淺析空分冷箱泄漏的原因和對策

第34卷第1期低溫與特氣016年2月Low Temperature and Specialty GasesFeb.,2016工藝與設備·淺析空分冷箱泄漏的原因和對策孫連杰淄博齊魯比歐西氣體有限責任公司,山東淄博臨淄辛化路8號255410)摘要:以齊魯比歐西KDO-4500030000型空分現場(chǎng)為例,介紹了冷箱泄漏的原因,并從冷箱泄漏原因、泄漏風(fēng)險、管線(xiàn)布置等方面進(jìn)行了分析。采取裝置特護、控制冷箱密封氣壓力、氧含量、基礎溫度和冷箱帶壓開(kāi)孔等相應對策和措施進(jìn)行控制,并通過(guò)合理組織檢修消除泄漏點(diǎn),達到了預期目的,對國內同類(lèi)空分裝置有很好的借鑒意義。關(guān)鍵詞:空分現場(chǎng);冷箱泄漏;風(fēng)險控制;維持運行;消除漏點(diǎn)中圖分類(lèi)號:TB657.7文獻標志碼:B文章編號:1007-7804(2016)01-00105doi:10.3969/i.isn.10077804.2016.01.004Analysis of Air Separation Cold Box Leakage Causes and CountermeasureSUN LianjieZibo Qilu BOC Gas Co., Ltd, Zibo 255410, ChinaAbstract: With Qilu boC Model KDON-45000/30000 air separation as an example, introduced the reasons of cold box leakand analysed from cold box leak reasons, and leak risk, and pipeline layout. Take device intensive care, and control seal gaspressure of cold box, and oxygen content, and based temperature and cold box with pressure open hole, corresponding coun-termeasures and measures for control, and through reasonable organization maintenance elimination leak points, reached hasexpected purpose, on domestic similar air separation plant has is good of reference meaningKey words: site air separation; cold box leakage risk control keep running1工藝流程簡(jiǎn)介7年多時(shí)間。該裝置為連續性全提取式空分設備,采用分子篩吸附凈化增壓透平膨脹機、全浸浴式主冷蒸發(fā)淄博齊魯比歐西有限責任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)BQ)器全精餾無(wú)氫制氬及液氧內壓縮、氮氣外壓縮流程,KDON-450003000空分裝置于208年10月底完空分冷箱由杭氧設計。KDON-450003000空分主成整套空分試車(chē),11月初開(kāi)始試運行,至今已穩定運行要氣體和液體產(chǎn)品技術(shù)參數見(jiàn)表1。表1KDON-45000/30000空分裝置主要產(chǎn)品指標Table 1 KDON-45000/30000 Index of air separation plant product產(chǎn)品名稱(chēng)產(chǎn)量/(Nm3·h純度(φ)壓力/MPa(C)溫度/℃備注高壓氧氣≥99.6%O2液氧泵內壓縮中壓氧氣≥99.6%O2高壓液氧節流氣化中壓氮氣25000<5×10O氮壓機加壓低壓氮氣5000<5×10O,0.405下塔頂部液氧1500≥99.6%O2液氮1500液氬1720<1×10O2、<1×10°N低溫與特氣第34卷2問(wèn)題提出6℃)。