空分设备冷箱内泄漏的分析与处理
罗国兵, 鞠玉明
(烟台万华聚氨酯股份有限公司, 山东省烟台市幸福南路7号 264002)
摘要:针对KDON 1000/1700/30型空分设备2003年和2005年两次冷箱内泄漏的故障现象, 通过分析、判断, 找到了引起内泄漏故障的原因; 从检修和日常管理等方面提出了改进建议。
关键词:空分设备; 冷箱; 内泄漏
中图分类号:TQ116 11 文献标识码:B
Analysis and treatment of internal leakage in the cold box of air separation unit
Luo Guo bing, Ju Yu ming
(Yantai Wanhua Polyurethane Co , Ltd , 7Xingfu South Road, Yantai 264002, Shandong, P R China) Abstract:Internal leakage malfunctions in the cold box of a KDON 1000/1700/30type air separation unit happened in 2003and 2005are introduced. A detailed discussion is made for the causes of malfunctions, based on analysis and diagnosis. Some corresponding proposals are presented from the aspects of examination, repair and daily maintenance, etc.
Keywords:Air separation unit; Cold box; Internal leakage
烟台万华聚氨酯股份有限公司KDON-1000/1700/30型空分设备由开封空分(集团) 有限公司设计、制造, 于2000年建成投产, 各项产品质量、技术参数均达到设计指标。在空分设备运行期间, 考虑到冷箱内可能存有杂物(如固体二氧化碳等) , 故每年大修时均对设备进行彻底加温, 而在2003年和2005年的两次加温后开车中出现冷箱内泄漏故障。
空分设备操作规程的要求, 考虑空分设备已连续运行3年(以每次大加温为界) , 装置内可能存有杂物(如固体二氧化碳等) , 决定在大修后开车时对空分设备进行彻底加温。
6月18日07 00, 空分设备停车, 其内的液体全部排尽, 打开各排放口使冷箱内设备自然升温。6月19日18 00, 开始对装置进行加温。此时装置内温度在-85! , 加温气源为压缩吸附后的常温、干燥空气。
6月21日19 30, 加温结束, 测得冷箱内最高温度为31 8! 。
6月21日19 40, 启动膨胀机, 开始对冷箱内设备进行冷却、积液。
6月22日08 00, 当主冷温度达到-180! 时, 将液氧贮槽的液体返充到主冷。
6月22日11 00, 主冷液氧液位达到1800mm, 分析氮气纯度为99 999%, 开始向用户送气。
1 流程简介
KDON 1000/1700/30型空分设备采用分子筛净化吸附、增压透平膨胀机、全精馏无氢制氩外压缩流程, 下塔为筛板塔, 上塔和氩塔采用规整填料塔。其精馏系统部分流程如图1所示。
2 故障现象
2 1 2003年冷箱内泄漏
2003年6月开始一年一度的大修工作, 根据
收稿日期:2006 11 20; 修回日期:2007 08 13
作者简介:罗国兵(1980 ) , 男, 助理工程师, 2004年毕业于河南理工大学热能与动力工程专业, 现为烟台万华聚氨酯股份有限公司气体车间技术员。
∀
图1 KDON 1000/1700/30型空分设备精馏系统部分流程示意图
此时, 主冷液氧液位不升反降。怀疑是由于下塔工况调节过大, 氧气蒸发量过大而造成的。重新调节下塔工况, 但主冷液位继续下降。当关闭V2阀时, 主冷液氧液位上升; 再次打开V2阀, 主冷液氧液位下降。经过多次开关V2阀, 怀疑问题可
能在V2阀以后的管路上。又经仪表校对、处理, 液氧液位仍然下降。
因此, 断定是V2阀以后的液氮管道泄漏, 造成上塔无回流液进入, 从而导致主冷液氧液位不断下降。于是打开冷箱, 扒卸珠光砂, 发现在DN80mm 的液氮主管引出的DN25mm 液氮管焊口处有熔化样的洞口。之后对此部位进行补焊处理, 消除了冷箱内泄漏故障。2 2 2005年冷箱内泄漏
2005年空分设备大修时也出现了一次类似的故障。考虑到2004年大修对装置没有进行彻底加温, 主换热器热端温差较大, 怀疑主换热器内可能存有杂物(如固体二氧化碳等) , 准备2005年10月大修时对装置进行彻底加温。
10月16日08 30, 停车进行检修。
10月17日19 20, 启动空压机, 检修完毕开车加温。
10月18日13 55, 启动膨胀机, 开始冷却积液。此时塔内最高温度点温度为下塔12! , 上塔
顶部温度为-9 8! , 主冷温度为-9 2! , 加温历时18小时35分钟。
10月19日01 20, 下塔出现液空, 03 45下塔温度-163 4! , 上塔顶部温度-173 5! , 主冷温度-179 8! , 温度基本无变化, 主冷液氧液位达9mm, 开始返充液氧, 以缩短积液时间, 开始调纯。
10月19日05 40, 氮气纯度为99 999%, 启动氮压机向外输送合格氮气。
10月19日06 30, 氧气纯度为99 6%, 启动氧压机向外输送合格氧气。
