制氧机组下塔液空液位计液位异常分析与处理

　　摘要：28000m3/h内压缩流程空分机组生产运行过程中, 下塔液空液位指示不准, 造成工况波动严重。介绍故障分析与处理措施。

 

　　1、问题的提出：

 

　　柳钢气体公司28 000 m3/h制氧机组采用了分子筛常温吸附, 带增压透平膨胀机, 规整填料上塔, 全精馏无氢制氩, 液氧内压缩流程[2,3], 于2006-02 投入生产运行。投产运行以来, 运行状态一直良好, 主要产品产量指标均能达到设计指标。但是在2011 年后发生了多次因下塔液空液位异常[3] (液空液位大幅波动或液空液位无指示、满量程) 引起的主塔工况紊乱现象, 尤其是2011-11-16 夜班和2011-11-17 中班, 机组下塔液空液位异常, 表现为液空液位LIC-1 和阻力Pd-1 异常, 仪表无法正常显示参数值, V1 阀 (下塔液空节流进上塔) 只能手动操作, 当分子筛充压或外部用氧变化时, 工况难以保持稳定, ***终导致氧气纯度下降, 停止外送氧气。主要工况反映为:氩馏分量大幅波动、粗氩塔底部液位上涨、粗氩塔阻力上升、液空出过冷器后的温度回升、精氩塔氩侧的压力升高、进入精氩塔的工艺氩流量降低。

 

　　对此进行了初步处理: (1) V1 阀手动控制, 查看报表, 保持正常工况下V1 阀48.5%的开度, 但无法保证工况稳定。 (2) 安排仪表技术人员, 多次对液空液位变送器进行吹扫, 重点对负压管进行吹扫, 负压管有液体吹出, 吹扫后液位显示时而偏高时而偏低, 不久后又无法显示。 (3) 排下塔液空, 但下塔液空及下塔阻力仍无法恢复正常。

 

　　为保证机组正常生产, 确保氧气供应, 组织开展攻关查找原因处理故障, 本文进行总结。

 

　　2、分析与改进：

　　2.1、原因分析：

 

　　按故障现象分析认为:下塔的液空液位和阻力显示超高, 可能是液位负压管和阻力正压管有液体进入, 导致压力显示不准。但操作人员对工况判断不明, 导致节流阀开度不合适, ***终使主塔工况紊乱。

 

　　取样的负压管线有液体进入或气液夹带有以下几种可能:

 

　　(1) 由于该制氧机已经运行了将近5 年, 分馏塔内难免会带入一些分子筛粉末、CO2等杂质, 经长时间的积累, 这些杂质有可能进入负压管或附着在负压取样管线的管口周围, 使得取样管可能存在一定的堵塞;

 

　　(2) 取样管线在冷箱内不是完全固定而是相对活动的, 随着装置运行时间的推移, 冷箱内的保温充填物 (珠光砂) 会逐渐下沉, 下沉的珠光砂有可能导致负压管线下沉, 从而使该管线形成一个倾斜向下的坡度 (取样管正常向上有5°~10°的倾斜) , 此外由于取样管伸入塔壁过短容易使液体进入, 这样, 沿着塔内壁往下流动的液体就有可能进入取样管线, 造成取样管内气液夹带。

 

　　(3) 下塔压力波动过大, 或有分子筛粉末、CO2等杂质堵塞筛板, 造成下塔液悬, 继而造成液体进入负压管中[4]。

 

　　虽然下塔液空液位及阻力均显示异常, 但***主要造成主塔工况紊乱的原因还是操作人员对工况判断不明。其主要原因:

 

　　(1) 对下塔液空高或低的工况判断不明。下塔液空液位高或低在工况上有一定的相同点, 下塔液空液位低时V1 阀通过的流体处于气、液夹带的工况, 由于气体的传热系数比液体的传热系数低, 气、液夹带的流体通过过冷器时的换热效果就要比全液体的流体通过时更差, 反映出来的现象就是出过冷器后的液空温度升高;当气、液夹带的流体通过精氩塔底部的再蒸发器时, 精氩塔再蒸发器因温差加大使蒸发量增加, 反映出来的现象就是精氩塔的压力升高, 即进入精氩塔的工艺氩的背压升高, 进而造成进入精氩塔的工艺氩流量降低。这种工况和下塔液空液位高导致氩馏分高, 产生氮塞而致精氩塔的压力升高。工艺氩流量降低与此类似。

 

　　(2) 操作人员对上塔工况判断不明。操作人员发现主塔氩馏分含氮高就认为上塔回流液过多, 因而关小V1、V4 及V2 等节流阀, 导致上塔回流液进一步减少。这种判断和处理过于轻率。氩馏分含氮高, 但氩馏分本身含氩却不高, 这说明打入上塔的液空含氮过多, 上塔工况并未正常建立。因此, 当下塔液空液位及阻力均显示异常, 判断下塔液空液位高或低时, 应该从下塔液空纯度和粗氩塔冷凝器液空侧温度来判断。如果下塔液空纯度降低且粗氩塔冷凝器液空侧温度过低, 说明下塔液空液位高, V1 阀开度过小。而判断V1 阀通过的液空是否气液夹带时, 应该结合精氩塔压力、粗氩塔冷凝器液空侧温度及粗氩塔压力一起观察, 只有结合多项指标, 才能有效判断工况。

 

　　(3) C3 塔液位高未采取有效措施。C3 塔液位升高时未及时调整, 如采取开大粗氩循环泵回流阀, 或降低粗氩泵频率等措施, 所以导致过多液体打回主冷, ***终影响到外送氧气纯度。

 

　　2.2、处理措施：

 

　　经过上述分析判断, 采取了相应的措施:

 

　　(1) 在分子筛充压或空气量发生较大变化时V1 阀转自动为手动操作, 保持49%左右开度不变, 维持主塔回流液的稳定。

 

　　(2) 保持下塔液空纯度和C3 塔冷凝器温度的稳定, 下塔液空纯度控制在38%左右, C3塔冷凝器温度控制在-183 ℃左右。

 

　　(3) 当精氩塔压力超过设定压力 (12k Pa) , 且C3 塔冷凝器温度升高时, 应手动操作V1 阀, 关小至正常开度, 此时为V1 阀开度过大, 造成气液夹带。

 

　　(4) 利用冶炼部门检修的时机, 对机组进行了大加温吹除, 重点对下塔、主换热器及仪表管线进行吹除和加温。

 

　　(5) 由于下塔压力一直保持稳定, 通过查阅图纸, 确认下塔压力取样管与下塔液空液位计的负压取样管在同一高度, 采用下塔压力取样管作为液空液位计和阻力计的负压取样管。

 

　　经过处理, 下塔液面及阻力都保持稳定, V1 阀也可以自动调节, 通过近几个月的观察, 工况一直运行良好, 各项指标均能达到生产要求, 说明问题得到了有效的处理。

 

　　3、结语：

 

　　下塔液空的稳定对空分的正常运行至关重要, 由于装置的运行时间、制造质量、操作水平等多方面因素的影响, 下塔液空液面难免会出现波动, 但只要操作人员和技术人员认真分析、合理应对, 还是能避免工况波动的。