7月30日降至最低點(diǎn)-30.5℃,采取冷箱底部通蒸氣管加熱措施后溫度開(kāi)始回升,至-16℃左1現象1:2013年6月3日,例行分析冷箱夾層右維持穩定?，F象4:6月3日,冷箱下部夾層氣壓力的密封氣含氧量時(shí),發(fā)現主冷箱下部夾層氣含氧量850Pa(正常值30-400P)。采取部分安全閥蓋板60%(正常值2%以?xún)?。6月23日升至75%,最微開(kāi)卸壓措施后,維持在700900Pa高至7%,截止到11月初維持在77%左右?，F象2.泄漏點(diǎn)發(fā)展趨勢:2014年1月,冷箱東南角2:6月3日,現場(chǎng)檢查冷箱東南角靠近基礎部位冷基礎部位結霜,隨環(huán)境溫度下降,有逐步擴展趨勢,箱板出現結霜、結冰現象(正常時(shí)冷箱基礎無(wú)結外形尺寸約為:hm:2600×300;冷箱南側亦有結冰),其外形尺寸約為:hmm:1000×300;至8月霜現象。冷箱基礎溫度為-12.69℃,冷箱底部密封底,受環(huán)境溫度升高影響,結霜消失,有“出汗”現氣壓力為0.841kPa,冷箱內密封氣含氧量為76%。象;進(jìn)亼9月份,受環(huán)境溫度降低影響,冷箱基礎部位在此期間,在冷箱壁上不同位置開(kāi)孔插人溫度計探再次出現結霜,外形尺寸約為lhmm:2000×300?，F頭和氧含量分析儀監測各點(diǎn)的溫度和氧含量,測點(diǎn)象3:6月3日,冷箱底部基礎溫度-8℃(正常值-4位置如圖1,監測數據如表2。T7:(南2000mm,000mm,高高27980mm)33500mm)T8:(南T10:(南985mm,29880mm高15900mm)T5:(南24000mm高380mm)T4:(南3100mm,高7200mm)T3:(東1630mm,T1:(南高380mm)圖1開(kāi)孔監測點(diǎn)位置Fig. 1 Open monitoring point location表2冷箱內監測氧含量和溫度數據表Table 2 Monitoring of oxygen content and temperature in the cold box datasheet[廂想想想128-34.32.04.1-1811-143.523.947.8|-161.3飛-1s6.4.82.4|-185218101.819.6-119.030著(zhù)。6299m75.142-28433-6,158718.6255-1613a410.92,822-91.8-7.8n01673.0-29.6700-145380-188.82.7|-18.5166-145016.4-185.019.835.870母8-10255427.0|-47.0500|-19.0-、=mm,:m27.0191.916.324.219.6-174.055。-11.1|n201m-167m.-0.51。.50.0-13.538850-65.8730-113948入度|o|ok。 1.s 4.a 1m.s 24.0-dmm。?！?··0。-1·m·14m。1.2a516·上·n0·1M6.上4第1期孫連杰:淺析空分冷箱泄漏的原因和對策3調查和原因分析漏必須要認真考慮。污染和堵塞:珠光砂可能會(huì )從漏點(diǎn)部位進(jìn)入1.冷箱為什么會(huì )發(fā)生泄漏?泄漏的發(fā)生是由于管線(xiàn)精鎦塔、主冷及換熱器通道內部。熱運動(dòng)及冷箱中的冰凍結在設計的膨脹循環(huán)管之外4.超壓:泄漏的液體氣化或啟動(dòng)時(shí)吹入熱空氣,的結果。一些管線(xiàn),尤其是分析管線(xiàn)特別容易產(chǎn)生會(huì )引起夾層超壓泄漏5.珠光砂沖刷:泄漏介質(zhì)流動(dòng)夾帶珠光砂形成2大多數冷箱都或多或少有一些細微的泄漏,氣流擾動(dòng)形成“氣鋸”,對附近設備管道造成沖刷和這種情況容易使人習以為常。