此时, 同样出现主冷液氧液位不升反降的现象, 基础温度缓慢下降, 冷箱内压力上升。怀疑冷箱内有漏点, 并且是与主冷有密切相关的液空或液氮管道。于是, 进行如下试验:开大V2阀、关小V1阀, 发现主冷液氧液位开始突然上升后又下降; 关小V2阀、开大V1阀, 发现主冷液氧液位下降得更快。多次试验现象一致。由此分析, 漏点可能在V1阀或V2阀之后。
根据上述现象可得出, 最有可能的是V2阀后有漏点。于是开始扒珠光砂检修。珠光砂扒完之后做气密性试验发现:V4阀后管道与V2阀后管道的交会处(液氮进入上塔之前) DN25mm 的管道从上向下断裂。将断口部位的管道切割掉, 更换新管, 并用氩弧焊焊接。
3 原因分析
3 1 2003年冷箱内泄漏原因
在DN80mm 的液氮主管引出的DN25m m 液氮管焊口处有熔化样的洞口, 此洞是安装过程中遗留的缺陷, 而在检漏过程中忽略了该缺陷。经过将近3年的运行, 小沙眼变成足以破坏运行工况的小洞口。当空分设备正常运行时, 液体由小沙眼渗漏, 由于设备建成后没有通入密封气, 阀门与冷箱壁密封不严, 使冷箱外的湿空气侵入与低温气体接触而造成结冰, 把珠光砂冻成团状物。当给设备加温后, 其周围的珠光砂解冻, 漏点暴露。再启动空分设备后, 液体沿着松散的珠光砂外泄而没有进入上塔, 使主冷液氧液位下降。3 2 2005年冷箱内泄漏原因
2005年空分设备大修时发生的内泄漏故障同样是由于该处的DN25mm 管断裂造成液氮泄漏, 使上塔回流液减少, 当主冷积液量少于蒸发量时, 主冷液氧液位下降。
V4阀后管道与V2阀后管道的交会处DN25m m 管从上向下断裂原因主要有以下几个方面。3 2 1 管道安装不合理
V4阀前管道与垂直线有很大角度, 接近水平安装, 但安装时却没有设置支撑架。3 2 2 有重物从上向下撞击管道
由于安装时阀门与冷箱的结合部位没有密封好, 造成冷箱内密封效果差, 有时甚至出现负压, 这时大气中的水蒸气进入冷箱, 并和珠光砂一起在低温管道处冻结形成团状物。当设备加温时珠光砂
团脱离管道向下坠落, 压在管道上, 使管道在受力集中的地方断裂。另外, 进冷箱内试漏时发现管道被紧压在脚手架的钢管下面, 可能是由于在扎架子时又一次从上向下砸管道, 使裂口加大。3 2 3 应力集中
应力集中常常发生在局部区域突变的界面上, 当应力集中处的最大应力达到强度极限时, 该处将开裂。实际断口符合上述条件, 故认为是剪切应力所致。
3 2 4 强度不够
在2003年发现泄漏后, 没有更换存有大面积漏点的DN80mm 管道, 只进行补焊, 从而使该处的合金量降低, 强度减弱。
4 经验与结论
通过对两次冷箱内泄漏故障的处理, 深刻认识到空分设备从设计、安装、调试到正式投入运行、以及正常运行期间的维护保养, 都是一项严谨细致的工作, 在今后的生产过程中应注意以下几个方面:
(1) 设备安装、做气密性试验时, 用户都要跟踪检查。
(2) 设备检修及验收时, 都要逐项检查, 不留死角。
(3) 冷箱内外连接处要密封严实, 减少冷损和空气侵入, 冷箱密封气必须通入。
(4) 日常工艺操作中, 严格遵守操作规程, 严格控制各项工艺参数, 尤其是各控制点温度、压力不能骤变, 操作要缓慢。
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中外合资唐山唐钢气体有限公司成立
由唐钢集团唐钢股份公司与中国气体工业投资公司(美国) 合资组成的唐山唐钢气体有限公司, 于2007年3月28日举行了揭牌仪式, 开始正式运行。
唐山唐钢气体有限公司注册资本7 92亿元, 合营期限为30年, 合资双方各占50%。唐钢以现有资产作价出资,
中国气体工业投资公司以现金出资6000万美元用于企业升级改造和市场开发。该公司供氧能力为10万m 3/h, 未来将达到18万m 3/h 。
本 刊
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空分设备冷箱内泄漏的分析与处理
罗国兵, 鞠玉明
(烟台万华聚氨酯股份有限公司, 山东省烟台市幸福南路7号 264002)
摘要:针对KDON 1000/1700/30型空分设备2003年和2005年两次冷箱内泄漏的故障现象, 通过分析、判断, 找到了引起内泄漏故障的原因; 从检修和日常管理等方面提出了改进建议。
关键词:空分设备; 冷箱; 内泄漏
中图分类号:TQ116 11 文献标识码:B
Analysis and treatment of internal leakage in the cold box of air separation unit
Luo Guo bing, Ju Yu ming
(Yantai Wanhua Polyurethane Co , Ltd , 7Xingfu South Road, Yantai 264002, Shandong, P R China) Abstract:Internal leakage malfunctions in the cold box of a KDON 1000/1700/30type air separation unit happened in 2003and 2005are introduced. A detailed discussion is made for the causes of malfunctions, based on analysis and diagnosis. Some corresponding proposals are presented from the aspects of examination, repair and daily maintenance, etc.
