5#制氧机空冷塔液位波动的分析与处理

黄 超

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

贵溪冶炼厂动力（制氧）车间25000Nm3/h 制氧机筹建于2006 年，2007 年7 月正式投产。制氧机组由四川空分设备(集团)有限责任公司设计成套,采用氮水预冷系统、纯化系统、冷、热端增压透平膨胀机、规整填料塔以及DCS 控制系统，并设计有氧气内压缩流程，同时向用氧单位供送压力为30KPa 的低压氧气和压力为0.8MPa 的中压氧气，低压氧设计流量18000Nm3/h，中压氧设计流量7000Nm3/h。其中预冷系统主要由空冷塔、冷水机组、水冷塔及2 台高压（6000V）水泵和2 台低压（380V）水泵组成［1］。

2 空气预冷系统原理及流程简图

空冷塔内部装有三层填料，压缩空气约90～110℃送入空冷塔的中下部，由下往上穿过各填料层，被从上往下的冷却水和冷冻水冷却，并同时洗涤空气中部分氧化物、氮化物、二氧化硫、氯离子等有害杂质，最后穿过顶部的捕雾的丝网分离器，进入分子筛系统，通常情况下，在设计的时候，出空冷塔空气的温度应小于15℃，如果以12℃为设计点，装置在运行时出现故障，那么冷却塔出口温度可能超过12℃，那么出口空气中的含水量的温度就会达到设计温度的两倍［2］。进入空冷塔的冷却水分为两段，空冷塔下段为循环水水泵来的冷却水，（经加压至1.4MPa 进入空冷塔中部，与由顶部流下来的冷冻水汇合回到水冷塔，此段有中心筒为中部液位）。上段冷冻水是由循环水来的冷却水，经水冷塔与由分馏塔来的多余的纯氮及污氮热交换冷却后，由冷冻水泵加压至1.5MPa，去空冷塔上段,这种冷却方式是靠气、液直接接触进行换热的，它的能耗低，但操作不当有可能产生带水事故，使分子筛或主换热器不能正常工作［3］。内部主要包括喷淋水量、喷淋设备结构、设备的传热传质效率等。其中关键的因素是水气比，即喷淋水量与气体流量的比值［4］。目前分子筛流程的制氧机普遍设置冷冻机，在制氧机运行中，视加工空气入分子筛的温度来决定冷冻机的开、停。一旦加工空气温度高于设计温度，用调节进水冷塔的污氮量增加气水比也不能达到要求时，应及时投入冷冻机［5］。

其流程简图如图1。

图1 空气预冷系统流程

3 故障现象

2017 年10 月10 日，5#制氧机运行正常，控制室人员点检DCS 发现空冷塔中部液位趋势异常并大幅波动，导致空冷塔底部液位、水冷塔液位、空冷塔出口压力以及空压机出口压力随之波动。

4 故障排查

班组岗位人员迅速赶往现场查看并上报工段，工段接到控制室汇报后立即展开排查并通知计控协助检查相关阀门。计控首先对DCS 上的液位显示进行检查，看是否是显示问题，检查后确认DCS显示没有问题；派岗位人员现场检查液位指示，并将现场液位计的排气阀打开，重置现场的磁浮液位翻板，重置后的液位计和开始一样也没问题；DCS手动干预中部液位调节阀开度，看现场阀门动作如何，经检查阀门动作正常，同时检查水泵流量及运行情况，水泵运行正常无异常现象；通过这一系列的排查过后，工段决定去空冷塔上查看，在打开中心筒排水侧的时候发现有气排出来，于是将气排完后再看DCS 液位，此时液位不在波动，趋于稳定。故可判断是因为排水侧混入空气后造成流量汽蚀波动。从而使液位显示反馈出现波动不准的情况。

5 原因分析

空冷塔中部液位分别安装了两个对外的法兰，一个是气侧，一个是水侧，同时连接到差压计。此差压计是根据公式P=ρgh 的原理得出液位真实值，根据原理水侧的压力高于气侧，而水侧混入空气后则造成压力波动，从而影响了压差计的反馈，造成液位大幅波动［6］。空气是由空压机压缩过来的，开机前空冷塔没有水，水泵也没有运行，由此可判断应该是在开机时空气进入空冷塔时有空气串入了水侧，启动空气预冷系统后水侧的水和气混在了一起，从而导致了差压计波动。

简图如下：

图2 原因分析图

6 故障处理及经验总结

6.1 故障处理

由于这两个阀门是用法兰盲住的且在空冷塔中部，不仅要爬楼梯上去，而且排气排水都需要借助工具拆卸螺丝才可以完成，操作起来极不方便，针对这一事件的发生情况，工段决定进行改造，将其改成手操阀并接好管道引到地面上来操作，一旦下次在发生类似的情况即可在塔下进行排气操作，这样不仅能够及时处理问题，也能为排查原因节省时间。

图3 故障处理示意图

故障处理后趋势图对比如图4～图7，对比数据见表1。

图4 中心筒液位趋势波动前后对比图

图5 空冷塔液位趋势波动前后对比图

图6 水冷塔液位趋势波动前后对比图

图7 系统压力趋势波动前后对比图

表1 改造前波动数据和改造后稳定数据

6.2 经验总结

（1）针对问题举一反三，提高现场阀门的可操性和稳定性，安装阀门初始需要多方面思考，做到防范于未然。

（2）DCS 和现场流程相结合，对问题的出现要快速反应和排查，找出具体原因分析并解决好，不要遗留下隐患。

（3）一旦造成空压机和分子筛系统带水，后果将非常严重。经改造后，操作方便，运行稳定，消除了隐患。

7 结束语

空气预冷系统是空分系统的重要组成部分，主要作用清除空气中的水分和杂质，并且大幅降低空气出塔的温度，为分子筛系统保驾护航，一旦空气预冷系统出现问题，势必造成分子筛系统的工作负担以及整个空分设备的瘫痪，影响生产的稳定。保证各系统的稳定运行是保证生产顺行的先决条件。