一起粗氩塔堵塞引起上塔液悬故障的调整、分析与处理

柴敬尧

（鞍山宝得钢铁有限公司制氧厂，辽宁鞍山114000）

一起粗氩塔堵塞引起上塔液悬故障的调整、分析与处理

柴敬尧

（鞍山宝得钢铁有限公司制氧厂，辽宁鞍山114000）

6 500 m3/h空分设备中的粗氩塔在运行过程中发生了故障，导致氩中含氧急剧上升。经故障查找排除了填料冰堵原因，认为是粗氩塔冷凝器发生氩固化所致，在工艺操作控制上采取了相应的防范措施，避免了故障再次发生，保证了正常生产。

粗氩塔；堵塞；故障；氩固化

1 故障及调整经过

鞍山宝得钢铁有限公司2#6500 m3/h空分设备由杭州杭氧股份有限公司设计制造，采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔、全精馏无氢制氩外压缩流程。2007年6月投产，氧、氮、氩的产量和纯度均达到或超过了合同指标，运行状态一直良好。但2013年4月23日，正常运行的空分，粗氩塔突然发生了故障，氩中含氧上升，上塔液悬，氧纯度下降，氧压机被迫停止外送氧气。

2013年4月23日2：15，空分设备部分工艺流程如图1所示，粗氩Ⅱ塔下部液位、液氩泵出口回流阀V703及液氩去粗氩Ⅰ塔阀V713突然开始异常波动，4：05粗氩Ⅰ塔氩中含氧AI702由正常的0.5%迅速上升至满量程5%，5：30切除精氩塔，开粗氩放空阀V712，流量控制在180 m3/h左右；氧气纯度略有下降。将V713由自动状态改为手动，避免因其波动，粗液氩大量进入主冷液氧，影响氧气纯度，主塔工况稳定，氧气纯度开始上涨，粗氩含氧逐渐下降。

13：03粗氩Ⅱ塔阻力PdI702由正常的5 kPa突然上升到10 kPa左右，粗氩Ⅰ塔氩中含氧AI702也迅速增高，持续几分钟后，阻力和粗氩含氧开始下降，13：09粗氩Ⅱ塔阻力又一次突然升高到12.8 kPa，稍关液空去粗氩Ⅱ塔冷凝器阀V701，减小负荷，阻力PdI702又逐渐恢复到5.0 kPa左右，粗氩含氧也重新开始下降。

20：08粗氩Ⅱ塔阻力突然上升到满量程20 kPa，V712没有流量，立即关闭V712；上塔阻力PdI2也随之上涨到满量程10 kPa，且开始波动，主冷液面随之波动，氧气纯度大幅波动，出现“液悬”现象；22：12氧压机被迫打开出口放空阀，停止外送氧气，打循环空转；此时氮气中含氧率0.1×10-6，合格。

（1）调整主塔

由于公司生产任务紧迫，立即启动液氧气化系统，保证供氧压力稳定，勉强维持公司生产。为了尽快恢复氧气纯度，必须消除液悬，稳定主塔工况。首先调整下塔液空纯度，由于氮气纯度合格，因此尽量开大V3，提高液空纯度，使其在36%～38%之间；开大液氮取出阀V8，将多余的液氮送入贮槽，减少去上塔液氮量，避免因氩塔的切除，改变上塔精馏段回流比；其次，空压机减量，稍关V11，降低下塔压力，主冷传热温差减小，热负荷减少，主冷中液氧蒸发量减少，上塔的上升气速会下降，压差减小。通过以上调整，上塔工况趋于稳定，阻力开始下降，氧气纯度慢慢上涨。24日1：37氧气纯度达到99.6%，氧压机恢复送氧，氧气产量控制在5 000 m3/h左右，液悬故障解除。

图1 鞍山宝得6500 m3/h空分设备部分工艺流程图

（2）调整粗氩塔

粗氩冷凝器液空液位上涨，液空回流温度84 K，稍开阀V704至两圈，将温度较低的液空慢慢打回上塔，降低液空液面；粗氩Ⅱ塔阻力仍然是满量程20 kPa，循环氩泵出口回流阀V703（自动状态）全开，V713关闭，粗氩Ⅱ塔底部液位不变，循环氩泵处于打循环状态，氩馏分量不能进入粗氩Ⅱ塔冷凝器被冷凝，持续数小时未见好转，大家一致认为填料发生了严重的堵塞事故。7：22停运循环氩泵，关闭液空去粗氩Ⅱ塔冷凝器V701阀，全开V704，切除粗氩塔，主塔在氩塔不投的情况下维持低负荷生产。

2 故障分析

检查V713、V703阀正常，排除因V713和V703阀开关失灵造成粗氩塔液面波动的可能；打开检查粗氩Ⅱ塔顶部氩侧压力PI701信号管、分析管AE705、AE710，为负压；打开粗氩塔阻力PdI702负压管、分析管AE711，为负压；判断粗氩Ⅱ塔堵塞部位在填料下部，且全部堵死。可能造成填料堵塞的一个是冰粒，一个是氩固化颗粒。