Keywords:Air separation unit; Cold box; Internal leakage
烟台万华聚氨酯股份有限公司KDON-1000/1700/30型空分设备由开封空分(集团) 有限公司设计、制造, 于2000年建成投产, 各项产品质量、技术参数均达到设计指标。在空分设备运行期间, 考虑到冷箱内可能存有杂物(如固体二氧化碳等) , 故每年大修时均对设备进行彻底加温, 而在2003年和2005年的两次加温后开车中出现冷箱内泄漏故障。
空分设备操作规程的要求, 考虑空分设备已连续运行3年(以每次大加温为界) , 装置内可能存有杂物(如固体二氧化碳等) , 决定在大修后开车时对空分设备进行彻底加温。
6月18日07 00, 空分设备停车, 其内的液体全部排尽, 打开各排放口使冷箱内设备自然升温。6月19日18 00, 开始对装置进行加温。此时装置内温度在-85! , 加温气源为压缩吸附后的常温、干燥空气。
6月21日19 30, 加温结束, 测得冷箱内最高温度为31 8! 。
6月21日19 40, 启动膨胀机, 开始对冷箱内设备进行冷却、积液。
6月22日08 00, 当主冷温度达到-180! 时, 将液氧贮槽的液体返充到主冷。
6月22日11 00, 主冷液氧液位达到1800mm, 分析氮气纯度为99 999%, 开始向用户送气。
1 流程简介
KDON 1000/1700/30型空分设备采用分子筛净化吸附、增压透平膨胀机、全精馏无氢制氩外压缩流程, 下塔为筛板塔, 上塔和氩塔采用规整填料塔。其精馏系统部分流程如图1所示。
2 故障现象
2 1 2003年冷箱内泄漏
2003年6月开始一年一度的大修工作, 根据
收稿日期:2006 11 20; 修回日期:2007 08 13
作者简介:罗国兵(1980 ) , 男, 助理工程师, 2004年毕业于河南理工大学热能与动力工程专业, 现为烟台万华聚氨酯股份有限公司气体车间技术员。
∀
图1 KDON 1000/1700/30型空分设备精馏系统部分流程示意图
此时, 主冷液氧液位不升反降。怀疑是由于下塔工况调节过大, 氧气蒸发量过大而造成的。重新调节下塔工况, 但主冷液位继续下降。当关闭V2阀时, 主冷液氧液位上升; 再次打开V2阀, 主冷液氧液位下降。经过多次开关V2阀, 怀疑问题可
能在V2阀以后的管路上。又经仪表校对、处理, 液氧液位仍然下降。
因此, 断定是V2阀以后的液氮管道泄漏, 造成上塔无回流液进入, 从而导致主冷液氧液位不断下降。于是打开冷箱, 扒卸珠光砂, 发现在DN80mm 的液氮主管引出的DN25mm 液氮管焊口处有熔化样的洞口。之后对此部位进行补焊处理, 消除了冷箱内泄漏故障。2 2 2005年冷箱内泄漏
2005年空分设备大修时也出现了一次类似的故障。考虑到2004年大修对装置没有进行彻底加温, 主换热器热端温差较大, 怀疑主换热器内可能存有杂物(如固体二氧化碳等) , 准备2005年10月大修时对装置进行彻底加温。
10月16日08 30, 停车进行检修。
10月17日19 20, 启动空压机, 检修完毕开车加温。
10月18日13 55, 启动膨胀机, 开始冷却积液。此时塔内最高温度点温度为下塔12! , 上塔
顶部温度为-9 8! , 主冷温度为-9 2! , 加温历时18小时35分钟。
10月19日01 20, 下塔出现液空, 03 45下塔温度-163 4! , 上塔顶部温度-173 5! , 主冷温度-179 8! , 温度基本无变化, 主冷液氧液位达9mm, 开始返充液氧, 以缩短积液时间, 开始调纯。
10月19日05 40, 氮气纯度为99 999%, 启动氮压机向外输送合格氮气。
10月19日06 30, 氧气纯度为99 6%, 启动氧压机向外输送合格氧气。
