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几起粗氩塔氮塞事故的原因分析


一、概述 安阳钢铁公司制氧厂现有两套 6000m3/h 制氧机和两套 14000 m3/h 制氧机,其低压氧氮管网全部 相互并联,若其中一套空分或压缩系统出现故障,产品可互送压缩。1#14000 m3/h 空分设备是 由杭州制氧机厂制造的全低压常温分子筛净化、增压式透平膨胀机、加氢除氧制氩式流程。设备 于 1996 年 8 月一次性试车投产至今无扒塔检修,设备运行状况良好。其间经

过我们深挖潜力, 精化操作,设备的各项产品产量质量都有了很大的提高。 具体参数见表 1 设计值实际平均值最大液体工况 氧气产量 m3/h140001540014200 氧气纯度 %99.699.6799.67 液氧产量折合气态 m3/h200400900 氮气产量 m3/h140001560015600 氮气纯度 10-6V/V≤10≤10≤10 氩气产量 m3/h300370370 氩气纯度 O2<5 ; N2<10O2<1; N2<2O2<1 ; N2<2 加工空气量 m3/h730007800080000 2002 年 11 月 12 日至 17 日 2#14000 m3/h 空透故障停车抢修期间,1#14000 m3/h 空分在 24 小时内出现了三次粗氩塔氮塞事故。 二.故障经过 2002 年 11 月 12 日 7:00, 2#14000 m3/h 空气透平压缩机准备停车抢修,该车间 16000 m3/h 氮 透和 6000 m3/h 氮透改由 1#14000 m3/h 空分和 2#6000 m3/h 空分向其供低压氮气。上午 11:30 因氧气管网压力较低, 为增加氧气产量, 我们将膨胀空气量由 14700m3/h 降至 10400m3/h 同时将 膨胀空气旁通污氮管道阀门V5由两圈关至全关。12:50 氩馏份由含氧 92%上升至 92。84%所 以把氧产量由 15200 m3/h 提至 15350 m3/h,14:50 氩馏份在无任何下降趋势的情况下突然开始 下降,操作工马上将氧产量从 15350 m3/h 压至 15000 m3/h,10 分钟后氩馏份仍继续下降,同时 粗氩纯度也由含氩 98。5%开始下降,操作工又将氧产量压至 14000 m3/h,15:20 氩馏份下至 85%后开始回升,但粗氩纯度已下降至 82%含氩,造成粗氩塔氮塞。当时认为是氧气产量提的 过多所引起的氮塞。1小时后工况恢复正常。 18:40 中班人员发现主冷液氧液位从 3020mm下降至 2900mm认为冷量不足,将膨胀空气量由 10400 m3/h 增至 13100 m3/h,19:00 氩馏份再次突然下降,因白班没交清V5阀已全关,所以 中班增膨胀量后也未开V5阀, 更加大了氮塞的可能性。 在大幅度压产品氧的情况下还是造成粗 氩塔氮塞。随后将V5阀开两圈,将膨胀量降至 10000 m3/h,两小时后工况恢复正常。 13 日夜班,随着氩馏份的逐步上长至 94.7%含氧,氧气产量也逐步提至 15700 m3/h 左右,氩馏 份也保持在 94.7%至 95% , 6:20 主冷液氧液位又开始有下降趋势,由 3020mm 下降至 2900mm, 操作工将膨胀量由 10000 m3/h 提至 11500 m3/h,6:50 氩馏份在保持上长趋势的情况下再次突 然急剧下降,操作工马上将氧产量压到 13300 m3/h,但还是再次氮塞。 当时初步对三次氮塞的分析是(1)氧气产量提取过大。(2)进上塔膨胀空气量过大。所以采用 减少氧气产量和增大 V5 旁通量的方法使氩馏份保持在 94.5%以上来维持正常生产。11 月 17 日 13:30 ,2#14000 m3/h 空分开车正常后改用自产氮气,1#14000 m3/h 空分关闭送氮阀由放空阀 自调放空,随后氧产量也逐步提高,氩馏份也下降至 92%左右,工况一切恢复正常。 三、故障分析 我们结合报表及工况趋势图进行了认真的比较和分析, 认为这几次氮塞事故与以往氮塞有所不同, 一是氩馏份是在较高的情况下且无任何的下降趋势下发生的。二是每次氮塞均与分子筛切换无

