微量气体泄漏检测论文

空分设备塔内泄漏故障分析及处理的工学论文

论文关键词：大型空分设备泄漏原因分析处理

论文摘要：介绍了18000m3/h空分塔冷箱内泄漏的故障经过，分析了冷箱内泄漏和氩系统堵塞的原因，简述了处理措施，最后对空分安装、设计提出了建议。

新钢18000m3/h空分是由杭氧提供的空分本体设备，浙江开元安装分司安装，于2003年4月投产，该空分设备采用常温分子筛吸附、增压透平膨胀机、规整填料上塔和全精馏无氢制氩技术、氧氮产品外压缩的流程。两年运行过程中，相继出现冷箱跑冷严重，冷箱壁多处结霜结冰甚至裂缝，基础温度下降，冷箱压力上升。夏季不得不运行两台膨胀机才能保空分运行的冷量，造成液体量低,产品能耗高等问题，为此2005年7月2日至26日,我公司利用25000m3/h空分投产的机会对18000m3/h空分进行了扒砂检修。

1故障现象

2004年3月出现上塔阻力达满量程，对差压变送器校验为正常，判断阻力计的负管应已断裂。在2004年10月后，相继出现V757管路堵塞，V31,V32阀皮套跑冷严重。2005年1月因空分主板式换热器出现严重偏流利用炼钢检修机会，对空分进行加温解冻。重新开机进入积液的过程中出现冷箱压力逐渐升高，（冷箱下部压力升到1.8KPa），主换热器冷箱顶部安全阀被冲开，其内部的不锈钢网破裂，大量的珠光砂向外喷出。下部冷箱壁上阀门的皮套、人孔密封处开始泄漏冷气，冷箱基础北面外缘结冰。

由于基础温度下降及冷箱内压力偏高，只有把主塔其他安全阀撬开泄压，随着运行时间的延长，基础温度不断降低，其中最低是粗氩Ⅱ底部温度达－70℃（正常时为－12℃）。主换热器冷箱及主塔冷箱顶部结满冰，厚度在50mm到80mm之间，2005年1月底主冷箱顶部西面裂开一条长约150mm的裂缝，四楼的液面计电加热器电源箱泄漏出大量的冷气，沿边有一条约600mm的裂缝。按当时事态发展，冷箱有可能出现大面积开裂。只有增加冷箱密封气压力表，监控冷箱内压力，同时根据冷箱不同部位的基础温度和冷箱压力，调整冷箱各处安全阀的开度，控制冷量在冷箱的分布，保证冷气走最长的距离出冷箱，尽量提高冷气出冷箱温度。

精氩塔底部液氩返回粗氩Ⅱ底部的.管路，每当空分停车后再启动，开启该管路不久后就发生堵塞，2005年3月精氩塔系统管路相继出现堵塞（主要有贮槽余气回精氩塔管、精氩液面计正管，液氩进液氩泵管等），对精氩馏塔单体加温后，再启动不久仍出现以上现象。

进入5月份随环境温度上升，基础温度有所回升，冷箱周围的结冰有些减少，但空分装置的冷量明显不足，不得不靠运行两台膨胀机来保证空分正常运行的冷量，空分产量下降，能耗增加。

2原因分析

18000m3/h空分2005年6月停机后，从25000m3/h空分分子筛后引一股干燥的空气对其容器管道进行加温（估计气量为500m3/h），经过一个月的加温，于7月2日开始扒砂检修。在扒砂过程发现珠光砂中有部分比较潮湿，冷箱顶部珠光砂还有结冰现象。空分塔内管道情况不理想，有四处18管断裂，多处管道变形厉害，多处支架变形或根部脱焊，尤其是单臂托架和固定支架变形严重，粗氩Ⅱ塔（东面）、上塔（南面）拉杆根部脱焊。根据检修前空分运行状况及扒砂后冷箱内情况分析，冷箱内泄漏主要原因有：

3．1珠光砂结冰

（1）塔内仪表电加热器电源箱镶在冷箱壁上，而下部有许多8左右孔，箱内底部经常积水，水从孔中流入冷箱中；

（2）部分阀门安装时，阀杆与冷箱阀门孔不对中，许多皮套不能很好密封，水从阀门阀杆中渗入；

（3）冷箱上人孔盖密封不够，水渗入冷箱中；

（4）当空分停机后冷箱内无密封气，外界湿空气中水份，除从冷箱上述部位，进入冷箱中，还可能从呼吸筒中吸入冷箱。

3．2小于18管道根部焊缝断裂及部分大管变形

（1）仪表导压管的保护架全部使用∠25的角铁，扒砂发现，超过2m的仪表导压管保护架变形非常严重，其中上塔阻力负管和AE22分析管的断裂是因仪表支架变形后压迫致断裂的；

（2）PV701和PV702两个液氩（氮）平衡器不凝气排放管的根部断裂，主要因管道走向和支架设置存在问题，PV701不凝气排放管有3m而无固定支架或保护架，PV702顶部不凝气排放管支架与根部有5m多无固定支架或保护架，上述两管均在冷箱的中部穿过，不能承受珠光砂的静重而压弯断裂；

（3）管道变形。管道变形基本分布在冷箱顶部层，其中有产品液氮排放管，粗氩液化器氮气进污氮管，液空平衡器液空进上塔管，粗氩液化器氮侧安全阀导压管变形移位约200～300mm。主要原因（ⅰ）2005年元月加温时，整个塔体由冷状态位置上升到常温位置（铝的膨胀系数为0.016mm/m.K），顶部管随塔向上移，可是珠光砂仍处于0℃以下而且结冰，而这些管线不能克服冰层压力，导致管道变形；（ⅱ）由于支架设置不正确所致，托架离管道距离过大，垂直管支架抱箍过紧，托架的强度不够，支架焊接强度不足。 3．3精氩系统部分管道被堵