此时, 同样出现主冷液氧液位不升反降的现象, 基础温度缓慢下降, 冷箱内压力上升。怀疑冷箱内有漏点, 并且是与主冷有密切相关的液空或液氮管道。于是, 进行如下试验:开大V2阀、关小V1阀, 发现主冷液氧液位开始突然上升后又下降; 关小V2阀、开大V1阀, 发现主冷液氧液位下降得更快。多次试验现象一致。由此分析, 漏点可能在V1阀或V2阀之后。
根据上述现象可得出, 最有可能的是V2阀后有漏点。于是开始扒珠光砂检修。珠光砂扒完之后做气密性试验发现:V4阀后管道与V2阀后管道的交会处(液氮进入上塔之前) DN25mm 的管道从上向下断裂。将断口部位的管道切割掉, 更换新管, 并用氩弧焊焊接。
3 原因分析
3 1 2003年冷箱内泄漏原因
在DN80mm 的液氮主管引出的DN25m m 液氮管焊口处有熔化样的洞口, 此洞是安装过程中遗留的缺陷, 而在检漏过程中忽略了该缺陷。经过将近3年的运行, 小沙眼变成足以破坏运行工况的小洞口。当空分设备正常运行时, 液体由小沙眼渗漏, 由于设备建成后没有通入密封气, 阀门与冷箱壁密封不严, 使冷箱外的湿空气侵入与低温气体接触而造成结冰, 把珠光砂冻成团状物。当给设备加温后, 其周围的珠光砂解冻, 漏点暴露。再启动空分设备后, 液体沿着松散的珠光砂外泄而没有进入上塔, 使主冷液氧液位下降。3 2 2005年冷箱内泄漏原因
2005年空分设备大修时发生的内泄漏故障同样是由于该处的DN25mm 管断裂造成液氮泄漏, 使上塔回流液减少, 当主冷积液量少于蒸发量时, 主冷液氧液位下降。
V4阀后管道与V2阀后管道的交会处DN25m m 管从上向下断裂原因主要有以下几个方面。3 2 1 管道安装不合理
V4阀前管道与垂直线有很大角度, 接近水平安装, 但安装时却没有设置支撑架。3 2 2 有重物从上向下撞击管道
由于安装时阀门与冷箱的结合部位没有密封好, 造成冷箱内密封效果差, 有时甚至出现负压, 这时大气中的水蒸气进入冷箱, 并和珠光砂一起在低温管道处冻结形成团状物。当设备加温时珠光砂
团脱离管道向下坠落, 压在管道上, 使管道在受力集中的地方断裂。另外, 进冷箱内试漏时发现管道被紧压在脚手架的钢管下面, 可能是由于在扎架子时又一次从上向下砸管道, 使裂口加大。3 2 3 应力集中
应力集中常常发生在局部区域突变的界面上, 当应力集中处的最大应力达到强度极限时, 该处将开裂。实际断口符合上述条件, 故认为是剪切应力所致。
3 2 4 强度不够
在2003年发现泄漏后, 没有更换存有大面积漏点的DN80mm 管道, 只进行补焊, 从而使该处的合金量降低, 强度减弱。
4 经验与结论
通过对两次冷箱内泄漏故障的处理, 深刻认识到空分设备从设计、安装、调试到正式投入运行、以及正常运行期间的维护保养, 都是一项严谨细致的工作, 在今后的生产过程中应注意以下几个方面:
(1) 设备安装、做气密性试验时, 用户都要跟踪检查。
(2) 设备检修及验收时, 都要逐项检查, 不留死角。
(3) 冷箱内外连接处要密封严实, 减少冷损和空气侵入, 冷箱密封气必须通入。
(4) 日常工艺操作中, 严格遵守操作规程, 严格控制各项工艺参数, 尤其是各控制点温度、压力不能骤变, 操作要缓慢。
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中外合资唐山唐钢气体有限公司成立
由唐钢集团唐钢股份公司与中国气体工业投资公司(美国) 合资组成的唐山唐钢气体有限公司, 于2007年3月28日举行了揭牌仪式, 开始正式运行。
唐山唐钢气体有限公司注册资本7 92亿元, 合营期限为30年, 合资双方各占50%。唐钢以现有资产作价出资,
中国气体工业投资公司以现金出资6000万美元用于企业升级改造和市场开发。该公司供氧能力为10万m 3/h, 未来将达到18万m 3/h 。
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