對于大的泄漏:這些…氣割”種類(lèi)的泄漏可能導致嚴重的設備故障,所有的操作6.儀表失真:若為儀表導壓管泄漏,漏量增大會(huì )人員都應該清楚與泄漏有關(guān)的問(wèn)題。重要的是也要造成儀表指示失真,危及裝置平穩運行認識到小的泄漏可能釀成大的事故。7.砂爆:液體漏量增大,大量氣化,冷箱內壓力3冷箱是低溫精餾產(chǎn)出氧氮產(chǎn)品的核心,其中會(huì )升高,嚴重時(shí)有引起砂爆的可能。液體能在珠光塔器林立,管道縱橫,高度達70m,設備管道壓力從砂內形成“液池”。如果裝置停車(chē)后引進(jìn)空氣加溫幾個(gè)kPa到85MPa,管線(xiàn)直徑從DN120至DN12重啟,液體會(huì )快速蒸發(fā),導致冷箱被破壞。不等,設備的工作溫度從常溫至-196℃4冷箱內設備多為高強度鋁合金5083,管線(xiàn)多5維持運行的措施和對策為普通鋁合金5A02,鋁材導熱系數高,但強度相對1.BQG冷箱珠光砂填裝量110n0多,扒砂檢較低,鋁合金的線(xiàn)膨脹系數一般為23.8*修時(shí)間長(cháng),且冷箱基礎溫度、夾層氣含氧量和壓力能0.000℃,在金屬中是較大的。一條自冷箱底部夠維持,制定了加強監控,維持運行的策略,對冷箱引至頂部的液氮管線(xiàn),從常溫降至-1%6℃,僅熱脹實(shí)施特護方案,現場(chǎng)每2h監測一次冷箱的壓力、結冷縮的長(cháng)度就達到0.5m之多;霜、變形等情況,冷箱夾層氣壓力突變100Pa時(shí),基5冷箱內部苛刻的工作條件管線(xiàn)材質(zhì)和強度,礎溫度突降10℃時(shí)通知裝置主管,并增加動(dòng)態(tài)報警管道補償和管架設計合理性決定了冷箱是空分裝點(diǎn)。置的薄弱環(huán)節。其中儀表管線(xiàn)往往是冷箱中最薄弱2.在確保冷箱夾層氣壓力不升的前提下,對冷的管環(huán)節,一般為Φ12×1的普通鋁合金,管線(xiàn)長(cháng)、箱底部結冰凍堵的通風(fēng)孔使用蒸氣伴熱管逐漸將其焊縫多、易受沖擊變形、斷裂,導致整個(gè)冷箱被迫扒疏通,并保持通風(fēng)孔暢通。砂檢修3.中控每2h記錄一次冷箱基礎溫度、塔內壓6.隨著(zhù)煤化工的發(fā)展氧氣需求量增大,且大型力及冷箱夾層壓力,嚴格控制冷箱夾層壓力900Pa空分相對能耗降低,冷箱規模急劇增大,一旦造成事以?xún)?防止冷箱安全閥起跳出現噴砂。故,危害性大大增加。在快速發(fā)展過(guò)程中,設計還得4.將冷箱密封氣改為氮氣,盡量降低夾層氣含不到充分的時(shí)間驗證完善,鑒于冷箱內配管的局限氧量,并控制好冷箱各個(gè)進(jìn)入口的氮氣量在10性,本質(zhì)安全得不到確切保證。Nm/h以上,防止冷箱出現負壓吸亼潮濕空氣。4冷箱泄漏的風(fēng)險5.增加冷箱分析點(diǎn)氧含量分析頻率,由原先的1次/季度改為分析2次/d1.富氧:泄漏介質(zhì)是液氧或氣氧,會(huì )造成冷箱內6.對冷箱的呼吸閥進(jìn)行定期校驗檢査,同時(shí)在氧含量持續升高,極其危險。做好防雨措施的前提下,根據需要對冷箱呼吸閥、人2.低溫凍裂:低溫液體泄漏會(huì )導致冷箱基礎溫孔適當開(kāi)口以便冷箱泄壓及置換。目前打開(kāi)卸壓孔度下降,基礎凍壞、冷箱板凍裂。如果是液體泄漏,共6處:主冷箱東側35m處微開(kāi)1個(gè)安全閥蓋板泄漏的液體可能通過(guò)珠光砂流到基礎上或一個(gè)相鄰主冷箱北側18m處微開(kāi)1個(gè)安全閥蓋板;主冷箱西的位置,甚至沿著(zhù)垂直或水平管流至冷箱的其它地側18m處微開(kāi)1個(gè)安全閥蓋板;低壓板式換熱器頂低溫與特氣第34卷7.為防止靜電、明火等引起爆燃,切斷冷箱壁一壓,但是要嚴格保證塔內壓力大于冷箱夾層內壓力,切電源,包括冷箱內液位計使用的電加熱器,在冷箱要求塔內壓力大于冷箱夾層內壓力10kPa,避免珠10m范圍禁止動(dòng)火作業(yè),并拉警戒線(xiàn)以告知。