用蒸汽通入主管路长时间吹扫，以清除管道内可能存在的油脂。

4.4检查并确保放散阀门动作有效，放散管排放通畅，检查并确保低温液体储罐液位计灵敏完好。

4.5试车前要对员工进行系统的培训，理论培训结束后，在试车前根据《低温液体泵操作规程》进行若干次模拟操作演练，让每一位操作工熟悉、熟知。

4.6试车前应详细检查罐体、输送管道、设备、汇流排的防雷接地是否完好，法兰式链接的高压截止阀跨接电阻应齐全有效。现场的灭火器、消防栓是否配置齐全有效。

4.7电气系统、照明装置、联锁保护及报警系统经安装调试合格，符合设计方案的规定，所有安全设施应与主体设备同步试车。

4.8首次进液前，还需对3只储罐进行氮气吹扫，全开进液阀、排气阀、泵放散阀、泵排液阀，吹扫24 h以上。吹扫结束后，关闭排气阀、泵放散阀、泵排液阀，进行保压至0.2 MPa，关闭进液阀。

保压期间，压力应无明显下降。通知化验室进行露点化验，露点化验合格后方可进液。

4.9为保险起见，试车前对低温储罐特别加注少量的液氮（15 m3）为宜，以便于处置各种突发性事故。第一次试车为放空式试车，每只储罐内15 m3的液氮试车可大部分用完。

4.10单泵试车成功后，还应对设备的每一部分及整体进行足够的空载试验，通过试验考查设备运行参数的波动情况。以空载试验确保设备稳定运行及达到设计的技术指标。收集设备调试阶段的各项试验调试记录。

5 结束语

在进行了单泵试车后，经过数次调试，现每台低温液体泵工作正常，升压良好，具备生产条件，通过相关的验收手续，具备正式投产的条件。与利旧的原管路碰管后，即可拆除原压缩机生产线。

Analysis of the System Transformation Project of a Gas Filling Station

SHI Shuyi
(The Gases Sale Company of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243011,China)

The equipment,process piping and preparation before test running of the system transformation project of a gas filling station are introduced taking such a project at the Gases Sale Company of Masteel as an example;and problems encountered during project construction are summed up to conclude some experience and lessons for such projects.

filling station；oxygen compressor；low-temperature liquor pump；lowtemperature storage tank；process piping；test running

TB658

B

1006-6764(2014)10-0030-03

2014－07－14

时树谊（1974－），男，1999年毕业于安徽工业大学管理工程专业，助理工程师，现从事设备管理工作。