空分设备低温液体泵操作方法与维护改造措施

周金城

（马鞍山钢铁股份有限公司气体销售分公司，安徽马鞍山 243011）

1 引言

低温液体泵是组成空分设备的重要单元设备，低温液体泵安全稳定运行，对空分设备工况影响较大。现以马钢20000m3/h与35000m3/h空分设备配备的低温液体泵为例，对液氧泵、循环粗氩泵、汽化氧泵、汽化氩泵运用的操作方法与实施的维护改造措施作一介绍。

2 液氧泵

马钢20000m3/h空分设备采用液氧内压缩流程，配备2台液氧泵，1用1备，将从主冷抽取液氧加压送至主换热器汽化、复热后，进入马钢氧气管网。

液氧泵为单级离心式、充气迷宫式密封的低温液体泵，采用变频电机拖动。液氧泵泵体与变频电机之间传动轴是密封的。

2.1 操作方法

2.1.1 启动操作

（1）启动前操作：液氧泵在预冷前将密封气压力调至规定值。液氧泵预冷，先开启液氧泵进液管道上的排液阀，对液氧泵进液管道冷却，在排液阀出口均为液体时，全关进液管道上的排液阀，对泵体冷却。

液氧泵冷却初期，全开回流阀，回收部分在泵体内汽化液氧。液氧泵冷却后期，开启泵体吹除阀，在吹除阀出口均为液体时，结束液氧泵预冷。

液氧泵预冷期间，根据泵体泄漏温度变化，需再次调节密封气压力与流量，保持泄漏温度在规定值。同时，将轴承电加热器投入自动状态，保持轴温在规定值。

（2）启动时操作：启动液氧泵，根据该泵性能曲线，逐步增加变频器频率，增加液氧泵转速，提高液氧泵出口压力与流量。液氧泵加载同时，调节空气增压机Ⅰ、Ⅱ段出口压力与流量，保证主换热器热端温差与中部温度在规定值。

液氧泵加载时，注意主冷与下塔塔釜液空液位变化，根据物料与冷量平衡原理，逐步增大进入下塔膨胀空气量，同时调节液空节流阀，保持主冷与下塔塔釜液空液位稳定。

2.1.2 运行操作

（1）液氧泵变负荷，根据公司生产状况，氧气产量作增量、减量操作。增量操作：作增量操作时，需先调节液氧泵回流阀，在回流阀全关后，逐步增加变频器频率，提高液氧泵转速，增加氧气产量。在增量操作中，注意变频电机电流变化，保证液氧泵运行稳定。

减量操作：根据液氧泵出口压力与流量，逐步降低变频器频率，降低液氧泵转速，在液氧泵转速临近不稳定工作转速区域时，停止调节液氧泵变频器，开启液氧泵回流阀，调节生产所需产量，以此保证液氧泵减负荷过程中运行稳定。

（2）液氧泵切换与备用方法

液氧泵切换：20000m3/h空分设备配备2台液氧泵，1用1备。在线运行液氧泵故障或运行到设定周期时，均需启动备用状态液氧泵，停运在线运行液氧泵。

启动备用液氧泵，逐步增加液氧泵变频器频率、关回流阀，在保证主换热器热端出口气氧压力与流量稳定条件下，同步降低在线运行液氧泵变频器频率，避免因氧气压力、流量变化，造成空气增压机Ⅰ、Ⅱ段出口压力、流量波动，保证设备工况稳定。

液氧泵备用：20000m3/h空分设备液氧泵备用方式采用冷备方法，即在线运行的液氧泵运行正常后，启动备用液氧泵，对备用液氧泵变频器不增加频率，使其转速为零，将备用状态液氧泵工作轮浸泡在低温液体中，避免液氧泵采用低速惰转备用方法，叶片搅拌低温液体，因热量导入部分液体气化，液氧泵冷备状态加载时汽蚀，其出口压力、流量无法升至规定值，影响设备稳定运行。

2.1.3 停机操作

液氧泵停运后，必须在液氧泵进出口阀、回流阀全关，液氧泵排液静置后，对停机状态液氧泵加温。液氧泵加温时，保持液氧泵转速为零，否则停止加温，以此保证在线运行与加温状态的液氧泵安全。

2.2 维护改造措施

2.2.1 液氧泵轴承维护

定期对液氧泵电机驱动端、非驱动端与泵体轴承润滑脂进行更换。具体更换方法如下：

电机轴承油脂更换：液氧泵处于停运状态，对液氧泵电机驱动端、非驱动端更换50%油脂量。启动液氧泵，在变频电机转速升至20%额定转速状态下，对变频电机轴承注入剩余50%油脂量。避免轴承内油脂超压，造成轴承温度快速上升和高速运行时损坏轴承。