关。究其原因: 一是进上塔膨胀空气量是否过大?根据资料介绍,进上塔膨胀空气量一般不大于 15%加工空气量 上塔是能够承受的,而这次进上塔膨胀空气量为 10400 m3/h,只占加工空气量的 13%,根据我们 以往的操作经验认为全关 V5 阀让膨胀空气全部送入上塔不该是造成这几次氩塞事故的主要原 因。 二是氧气产量提取过大: 根据以往操作经验, 在同等工况下氧产量增加后氩馏份一般会缓慢下降, 即便氩馏份下降至 88%含氧,再小幅压氧产量氩馏份就会回升。而这几次氮塞过程中的提氧幅度 较以往并不大,且发现氩馏份开始下降后压氧量却比过去大的多, (因氩馏份下降趋势很快)反 而没能控制住,所以这也不该是主要原因。 三是我们根据这几次氮塞是在向 2#14000 m3/h 制氧机氮压机送低压氮后所发生的,且停止送氮 后又完全恢复正常的特点, 对送氮前后的氮气产量及氮气出装置压力进行了对比: 送氮前氮产量 FIC103 设定值 SV=15900 m3/h, 实际 PV 值也一直保持在 15900 m3/h 左右, 氮气出装置压力 PIC103 也基本保持在 11Kpa。 送氮后, 氮产量 FIC103 设定值没改变还是 15900 m3/h, 而实际值却为 15600 m3/h 左右, 氮气出装置压力 PIC103 降为 4Kpa。 为什么送氮后氮产量减少了氮气出装置压力不是 升高而低了呢?哪到是氮气流量指示不准了吗?我们通过和仪控技术人员讨论分析后认为, 在向 2#14000 m3/h 两台氮透供氮期间,若氮透抽取量过大,会使氮气低压管网压力降低,虽然氮气 流量 FIC103 有系数补偿,当工作压力降低过多,当时低压氮气压力 PIC103 只有 4Kpa,已超过 其补偿范围,FIC103 就会出现指示偏低,实际氮气流量已远超过 15600 m3/h 以上。 氮产量的偏大,出装置压力的降低使上塔顶部压力也随之降低,上塔压差增大,上升气体流速增 快,塔板持液量相应增大,氧提取率降低。当氮透自调节时氮气流量出现波动,或进上塔膨胀空 气量的波动,就会使上塔出现轻微的漏液,使氩馏份含氮量增加,造成粗氩塔氮塞。而从当时的 趋势图上也可看出先是副塔阻力由 3.45Kpa 逐步上升至 3.8Kpa,上塔阻力由 33Kpa 上至 35.4Kpa, 主冷液氧液位同时由 3020mm 下降至 2900mm,副塔和上塔阻力开始下降后,氩馏份才急剧下降发生 氮塞的。 而造成氮气出装置压力降低流量增大的原因是, 氮透开始抽氮使低压氮气管网压力下降, 氮气流量 FIC103 指示 15600 m3/h,偏低于设定值 15900 m3/h,FIC103 就会使氮气放空阀 V108 自动开大至全开, 来增加氮气放空量, FIC103PV 指示值达到 SV 设定值。 使 而氮气放空量的增加, 使氮气出装置压力更低,实际氮气提取量更大,氮气流量指示值也更低,也更加剧了工况的恶习 化,造成粗氩塔氮塞。

流量调节流程见图一: 四、经验总结 出现上述情况首先是尽可能的避免氮透抽取量过大问题,2#14000 m3/h 两台氮透加起来最大 抽取量是 21000m3/h,虽然两套空分氮产量相加起来从数值可以满足 2#14000 m3/h 两台氮透需 求,但因 2#6000m3/h 空分氮气出装置压力较低,设计是 5Kpa,而 1#14000 m3/h 空分氮气出装 置压力设计值是 12Kpa,这样就会出现 1#14000 抽氮量增加,而 2#6000 m3/h 氮气量因低压管网 压力高而减少。可选择出装置压力稍高的 1#6000m3/h 空分与 1#14000 m3/h 空分共同送氮以缓解 这种情况的发生。其二是当出现因抽氮压力较低氮气流量指示偏小,V108 氮气放空阀全开时, 可手动将 V108 阀关小使氮气出装置压力 PIC103 升高后再投自动控制,并将 FIC103 设定值 SV 相应设低些,来避免因设定值太高氮气放空阀开大的恶性循环现象发生。 12 月初 2#14000 m3/h 空分计划检修,在向 2#14000 m3/h 供氮后,再次出现氮气出装置压力 和流量降低、上塔和副塔阻力升高的现象,我们采用上述方法,采用和 1#6000 m3/h 空分一起供 氮,手动关闭 V108 阀后,氮产量马上从 15600 m3/h 上升到 15900 m3/h,氮气出装置压力也由 4Kpa 上升到 9Kpa,工况一切恢复正常。 在日常生产过程中对每个工艺参数所发生的变化我们都要认真思考,仔细观察,分析原因, 及时处理,以减少故障的发生,确保设备稳产高产。


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