KDON.4000／3000型空分设备的技术改造

KDON．4000／3000型空分设备的技术改造刘连刚，韩学华(山东寿光巨能特钢有限公司，山东寿光北洛工业园262711)山东寿光巨能特钢有限公司(以下简称：特钢公司)KDON．4000／3000型空分设备采用DCS控制、分子筛吸附流程，设计氧气产量为3900m3／h，液氩产量120m3h(折合气态，下同)，液氧产量100m3h。由于设备本身的设计、制造和安装均存在不同程度的缺陷，自投运以来问题不断。半年内更换膨胀机转子15个，经过四次扒砂处理，到2004年3月底，仍然不能维持正常运行工况。冷损严重，需要每天向主冷倒灌2m3左右的液氧来维持主冷液氧液位，使主冷内的有害杂质不能被及时清除，对主冷运行存在极大的危胁；分馏塔冷箱壁结冰较多，分馏塔基础温度在一70℃以下，只能从基础底部通风口通人氮气以维持基础温度等。为了彻底解决空分设备存在的问题，早日实瑚稳定、安全运行，经过特钢公司和制造厂协商，决定2005年4月上旬对该空分设备进行一次全面、彻底的检修和改造。1液氩汽化及氮气供应系统的改造1．1液氩汽化系统的改造由于特钢公司没有设置液氮储罐，当空分设备停车以后，无法为其他生产厂家提供足够的氮气，但现有一个液氩储罐一直没有用。计划将现有液氩汽化系统进行部分改造，使其可以根据生产需要分别提供合格的氮气或氩气。将汽化器出口管道分别与氮气和氩气供应管道相连，在连接管道上分别加一个截止阀和逆止阀，即可达到上述要求。改造后的液氩(氮)汽化系统如图1所示。1．2氮气供应系统的改造特钢公司氮气供应系统配有三台1500m3/h的氮压机和一个400氮气储罐。因为没有自动调节稳压系统，所以氮气供应压力因外界用气量的变化而波动很大，需要频繁启动氮压机。既造成氮压机电能消耗和维护费用的增加，又对氮气用户设备的安全生产造成威胁。因此决定增加一套氮气自动调节减压系统，在氮气储罐之后安装减压自动调节阀以及相应的仪控系统，并且在减压自动调节阀前安装自动放空阀，防止因氮气储罐超压而发生安全事故。1．3改造效果液氩汽化及氮气供应系统改造后，当2004年3月21日空分设备停车时，为其他生产厂提供了合格的气体产品。氮气自动调节减压系统自2004年3月26日投运以来运行稳定，各方面效益明显。首先，改造后氮气的供气压力十分平稳，没有发生任何因压力不稳而影响生产的现象，同时加装了氮气供应流量计，为特钢公司的成本核算提供了可靠的数据；其次，改造后氮压机的排气压力由原来的1．1MPa提高到2．OMPa，氮压机的运行负荷大为提高，从原来经常运行三台氮压机减少到运行两台甚至一台，并减少了开、停次数。这样不但节约了大量的运行费用和维护费用，还为氮压机的长期安全、稳定运行创造了有利条件；再者就是由于安装了自动放空系统，当减压前压力超过2．OMPa时，自动放空系统会自行启动，杜绝了氮压机超压运行事故的发生，保证了输气管道和氮压机的安全。整套系统由特钢公司自行设计，并且仪控系统全部自行安装、调试。2空分设备主塔及前序设备的改造结合该空分设备当前的运行状况以及所有运行参数，经过仔细分析和研究，找到了存在的主要问题和缺陷，并制定了详细的检修和改造方案。根据特钢公司现有液化汽化系统和炼钢等生产厂家用气的实际情况，制定了检修期间的气体供应方案。2．1存在的主要问题及解决方案(1)冷箱内西南侧某点的基础温度一直在一70℃以下，低于正常值40℃左右。据此判断在冷箱西南侧可能有液体管道泄漏液体，检修时这个位置的设备和管道应作为重点来进行检杏。(2)珠光砂质量不好，几次扒砂后珠光砂受潮非常严重，保温效果很差，这也是冷损大的一个重要因素。因此有必要更换质量较好的珠光砂。(3)该空分设备分子筛纯化系统只配备了一套分子筛电加热系统，并且未安装电加热器再生气出口阀门。如果电加热器加热管被烧坏，加热温度就达不到要求，而且在更换分子筛电加热器的时候，势必要破坏正常的运行工况，影响炼钢、炼铁等生产厂的正常供气需要。计划在分子筛电加热器再生气出口增加一控制阀门，再备用一套电加热器芯子，利用冷吹的时间进行更换。不但能解决上述问题，还可减少一套电加热系统。(4)空分设备启动用的仪表空气压缩机没有安装干燥系统，因此造成了一部分气动调节阀被空气中的水锈蚀或结冰而造成卡涩，无法进行正常调节(水冷塔进水调节阀就现过这个问题)。计划将仪表空压机出口管道接至分子筛纯化系统充气管道上，以彻底解决这个问题。(5)水冷塔溢水口一直有水溢出，并且水中带有较多气体，水流不平稳，水冷塔顶部几乎无气体逸出，气、水几乎无换热。根据此现象判断，极有可能是水冷塔底部、顶部有堵塞，需要打开水冷塔进行检查才能确定。(6)分子筛纯化系统气动电磁阀全部暴露在室外，并且所有电磁阀电源共用一个断路器。