2.1 粗氩Ⅱ塔填料冰堵

2013年初，因公司电网多次停电，造成空分多次开停车，如果V712阀不关或关闭不严，外界空气被吸入，空气中的水蒸汽被冻结在粗氩冷凝器通道上，制氩系统投入运行后，冰粒可能会随液氩经回流管道到达粗氩塔上部，堵塞冷凝器通道或填料上部。但每次意外停车，都是首先关闭V712、V701，全开液空回上塔阀V704，其他依次按规程正常停运氩系统，停车后粗氩Ⅱ塔内始终保持正压，如果有短时间负压，湿空气被吸入粗氩Ⅱ塔，在投入制氩系统后，工况会出现异常，氩产量和纯度无法保证。而实际产量和纯度均达标达产，因此排除粗氩Ⅱ塔填料冰堵的可能。

2.2 粗氩Ⅱ塔氩固化颗粒堵塞

粗氩冷凝器中的粗氩气含氩99.6%，工作压力为0.024 MPa，其对应的凝固温度为84 K，而粗氩液化器中作为冷源的液空温度一般在88 K。实际在氩塔运行中，粗氩冷凝器发生氩固化，是由于操作不当，液空温度过低，冷凝器温差增大，在冷凝器表面有氩固化。检查液空回流温度记录，发现当天温度为84 K～82 K，因此判断粗氩Ⅱ塔冷凝器发生氩固化的可能性较大。

3 故障解除

彻底切除粗氩塔后，将粗氩塔下部的液体通过V755阀全部排掉，卸掉逆止阀V771阀头，用干燥的仪表空气通过V712，对粗氩Ⅱ塔进行反吹，12：13时吹通，填料上固化的氩逐渐变成液体全部下来，液面微涨，然后排掉，粗氩Ⅱ塔阻力回到零，顶部压力也恢复正常，停止反吹仪表气，将卸下的逆止阀头恢复，然后利用上塔的气体对粗氩塔进行吹除，通过V712放掉气体，控制排放量在150 m3/h。

15：30投粗氩塔，V701阀开始打开，并逐渐开大，粗氩Ⅱ塔阻力逐渐增高，底部液面也逐渐增高，16：22启动循环氩泵，随着氩塔工况的逐步稳定，逐渐增加进塔空气量，19：10空压机导叶开全，空气量加满，氧气产量提到7 200 m3/h，25日22：45粗氩含氧率AI704降到2×10-6以下，投入精氩塔，恢复了氩气的生产，到此整个故障处理结束。

4 故障原因

2013年以前主塔、氩塔生产均是很稳定的，表现在粗氩塔液空回流温度TI701为88 K。进入2013年以来，多次的启停车，粗氩Ⅱ塔冷凝器液空回流温度降到85～84 K，接近氩固化的温度，但氩塔仍保持稳定运行，大家都以为是温度计有误差；事故当天该温度计指示在84～82 K之间，也没有引起领导足够重视，还是认为温度计不准确。堵塞事故发生初期，没有意识到发生了氩固化，是因为通常氩固化后是堵塞冷凝器通道，冷凝量减少，阻力降低，严重时阻力为0。这与实际阻力是满量程20 kPa不符。

故障发生当天，冷凝器温度时而低于氩固化温度，氩在粗氩冷凝器表面产生固化，时而高于氩固化温度，固化的氩颗粒就脱落到填料上，造成粗氩塔液体回流不畅，引起粗氩Ⅱ塔阻力与液位的波动；温度的忽高忽低，固化的固态氩在填料上逐渐积累并随之下流，最终粗氩Ⅱ塔填料下部被全部堵死。

5 防范措施

为了防止氩气在粗氩Ⅱ塔冷凝器表面发生固化事故，采取了以下措施：

（1）停车后V704全开，将液空全部返回上塔；启车后投入粗氩塔时，渐开V701后，TI701温度计指示一般为85 K左右，此时保持V704全开状态，用温度较高的液空加热冷凝器，待TI701温度升至88 K左右时，V704阀全关，防止投粗氩塔初期，液空温度低，氩馏分量较少，氩在冷凝器表面产生固化。

（2）提高上塔压力，将上塔PIC104压力自动控制从原来15 kPa提高到17 kPa，以提高粗氩Ⅱ塔冷凝器液空侧压力，即提高液空温度。

（3）下塔液空纯度一定要控制在36%～38%之间，最好按上限控制，以提高粗氩Ⅱ塔冷凝器液空节流后的温度。

6 改进效果

后来的几次停启车，液空回液温度TI701已经从原来84～83 K提升到88 K，完全脱离了氩固化的温度区域范围，再没有发生粗氩塔固化的事故。

[1]汤学忠，顾福民.新编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，

2003.

Adjustment,Analysis and Treatment of an Upper Column Liquid Suspending Accident Caused by Blocking in Crude Argon Column

CHAI Jingyao
(Oxygen Making Plant of Anshan Debao Iron and Steel Co.Ltd.,Anshan,Liaoning 114000,China)

The crude argon column of the 6 500 m3/h air separator failed during operation,leading to sharp rise of oxygen content in argon.Through troubleshooting icing blocking of fillings was ruled out while argon solidification in the condenser of the crude argon column was pinpointed to be the cause.Countermeasures of technological operation control were taken, which prevented such accident happening again and ensured normal production.

crude argon column;blocking;failure;argon solidification

TB657.7

B

1006-6764(2014)09-0032-03

2014－06－06

柴敬尧（1966－），女，1989年毕业于鞍山钢铁学院冶金机械专业，工程师，现从事工艺、设备、生产管理工作。