泵体轴承油脂更换：液氧泵处于停运状态，对泵体轴承油脂一次性全部更换，而后将轴承电加热器投运加热，低速运行24h。

2.2.2 液氧泵密封气改造

20000m3/h空分设备液氧泵密封气与仪表气共用一股减压至0.5M Pa氮气管道，该股氮气管道流量为仪表气设计流量。液氧泵运行时因密封氮气压力、流量低，液氧泵泄漏温度降至联锁值跳机。

为此，2006年5月，马钢对液氧泵密封氮气管道改造，提高密封气压力与流量，具体改造措施如下：

单独从马钢中压氮气管网接一股氮气，经减压阀减压后进入2台液氧泵密封氮气管道，从而有效提高密封气压力与流量，使液氧泵泄漏温度达到规定值。保证液氧泵稳定运行。

2.2.3 液氧泵变频器移位改造

20000m3/h空分设备液氧泵变频器原设计设置在液氧泵露天现场，在雷电与雨雪天气时，液氧泵变频器受天气因素影响大，变频器故障率高，造成液氧泵跳机故障。

2012年10月，马钢组织人员将现场设置的液氧泵变频器拆卸，移至20000m3/h空分设备低压电配电房内，避免液氧泵变频器因天气原因发生故障，保证液氧泵运行稳定。

3 循环粗氩泵

20000m3/h空分设备采用全精馏制氩流程，粗氩塔分为粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔2段，粗氩Ⅰ塔与粗氩Ⅱ塔之间使用2台循环粗氩泵联系，1用1备。循环粗氩泵将粗氩Ⅱ塔塔釜液体加压后送至粗氩Ⅰ塔塔顶，作为粗氩Ⅰ塔回流液参与精馏。

循环粗氩泵为单级离心式、氮气充气迷宫密封的低温液体泵，采用变频电机拖动。循环粗氩泵泵体与变频电机之间传动轴是裸露大气。

3.1 操作方法

3.1.1 启动操作

（1）启动前操作：将密封氮气压力调至规定值，不使压力偏高，避免密封氮气通过循环粗氩泵进入粗氩塔内，造成粗氩塔“氮塞”或氩气中氮组份含量高。在循环粗氩泵预冷期间，转动循环粗氩泵传动轴进行盘车。

（2）启动时操作：启动循环粗氩泵，根据该泵性能曲线，逐步增加变频器频率。在循环粗氩泵转速大于临界转速后，通过调节循环粗氩泵回流阀，控制循环粗氩泵出口压力与流量，保持主冷液位、氧纯度与氩馏份含氩量稳定。

3.1.2 运行操作

（1）变负荷操作

增负荷操作：在逐步增加循环粗氩泵变频器频率、关小回流阀时，必须同步调节泵出口总管压力调节阀V 713，维持循环粗氩泵出口压力稳定，以此增加循环粗氩泵出口流量。

减负荷操作：将循环粗氩泵转速降至临近不稳定工作转速区域时，需开启回流阀，调节该泵出口压力与流量。

（2）循环粗氩泵切换操作

对冷备状态循环粗氩泵逐步加载，同步降低在线工作循环粗氩泵变频器频率，同时调节泵出口总管压力调节阀V 713，保持进入粗氩Ⅰ塔顶部液体流量稳定，保证主塔与粗氩塔工况正常。

3.2 维护改造措施

3.2.1 增设传动轴反吹气源改造

20000m3/h空分设备配备的循环粗氩泵泵体与变频电机之间传动轴是裸露大气中，循环粗氩泵在线运行与冷备状态时，因泵体冷量扩散，传动轴易结冰，使在线运行循环粗氩泵电流过大跳泵。冷备状态循环粗氩泵传动轴冻结，转速为零，无法加载。

为此，2012年7月，马钢对循环粗氩泵传动轴采取增设反吹氮气气源改造，避免传动轴冻结，具体改造措施如下：

从20000m3/h空分设备加温氮气总管上接一股氮气，经减压阀减压后送至裸露在大气中循环粗氩泵传动轴处，对传动轴进行加温。有效避免在线运行与冷备状态循环粗氩泵传动轴冻结，保证设备安全。

3.2.2 回流管线改造

20000m3/h空分设备配备2台循环粗氩泵共用1股回流管、一只回流阀进行调节，该股回流管接至泵出口总管上，将循环粗氩泵出口液体回流到粗氩Ⅱ塔内。

循环粗氩泵切换至备用泵时，2台循环粗氩泵工况相互影响，备用泵与工作泵易同时发生汽蚀，造成粗氩塔与主塔工况波动。为此，2004年5月，在杭氧设计人员具体指导下，对20000m3/h空分设备循环粗氩泵回流管线进行改造，具体改造措施如下：