发生堵塞的管线均与精氩塔相接，并且都位于精氩蒸发器液氮平衡器PV702的下方，管线内的工作压力为0.05MPa,温度为-180.75℃,液氩的凝固点约为-189.15℃。精氩蒸发器液氮平衡器PV702内压力为0.5MPa，温度为-177℃，其不凝气排放管的根部断裂，液氮从断裂口向下流，液氮压力迅速下降（从0.5MPa降为冷箱内压力），致使液氮温度由-177℃降到-193℃以下，这一温度低于液氩的凝固点，使精氩塔底部液进粗氩Ⅱ底部的管路、贮槽回精氩塔管、精氩液面计正管等管线内液氩凝固，堵塞管线。

4检修及处理

此次检修进行了系统安排，对塔内可能存在的隐患逐一排查和整改。

1、增加基础加温管，珠光砂加入冷箱后进行基础加温干燥。冷箱密封气管与纯氮总管相连，当空分临时停车时可切换到纯氮总管供密封气。

2、对经冷箱中间变形管改变走向，尽量沿冷箱壁走，便于设置支架、托架，难于设置支架的使用6铜管（退火）设置吊架，此次检修使用近500m铜管，仪表测量管保护架采用∠45角铁，并用2.5mm2铜线把测量管固定在保护架内,对于较长的保护架而无法固定的两边拉6铜管，以防承受珠光砂载荷时弯曲或移动。

3、塔内仪表电缆线经引线孔从中引出并密封好，液面计正管加热器配电箱由原来襄嵌在冷箱内改安装在冷箱外壁，襄嵌孔用钢板满焊，所有冷箱壁裂缝全部满焊。

4、冷箱人孔、管道进出冷箱结合部橡皮垫的两面采用玻璃胶密封。冷箱壁上阀门密封皮套采用双层，新的在内，旧的在外。

5、冷箱内支架全部逐一检查，对支架与冷箱焊接处未满焊全部整改，管道与托架距离不足重新设置，压弯的托架增设斜撑，斜撑设置点与冷箱垂直距离大于水平肩的长的三分之二，大于DN80管道采用双肩支架。

6、冷箱内珠光砂结冰是这次泄漏的主要原因之一，珠光砂的干燥与否也是空分冷箱长期安全运行的关键。检修后，新钢公司气体厂利用公司6#高炉改造期间，继续利用25000m3/h空分分子筛后空气对冷箱内珠光砂进行干燥。

5经验与体会

大型空分设备冷箱塔比较高，管系比较复杂，要保证长期安全稳定运行，必须从设计、安装到日常维护做到科学性和系统性的统一。

1、设计时冷箱中在上、中、下考虑基础加温管,以便日常运行中充压均匀及扒砂检修时能把塔内珠光砂加温透，避免较低温的珠光砂出冷箱后吸潮和珠光砂冰块掉下砸坏设备。冷箱内管道、容器不仅要充分考虑热膨胀冷缩及自补偿，而且要考虑便于管架、阀架的安装，从分离塔体上进出的液体管或比较小的气体管，塔体应考虑有设置支架的地方，以便管道可以和塔体自由收缩。工艺管道尽量采用大于25管道，小于25时应考虑设置保护架。冷箱密封气管不应从冷箱中央穿过，应沿冷箱壁铺设。

2、空分设备冷箱内安装工程质量是确保冷箱长期运行的重要措施之一，而阀门、容器、管道的安装质量又是整个冷箱设备安装最关键的部分。阀架、管架与冷箱壁焊接处必须满焊。容器的拉架在空分塔整体冷调试前应处于自由状态，避免在低温下因容器收缩造成损坏或影响垂直度。管架的设置应保持被设管架的管道有足够的稳定性，不能随便晃动，并且要考虑到管道的热膨胀收缩及自补偿；垂直走向管道应设置必要的固定支架，大于DN80管道采用双肩支架，卡箍与管道之间不能过紧也不能过松。测量管路与测量仪表相连时，管路应向上铺设，且应安装在托架内，测量管从根部到冷箱壁之间的上部必须设保护架，保护架应采用∠45角铁，材质最好使用不锈钢，对于固定点在上部的容器或管道上的测量管，保护架与测量管有一定的距离，距离必须大于容器或管道上移长度（比如精氩塔下部测量管与保护架的距离应大于18mm以上）。小于90管道尽量沿冷箱壁走，便于设置支架。安装过程中注意冷箱的防水、防潮。安装过程中支架抱箍上的四氟垫，防止焊接过程中烧坏，不能有焊瘤直接与管道接触，避免管道伸缩移动磨破管道。

3、虽然有科学合理的设计和高质量的安装，正常的维护是必不可少的。空分投产后一个月左右，应打开顶部人孔，检查珠光砂充满情况，若缺少应及时补充。为了防止外界空气中的水分进入冷箱内，空分塔内处于低温时应充入惰性气体，保持冷箱内压力约为200～300Pa，特别在空分临时停车时也不应忽视。冷箱壁上阀门密封皮套因露天日晒雨淋，常常一年左右开始老化破损，老化破损皮套必须进行更换，最好采用双层或外面增加保护层。

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