这样很有可能由于各种原因引起其中一个或几个电磁阀短路而造成分子筛纯化系统全部停止运行。如果不能及时处理将会造成严重后果。因此需加装一个电源失电报警系统。2．2改造方案的实施(1)在空分设备停车扒砂时，集中所有检修力量对水冷塔进行了全面处理，加装了分子筛纯化系统电加热器出口截止阀，将仪表空气压缩机出口接至分子筛纯化系统出口管道，为气动电磁阀安装电源失电报警。在水冷塔检修过程中，发现水冷塔顶部和顶部滤网全部被珠光砂堵塞，布水板开孔太少，并且还有部分布水孔被淤泥堵塞。可见，这些因素使水冷塔溢水。因此将全部珠光砂和淤泥处理干净，将布水板上的布水孔开大并增加了布水孔数目，投运后效果良好。(2)在珠光砂清理完毕后，又对冷箱内所有设备和管道进行检漏，对重点部位(冷箱西南侧的设备和管道)进行详细检查。共查出17处漏点，其中四个较大漏点均在冷箱西南侧，包括粗氩塔液空回流阀、液氮去精氩塔阀、氮气去精氩塔阀、下塔吹除阀，这与预先的分析相吻合。对所有漏点进行了认真细致的处理，并加固了冷箱内所有仪表管线，这在一定程度上也减少了仪表参数的波动。在检查过程中，还发现上塔的抱箍由于液体泄漏冷却过度而断裂。对其进行重新焊接加固处理，确保抱箍安装牢固。(3)在2004年3月30日完成所有检修和改造工作后，对空分设备进行保压试验。经过12h的保压试验，气体残留率为95％。保压完毕后，又对冷箱内所有设备、管道进行全面吹除，4月2日下午下塔露点达到一50℃以下时吹除结束。4月3日11：00开始对冷箱内进行裸冷紧固，4月4日上午，上塔温度降到一40℃时裸冷结束。然后拆掉检修用的脚手架，封闭所有人孔，准备装填珠光砂。4月5日到4月11日经过80多h的工作，向冷箱装填满高质量的珠光砂。(4)在装填珠光砂时，于4月9日17：00开始启动空分设备，在4月11日16：10生产出了合格的氧气和氮气，产量和纯度均达到甚至超过设计要求。这次开机比以前的几次开机缩短了48h。但是在正常运行三天后，因为前期安装和管道断裂，塔内残留部分珠光砂，致使下塔塔板堵塞，下塔阻力过大，回流液和上升气体换热不充分，液氮产生量减少，冷凝蒸发器换热不足，氧气产量和进塔空气量均大幅降低。只好利用液氮冲洗下塔塔板，并将带有珠光砂的液体通过下塔液空排放阀及时排掉。经过三次冲洗才使这一问题得到根本解决。2．3改造效果改造后几个月的运行情况证明，空分设备主塔工况非常稳定，几个改造工程也取得了非常好的效果。水冷塔溢水问题得到彻底解决，换热效果大为改善，循环水温降增大了4℃。分子筛纯化系统电加热器芯子更换了一次，更换过程中对空分设备工况没有产生任何影响。由于安装了失电报警系统，使一起因进水短路引起的气动电磁阀断路器跳闸事故得到及时处理，避免了事故的扩大，对整个特钢公司的生产基本未造成影响。至此，空分设备除了制氩系统外全部正常工作，氧气、氮气的产量以及纯度达到了设计要求，所有运行参数均符合要求，液氧产量也达到了6IIl3／d。而且，空分设备运行的安全、稳定性有了很大提高，大修改造后投运至今未发生过一次影响正常供气的故障。3制氩系统的改造2004年4月13日开始对制氩系统进行调试，但是氩塔阻力和液位一直不稳定，纯度一直达不到要求。经过多次试验未果后，在5月18日暂时停运制氩系统。为尽快生产出液氩，特钢公司成立了液氩调试技术攻关小组，并邀请外单位的液氩调试专家帮助进行调试。从8月15日至8月20日的调试情况来看，很不理想，整个制氩系统运行工况不稳定。3．1存在问题通过分析两次调试情况和数据，初步断定制氩系统存在设备问题。但扒砂检查，却发现制氩系统没有问题。2004年11月14日又开始对制氩系统进行调试，但是以前的问题和现象依然存在。经过全面细致的观察和检查，发现粗氩工塔不凝性气体排放阀气量非常小。经过全面分析，认为制氩系统存在问题的原因可能为：由于该空分设备氩馏分含量氩比较低(4％左右)，并且氩馏分中氧含量与氩含量之和远小于设计值(设计值大于99．999％)，因此氩馏分中氮含量可能比较高，又由于粗氩I塔不凝性气体排放阀气量非常小，氮气排不出去，就越积越多，造成粗氩冷凝器液位波动较大，甚至发生氮塞。为把粗氩I塔中的氮气排放出去，必须加大不凝性气体的排放量。3．2改造方案及效果把粗氩I塔不性凝气体排放阀与仪表空压机进气口连接起来，利用仪表空压机的抽气增加不凝性气体的排放量。效果令人满意，生产出了合格的液氩。但由于氩馏分氩含量只有4％，氩产量只有80n13／h，达不到120m3／h的设计值，但证明分析是正确的。4结束语通过这次全面检修、改造工作，特钢公司操作人员的业务水平有了很大的提高，特别是开拓了工作思路，对今后的工作有很大帮助。在以后的工作中，应通过自身的不断学习和外出学习交流，确保空分设备安全、正常运行。