取消连接在泵出口总管上回流管，将该回流管进口端接到1台循环粗氩泵出口阀前管道上，利用原有回流阀对此泵调节。另新增1路回流管，将其进口端接到另1台循环粗氩泵出口阀前，同时增设1只同型号回流阀，实现对该泵调节。从而有效实现2台循环粗氩泵平稳切换，保证工况稳定。循环粗氩泵回流管线改造示意图如图1所示。

图1 循环粗氩泵回流管线改造前后对比

4 汽化氧泵

马钢35000m3/h空分设备为法液空设计、制造，原设计配备2台离心式汽化氧泵与1台水浴式汽化器，离心式汽化氧泵采用氮气充气迷宫密封。在空分设备故障停机或氧气管网压力低时，启动汽化氧泵，将液氧贮槽内液氧加压后经水浴式汽化器汽化、复热送至管网，保证马钢氧气管网平衡。

4.1操作

4.1.1 启动前操作

（1）汽化氧泵冷却前，将密封气压力调至大于参考压力0.2M Pa。气化氧泵冷却后期，将密封气压力调至大于参考压力0.02M Pa。

汽化氧泵启动前、冷却期间均应盘车，确认汽化氧泵转轴无卡阻现象。

（2）汽化氧泵预冷：稍开汽化氧泵进液阀，开排液阀，全开回流阀，对汽化氧泵预冷。在汽化氧泵排液阀出口均为液体时，全关排液阀，结束预冷，同时全开汽化氧泵进出口阀门，保持回流阀全开状态。

汽化氧泵预冷期间，液氧贮槽压力由贮槽放空阀调节，将贮槽压力调至大于正常运行值低于贮槽压力高报警值，以此提高汽化氧泵吸入压力，便于启动。

4.1.2 启动时操作

启动汽化氧泵后，利用汽化氧泵回流阀调节泵出口压力。同时，根据水浴式汽化器出口氧气温度，同步调节蒸汽压力，使水浴式汽化器出口氧气温度大于10℃，保证氧气管道运行安全。

汽化氧泵运行期间，将水浴式汽化器水池水位投入自动状态控制，同时注意水浴式汽化器振动情况，避免汽化器因振动大而泄漏。

4.2 维护措施

定期对汽化氧泵泵前过滤器拆卸清洗，保证汽化氧泵吸入压力不降低。定期对汽化氧泵拖动电机与泵体轴承更换润滑油脂。

定期清洗水浴式汽化器水池，保证水浴式汽化器工作正常。

5 汽化氩泵

35000m3/h空分设备配备的柱塞式汽化氩泵，将液氩贮槽内液氩加压经水浴式汽化器汽化、复热后，输送至马钢氩气管网，供应马钢生产需求。

5.1操作

5.1.1 启动操作

预冷：开启汽化氩泵进液阀、排液阀对泵体冷却，冷却期间调节贮槽压力，不使贮槽压力低于低报警值，同时注意柱塞式汽化氩泵有无漏液现象。

启动：启动汽化氩泵后，逐步关排液阀，调节泵出口压力，在泵出口压力大于管网氩气压力时，开启出口阀，将氩气输送至管网。

因柱塞式汽化氩泵流量输出是脉冲式，对吸入管道与出口管道产生振动，汽化氩泵运行时必须注意管道振动状况。同时确认汽化氩泵阻尼器顶部必须无霜，如有结霜现象，必须停泵处理，保证设备安全。

5.1.2 停机操作

汽化氩泵停运后，全关进出口阀门、开启排液阀，将泵体低温液氩排尽后，不必对汽化氩泵加温，使其自然复温即可。

汽化氧泵停运后，调节液氩贮槽压力调节阀，使贮槽压力达到正常运行值。

5.2 维护措施

柱塞式汽化氩泵运行时管道阀门振动大，故对振动较大处管道阀门设置支架，保证设备安全。

同时，汽化氩泵密封器、出口阀门、单向阀故障率较高，故对上述易损部件订购备件。在汽化氩泵部件损坏时，可立即更换，保证汽化氩泵安全稳定运行。

6 结束语

根据空分设备配备的不同类型、不同用途低温液体泵的特点，结合低温液体泵具体运行环境，采用针对性的操作方法与维护改造措施，保证低温液体泵安全稳定运行与空分设备工况正常。

[1]田现德，沈荣等.循环粗氩泵回流路的优化改造[J].深冷技术，2011（6）：45-46.