28 000 m3/h空分装置冷箱的安全运行措施

李 健

(河南开祥精细化工有限公司 , 河南 三门峡 472300)

河南开祥精细化工有限公司28 000 m3/h空分设备由四川空分设备集团制造,采用分子筛净化、增压膨胀和全精馏无氢制氩内压缩流程。冷箱作为空分设备,为低温精馏塔、换热器、管道、阀门提供低温运行环境,主要由钢结构、人孔、密封气系统、安全阀和呼吸阀、测温测压系统等构成。冷箱夹层内装填密度和导热系数小的膨胀珍珠岩(珠光砂),同时冷箱内充入氮气,保证内部微正压,防止湿空气进入。冷箱的安全稳定运行关乎着空分装置乃至整个系统的安全稳定运行。

1 主冷凝蒸发器总烃、乙炔含量的管控

主冷凝蒸发器中碳氢化合物的积聚,特别是乙炔的积聚超标,会和液氧发生反应,造成化学爆炸,因此主冷中总烃、乙炔含量是精馏塔的重要指标。一般控制主冷中总烃含量<100×10-6,乙炔含量<0.1×10-6。而对于此指标的管控主要从以下几个方面去着手:①加强原料空气的管理。原料空气中二氧化碳以及总烃、乙炔的含量直接决定着主冷中总烃、乙炔含量。因此每天对原料空气的成分分析非常重要,尽量保证出空冷塔的空气中二氧化碳含量在0.2%以内,总烃含量在20×10-6以内,严禁空气中含有乙炔。当发现指标有偏离时要及时排查原因,并采取措施。同时要加强分子筛后二氧化碳含量以及主冷总烃、乙炔含量的在线监控。②做好系统开车期间主冷总烃、乙炔含量的控制。因为主冷设计是全浸式,在系统开车积液的过程中易发生总烃、乙炔含量的超标,这是不可避免的。所以在系统开车积液过程中,主冷出现液位到达200 mm后,要将液位排空3次,以后每2 h再排放1次,直至液氧泵启动,总烃、乙炔含量下降至正常指标。这样可以有效地对主冷凝蒸发器的总烃、乙炔含量进行控制,从而保证冷箱的安全运行。

2 冷箱密封气的管控

正常运行期间冷箱内要保持微正压,压力过高或过低都会影响冷箱的安全稳定运行。过高时会使冷箱鼓包;过低时外界湿空气会进入冷箱,造成冷箱内珠光砂结冰,甚至会把冷箱吸瘪,不利于冷箱的安全运行。 如果冷箱内管道、容器发生气体和液体的泄漏,最明显的反应就是冷箱压力的上升。因此要严格控制好冷箱密封气的压力。在冷箱的底部、中部、上部设置了3个压力变送器,实时监控冷箱压力。3个压力点的指标范围为:上部0～300 Pa,中部0～600 Pa,下部0～800 Pa。原先采用的冷箱密封气气源为低低压氮气,正常压力在25 kPa左右。通过对其他设备的扒砂,以及行业内其他空分的运行情况,发现冷箱的顶部经过长期运行,都存在严重的结冰现象,这是由于冷箱密封气在冷箱内分布不均造成的。密封气大,下部压力太高;密封气小,上部压力低,容易造成顶部长期负压,不利于冷箱的安全运行。因此在原有低低压氮气气源的基础上又增加了一路低压氮气作为冷箱的密封气气源;同时在冷箱顶部合适位置直接增加一路密封气管路,来保证冷箱顶部的密封气压力。此项措施使冷箱的密封气压力得到了有效的控制。除了对冷箱密封气压力的管控外,还有对冷箱内气体成分的分析。同样在冷箱的顶部、中部、下部设置3个密封气分析取样点,每周对冷箱内气体取样进行手动分析,要求氮气含量要>95%,以此来保证冷箱的安全运行。

3 开停车过程中对冷箱的管控

在工艺状态发生改变时容易发生事故,所以在系统开停车过程中一定要做好对冷箱的管控。空分系统在进行热态开车时按照约10 ℃/h的温降速度,同步冷却主塔、氩塔,合理调配冷量,那么塔器、管道应力缓慢变化,一般不会出大的问题。但冷态开车一停一开的操作过程则是最危险的。因为在冷态开车刚开始导气时,主冷内积存液位较高,板式换热器全浸,主冷单元工作负荷较大,能够大幅调整进气量,造成空压机后压力偏低。当主冷开始工作,大量液体蒸发液位急剧下降,板式换热器露出,主冷负荷降低,造成空压机后憋压、超压。所以导气过程控制不好,不仅会造成上塔、下塔压力,空压机后压力反复大幅波动,还会造成纯化器带水、分子筛床层冲击、主冷干蒸而引发事故。在冷态开车时一定要缓慢进行操作,一般是先将下塔至上塔的液空、液氮、污液氮3个节流阀关闭,先对下塔进行充压,待下塔压力不再上涨,且与空气进主换的压力基本相同时,再缓慢打开3个节流阀对上塔进行充压,同时增大主冷的负荷。整个导气过程要缓慢进行,观察塔内各压力点不出现超压的情况;若发生超压现象要立马停止导气,返回上一步,找出原因后再向下进行。而当系统出现停车,特别是紧急停车时,塔器填料上的液体回落,造成各液位计基本上都会超出量程范围而失去监控作用。此时将会有部分低温液体返流回气体管道,特别是下塔液空,而气体管道的材质多为碳钢,不耐低温,容易造成爆管。所以在出现紧急停车时,一般会控制下塔液空的液位。可以把下塔液空通过节流阀适当送入上塔,现场排液时优先排放液空等措施。

4 冷箱壁出现的结冰现象

如果冷箱内部发生泄漏的话,一般都会在冷箱壁上有所体现,低温气体泄漏量小时,观察不到明显的压力升高。当低温液体泄漏量小时,短时间也观察不到冷箱基础温度的降低,但气、液泄漏区域的低温会改变所在区域温度场,附近区域的冷箱壁就会出现结霜、结冰的现象。从结冰程度(冰块硬度、温度、透明度)、结冰形状(水滴状、片状、点状、带状)和结冰区域,大致可以推断内部泄漏状况和结冰原因。如:结冰部位主要在冷箱上部,贴近顶部珠光砂层,一般呈横向带状结冰,夏季消融,冬季明显,可能是冷箱密封气压力不足,顶部湿空气进入,或冷箱顶部箱板有渗漏点,雨水进入冷箱,导致珠光砂跑冷结冰。所以,平时一定要重视冷箱壁出现的结冰现象,加强日常对冷箱的巡检。对空分装置制定冷箱巡检台账,要求每周有管理人员和现场操作人员一起对冷箱进行巡检,重点检查冷箱壁有无结冰的现象,以此来保障冷箱的安全稳定运行。

5 结束语

空分冷箱内设备多,管路复杂,安全管理难度大,需要不断通过技术改进和管理提升来提高空分冷箱的运行安全性。这几年空分行业事故多,影响大,需要行业人员共同努力,更好地促进空分行业的未来发展。