光砂反向漏入塔內。8.針對儀表失真制定應對措施,制定了液空調3)迅速排放塔內液體,現場(chǎng)無(wú)法進(jìn)入時(shí)開(kāi)啟工節閥、粗氬Ⅱ底部液位等調節閥波動(dòng)處理方案。藝氧泵出口自動(dòng)排液閥,將液體安全排放到排液蒸9操作人員巡檢時(shí)必須兩人一組,巡查冷箱四發(fā)器。周有無(wú)異常情況,巡檢時(shí)需佩戴氧含量報警儀。4)冷箱泄漏時(shí)必須確認現場(chǎng)不會(huì )造成人身傷10.如空分裝置停車(chē)發(fā)現有液體泄漏時(shí),要停止害才可以進(jìn)入冷箱周?chē)M(jìn)行處置。冷箱內供密封氮氣,防止液體快速蒸發(fā),冷箱內壓力14.在確保裝置正常運行的前提下,通過(guò)紅外線(xiàn)上升,引起砂爆。成像儀檢測冷箱上整體的溫度分布情況;并嘗試在11.如空分裝置停車(chē),要嚴格控制塔內壓力及冷冷箱上開(kāi)孔,通過(guò)插入熱電阻和取樣分析氧含量的箱內壓力,要求塔內壓力大于冷箱內壓力10kPa,避方式,判斷冷箱內泄漏點(diǎn)的具體位置,找到具體位置免珠光砂漏入塔內。迅速排放主冷液位,將液體安后,在確保安全的前提下探索實(shí)施不停車(chē)堵漏方案。全排至排液蒸發(fā)器。12.出現下列情況停車(chē):有液體大量泄漏或冷6冷箱檢修徹底消除泄漏點(diǎn)箱內基礎溫度持續降低;現場(chǎng)檢査冷箱壁有凍裂、基1.在冷箱堅持帶病運行接近21個(gè)月之后,2015礎損毀等現象;冷箱夾層內氧含量大幅上漲;冷箱夾年3月4日,該空分裝置開(kāi)始停車(chē)檢修,于4月10層壓力持續上升;當冷箱發(fā)生較大泄漏,危急人員或日14:45實(shí)現一次開(kāi)車(chē)成功,總共歷時(shí)37d,圓滿(mǎn)設備安全的重大、異常工藝變化:例如發(fā)現上塔壓完成冷箱檢修任務(wù),創(chuàng )造了國內相同規?？辗謾z修力、下塔壓力、冷箱密封氣壓力發(fā)生突變、冷箱噴砂、時(shí)間最短的先例。3月4日12:00裝置停車(chē);3月8冒出低溫蒸汽云應緊急?？諌簷C。日9:40冷箱扒砂開(kāi)始;3月19日16:00冷箱扒砂完13.制定冷箱泄漏緊急處置預案并培訓至每一成;3月20日冷箱內水沖洗掃砂;3月21日開(kāi)始搭位操作員工。工藝應急處置要點(diǎn)設腳手架;3月25日13:30冷箱開(kāi)始充壓初次查1)及時(shí)切斷進(jìn)塔空氣防止泄漏持續擴大造成漏,16:00腳手架搭設完畢;3月26日冷箱施工改造冷箱破裂及砂爆事故。在確認大量液體泄漏的情況全面鋪開(kāi);3月29日冷箱施工改造完成開(kāi)始查漏:3下要及時(shí)關(guān)閉冷箱夾層密封氣總閥,防止加劇液體月31日冷箱內查漏完成,開(kāi)始拆腳手架;4月3日汽化冷箱超壓。拆腳手架完成,10:00開(kāi)始裝砂;4月7日冷箱裝砂2)空分裝置停車(chē)后,通過(guò)冷箱各放空閥緊急泄完成。4月10日1445主裝置高壓氧合格外供。表3冷箱內泄漏點(diǎn)一覽表Table 3 list of leak in the cold box位置坐(m)遙度〔℃)f1空氣分型后管與x距際|1攻。量大中703PNO 25AL塔液氮管線(xiàn)連接處附近焊口NL·高度174m箱東南:-193中30725AL上塔丟主渾002兩后排液管FT65702粗氙至粗氫瓶量計處高度30m今箱中冷后度探頭墊片處高信冷箱東北部度2m令箱東南部精國第1期孫連杰:淺析空分冷箱泄漏的原因和對策152.冷箱檢修過(guò)程中共査漏、消漏16處,其中最冷箱內管道正常伸縮,小管道由于位于大管道上方關(guān)鍵一處漏點(diǎn)為冷箱49m高度處液空氣液分離器且與上塔直接相連,在加溫過(guò)程中珠光砂阻礙了大底部排液管根部焊縫裂開(kāi)(DN20),判斷此漏點(diǎn)為冷管道的伸縮,大管道下方的小管道正常伸縮時(shí)撞上箱泄漏的主要漏點(diǎn)(冷箱內泄漏點(diǎn)情況見(jiàn)表3);同了大管道,致使該三通根部與上方大管道擠壓變形,時(shí)泠箱內部更換低溫熱電阻芯42只、低溫電纜出現裂紋。1351m,儀表導壓管/分析管根部保護改造105處,2)管道壓裂后,三通裂口朝向上塔,管道內的儀表管的碳鋼支架改為不銹鋼支架36個(gè),重要管線(xiàn)富氧液空噴向上塔,富氧液空漸漸在冷箱內沿塔壁三通處增加加強筋13處;修復損壞變形的工藝管線(xiàn)流向基礎,富氧液空中的氮則蒸發(fā)。隨著(zhù)時(shí)間的推6處,去除排液管線(xiàn)3處;去除多余塔體分析取樣點(diǎn)移,珠光砂在裂口位置的摩擦使裂口變的越來(lái)越薄10處,完成了冷箱內部管線(xiàn)改造任務(wù)。裂口隨之擴大。這是冷箱夾層氣內氧含量升高的根3.根據扒砂前期泠箱出現的現象、監測的數據、本原因扒砂后冷箱內管道泄漏點(diǎn)的泄漏狀態(tài)和位置,可以得出結論引起冷箱出現冷箱密封氣內含氧量高、冷7實(shí)施效果檢驗箱密封氣超壓、冷箱基礎溫度低的直接原因是WNL42425*2.5AL管道泄漏引起(見(jiàn)圖2)。1.從2013年6月發(fā)現冷箱泄漏至2015年3月空分停車(chē)檢修,冷箱堅持帶病運行接近21月之久,且冷箱基礎溫度、夾層氣含氧量和夾層氣壓力得到較好地控制,滿(mǎn)足了客戶(hù)的供氣需求,這說(shuō)明采取第一次查漏的維持運行的措施是有效的。同時(shí)該公司做好了冷箱泄漏加重導致突然停車(chē)和等待時(shí)間窗口計劃檢修的相關(guān)方案,如冷箱扒砂檢修方案,冷箱檢修氣密查漏方案、冷箱檢修腳手架搭設方案、冷箱內儀表取壓管線(xiàn)改造方案和冷箱檢修期間氧氮氣供應方案等。2.通過(guò)冷箱檢修,徹底消除了冷箱泄漏影響裝置穩定運行的隱患。從目前冷箱運行的數據看,冷圖2WNL12425*2.5AL管道泄漏情況箱東南角結冰消失,冷箱上打開(kāi)的卸壓孔全部關(guān)閉Fig 2 WNL--2-qp25*2. 5-AL pipeline leakage point夾層氣壓力恢復正常值,夾層氣含氧量由80%降至1)冷箱經(jīng)過(guò)長(cháng)期運行,珠光砂已經(jīng)粉末化,冷0.2%。箱上的橡皮閥門(mén)套老化,冷箱密封性變差,在冷箱經(jīng)作者簡(jiǎn)介歷多次開(kāi)停車(chē)后,冷箱內珠光砂的含水量已經(jīng)比較孫連杰(1973),男,工程師,2002年畢業(yè)于青島科技大高,使冷箱內大部分珠光砂結成了冰塊,在冷箱加溫學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè),現于淄博齊魯比歐西氣體有限責過(guò)程中,冰塊并不會(huì )被加溫融化,冰塊的重壓阻礙了任公司從事技術(shù)管理工作。郵箱:lian-jie.smn@olinde.com太陽(yáng)能分解水制氫取得新進(jìn)展近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在太陽(yáng)這個(gè)材料易受光腐蝕,光電流起始電位偏正且其光能光電催化分解水制氫研究方面取得新進(jìn)展。這電流偏低,嚴重制約其光電催化性能的提高。研究研究成果拓展了空穴儲存層的應用,形成理性設計人員在以Ta3N5為基礎的高效半導體光陽(yáng)極的設高效光電極的新策略和新思路,為實(shí)現高效太陽(yáng)燃計構建研究中,利用空穴儲存層(HSL)和電子阻擋料制備提供重要的研究基礎。層進(jìn)行界面修飾,并結合表面分子助催化劑,所構建半導體材料Ta3N5由于其能帶結構符合熱力的復合光陽(yáng)極體系在基準水分解電位(1.23V)下獲學(xué)分解水的基本要求,且具有寬光譜響應性質(zhì),是當得了接近其理論極限的光電流(12.9mA/cm2)。這「太陽(yáng)能分解水制氡領(lǐng)城研究的熱點(diǎn)材料之是目前國際最高的光電流